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1、基于USB接口的仪器仪表通信技术文章来源 毕业论文网 USB(universal serial bus)即通用串行总线，它是一种应用在PC领域的新型接口技术。随着支持USB标准Windows98的出现和USB设备数量的快速增加，USB才在近年逐渐流行起来。目前普遍采用的USB1.1主要应用在中低速外部设备上，它提供的传输速度有低速1.5Mbps和全速12Mbps两种，一个USB端口可同时支持全速和低速的设备访问。目前，USB在自动化控制领域主要用于数据采集系统，由PC作为USB主机端，单片机作为USB设备端。USB数据传输方式USB通过主机上客户软件的内存缓冲区和USB设备上端点之间的管道来传
2、送数据。它提供有4种传输方式：控制传输、同步传输、中断传输和批量传输。控制传输发送设备请求信息，主要用于读取设备配置信息和设备状况，设置设备地址和设备属性、发送控制命令等功能;同步传输提供了确定的带宽和时间间隔，常被用于时间严格并具有较强容错性的流数据传输，或4自动化仪表第24卷第10期 2003年10月PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION， Vol.24， No。10，Oct。， 2003者用于要求恒定的数据传输率的即时应用中;中断传输主要用来支持那些偶尔需要对少量数据进行通信，但服务时间却受限的设备;批量传输主要用于大批量的数据传输，同时又没有带宽和时间间隔
3、的要求，但是USB只能在满足带宽的情况下才进行批量传输。USB外围设备的设计方案目前用于USB外围设备设计的方案有两种：一种是采用普通单片机外加USB接口器件;另一种是采用具有USB接口的单片机。普通单片机外加USB接口器件USB接口器件只用于处理USB通信，它必须由一个外部单片机来控制。通过USB接口器件可以把USB端口接到任何类型的单片机上，这种实现USB接口的模块化设计方法使得设计者可自由选择合适的单片机。目前市场上已有很多公司提供USB接口器件，Philips公司的PDIUSBD12是一款性价比高、带并行总线的USB接口器件，它集成了SIE(串行接口引擎)、FI-FO(先进先出)存储器
4、、收发器及电压调节器，可与任何单片机实现高速并行接口;其主端点的双缓冲配置增加了数据的吞吐量，从而可以轻松地实现实时数据传送;可通过软件控制与USB的连接，支持双电源(即3。3V和扩展的5V)操作;具有高纠错率的全扫描设计确保了其高品质。具有USB接口的单片机随着USB应用的日益广泛和流行，Intel、Cypress等单片机厂商推出了具有USB接口的单片机，这类单片机处理能力强，有的本身就具备多路A/D、D/A，采用这类单片机构成系统的电路简单、调试方便、电磁兼容性好。因此采用具有USB接口的单片机成了开发USB外设的较好方案。不过由于增加了USB接口，这类单片机与原先的开发系统一般不完全兼容
5、，需要购买新的开发套件，需要新的投资。Cypress半导体公司作为USB市场的著名厂商，开发的EZ-USB FX2成了世界上第一款USB2。0集成微控制器。它包括1个增强型8051单片机、1个串行接口引擎(SIE)、1个USB收发器、片上RAM、FIFO存储器以及1个通用可编程接口。FX2提供了一个全面集成的解决方案，它不仅可减少电路板空间，而且大大缩短了产品的上市时间。FX2拥有一个独特的架构，其智能串行接口引擎在硬件层上处理USB1。1和USB2。0协议的大部分内容，因此外设产品设计人员不必为增加产品的USB功能而学习USB协议，从而使产品开发变得更加容易，同时减轻了单片机的负担，而让智能
6、串行接口引擎从硬件上保证更高的传输率。FX2通用可编程接口(GPIF)，允许它"无胶粘接"，即可与任何ASIC或DSP进行接口，并且它还支持所有通用总线标准，包括ATA、UTOPIA、EPP和PCMCIA。FX2完全适用于USB2。0，并向下兼容USB1.1。USB在测控领域的应用2001年9月的Test andMeasurement World进行了一次针对测量应用中PC用户的未来需求调查，该调查显示越来越多的用户期望使用USB接口将他们的仪器及数据采集设备连接到PC。USB通信的软件设计包括单片机部分的固件部分和主机(PC)的驱动程序部分。对于单片机控制程序，由于目前没
7、有任何厂商提供自动生成固件(firmware)的工具，因此所有程序都需要手工编制。对USB的单片机控制程序通常由三部分组成：初始化单片机和所有的外围电路(包括PDIUS-BD12);主循环部分，其任务是可以中断的;中断服务程序，其任务是对时间敏感的，必须马上执行。根据USB协议，任何传输都是由主机(host)开始的，这样，单片机作它的前台工作，等待中断。主机首先要发令牌包给USB设备，PDIUSBD12接收到令牌包后就给单片机发中断，单片机进入中断服务程序，首先读PDIUSBD12的中断寄存器，判断USB令牌包的类型，然后执行相应的操作。因此，USB单片机程序主要就是相对应的中断服务程序。对于主机部分的软件设计，Windows98已提供多种USB设备的驱动程序，但还没有一种是专门针对数据采集系统的，所以必须针对特定的设备来编制驱动程序。尽管系统已经提供了很多标准接口函数，但编制驱动程序仍然是USB开发中最困难的一件事情，通常采用WindowsDDK来实现。作为WIN98和WIN2K推荐的一项新技术来说，USB的驱动程序和以往的直接跟硬件打交道的WIN95的VXD方式的驱动程序不同，它属于WDM类型。
