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基于USB总线的数据采集系统的设计

作　者: 田健
导　师: 雷航；李军斌
学　校: 电子科技大学
专　业: 软件工程
关键词: USB总线 单片机 数据采集 设备驱动程序 客户应用程序
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


通用串行总线USB((Universal Serial Bus)是一种新型的微机总线接口规范。随着客户对系统数据采集速度要求的不断提高,USB以其使用方便、易于扩展、速度快等优点而越来越多的应用于数据采集系统中。本文介绍了一种基于USB总线的数据采集系统的设计方法,采用南京沁恒电子公司的USB接口芯片CH372与单片机AT89C51进行通信,并和PC机通信而编制出友善的设备应用程序。该系统用传统的USB总线取代了RS232串行总线,通过对USB协议和设备构架的充分理解,对以单片机89C51和USB接口芯片CH372为主的数据采集系统进行了硬件设计和软件编程,并在此设计的基础上给出相应的原理图。功能方面,本系统具有16路单端模拟输入、32路开关量(16路输入及16路输出)、16路8位DA、8路脉冲输入,功能全面。硬件设计主要解决的是CH372、TLC549和TLC5620与单片机之间的接口电路问题;软件编程大致分为三部分:一是为满足CH372在USB上的最大传输速率而编写的固件程序;二是在PC机中的Windows XP工作环境下编写USB设备驱动程序;三是充分了解CH372的主要功能特点,并编写出应用程序。通过该数据采集系统,我们可以对USB协议有很深刻的理解,对CH372接口芯片有很熟练的应用,能更好领悟USB接口的优势。实验证明,本系统充分继承了USB总线安装方便、高带宽、易扩展等优点,并且功能全面,简单易用。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章 引言  10-14
  1.1 课题背景及意义  10-12
    1.1.1 数据采集系统概述  10
    1.1.2 USB 概述  10-11
    1.1.3 课题研究意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-13
  1.3 论文内容及结构  13
  1.4 本章小结  13-14
第二章 设计方案选择和预期目标  14-17
  2.1 硬件系统选择  14-15
    2.1.1 总线选择  14
    2.1.2 主要芯片选择  14
    2.1.3 系统其它芯片选择  14-15
    2.1.4 硬件系统设计方案图  15
  2.2 软件系统设计  15-16
    2.2.1 软件系统设计方案图  15-16
    2.2.2 软件系统设计方案说明  16
  2.3 预期目标  16
  2.4 本章小结  16-17
第三章 系统硬件设计  17-29
  3.1 主控电路设计  17
    3.1.1 AT89C51 芯片介绍  17
    3.1.2 AT89C51 电路设计  17
  3.2 A/D 转换电路设计  17-20
    3.2.1 TLC549 芯片介绍  17-19
    3.2.2 TLC549 电路设计  19-20
  3.3 D/A 转换电路设计  20
    3.3.1 TLC5620 芯片介绍  20
    3.3.2 TLC5620 电路设计  20
  3.4 USB 总线电路设计  20-23
    3.4.1 CH372 芯片介绍  20-21
    3.4.2 CH372 与上位机连接电路设计  21-22
    3.4.3 CH372 与下位机连接电路设计  22-23
  3.5 开关量输入电路设计  23
  3.6 开关量输出电路设计  23-24
  3.7 脉冲输入电路设计  24-25
  3.8 多路开关电路设计  25-26
  3.9 复位电路设计  26-27
    3.9.1 IMP810 芯片介绍  26
    3.9.2 IMP810 电路设计  26-27
  3.10 保持电路设计  27-28
  3.11 本章小结  28-29
第四章 设备固件程序设计  29-39
  4.1 软件开发环境  29
  4.2 编程语言选择  29
  4.3 设备固件程序设计方案  29-38
    4.3.1 设备固件程序总体设计  30-31
    4.3.2 设备固件程序基本数据结构  31-33
    4.3.3 设备固件主程序设计  33
    4.3.4 底层函数设计BOTTOM  33-34
    4.3.5 命令接口COMMAND  34
    4.3.6 中断服务程序ISR  34-36
    4.3.7 设备标准请求程序STDASK  36
    4.3.8 数据采集任务的A/D、D/A 转换软件设计  36-38
  4.4 本章小结  38-39
第五章 USB 设备驱动程序设计  39-52
  5.1 WDM 驱动程序模型  39-41
    5.1.1 WDM 驱动程序概述  39-40
    5.1.2 WDM 驱动程序的层次结构  40
    5.1.3 WDM 驱动程序的优势  40-41
  5.2 驱动的开发工具  41-44
    5.2.1 Visual C++6.0  41-42
    5.2.2 DDK_XP  42
    5.2.3 DriverStudio  42-44
  5.3 驱动程序的组成  44-51
    5.3.1 驱动入口例程  45-46
    5.3.2 即插即用(PnP)例程  46-47
    5.3.3 分发例程  47
    5.3.4 电源管理例程  47-48
    5.3.5 USB 设备驱动程序  48-51
  5.4 本章小结  51-52
第六章 USB 设备应用程序设计  52-59
  6.1 USB 设备应用程序概述  52
  6.2 WIN32 API 简介  52
  6.3 MFC 简介  52-53
  6.4 动态链接库简介  53-54
  6.5 设备应用程序与WDM 的通信  54
  6.6 应用程序的实现  54-58
    6.6.1 取得设备句柄  55-56
    6.6.2 设备读写  56-57
    6.6.3 处理特殊请求  57-58
    6.6.4 设备关闭  58
  6.7 本章小结  58-59
第七章 系统测试  59-62
  7.1 数据采集过程  59-60
    7.1.1 模拟信号  59
    7.1.2 开关信号  59-60
    7.1.3 脉冲信号  60
  7.2 测试结果  60-61
    7.2.1 输入模拟量测试  60-61
    7.2.2 输出模拟量测试  61
    7.2.3 脉冲量测试  61
  7.3 本章小结  61-62
结论  62-63
致谢  63-64
参考文献  64-66
附录  66-76

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 数据收集和处理系统
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