基于单片机的USB便携多道系统2

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CompoTech China / 2007. 4
科技论文 Discourse
任务。
结语
控制USB多道启动，然后在新的线程中以一定的时间间 隔（10ms~20ms）不断地从USB总线上读取多道数据， 累加到数组data[256]中；而程序自身的主线程，则不断 地依据data[256]数组的值，刷新屏幕显示的多道能谱。 当单击停止按扭或是设定采集时间到时，程序则通过 IOCTL停止USB多道设备的数据采集，终止USB采数的线 程，并且停止屏幕谱形的更新。
PC端的控制、显示程序是本项目的用户接口，数据的 显示、用户控制等功能，都需要在该程序上实现，用VC来 开发。
应用VC来实现一个界面程序的开发，并不是十分 复杂的工作，关键是程序的数据采集、显示和对多道系 统的控制。可以使用unsigned int类型的全局数组变量 data[256]来保存所有道的计数，使用多线程技术。当单 击启动按扭时，程序便创建新的线程，并且通过IOCTL
京航空航天大学出版社，2002. [2] 周立功，等.PDIUSBBD12 USB固件编程与驱动开发[M]. 北京：北
京航空航天大学出版社，2003. [3] 顾学群，刘建峰.MSC1210单片机在多通道数据采集系统中的应
用.自动化仪表，2005（1）：45-46.
新闻 杰尔系统针对企业及台式硬盘驱动器市场推出业界运行最快的前置放大器芯片样品
与传统的NIM插件多道系统相 比，本系统通过USB与PC机连接，不 仅使数据量增大，而且更易于进行 数据处理。体积小，即插即用，经 济简单，人机交互界面友好，而且基于计算机系统，便于 数据的进一步分析和使用。
参考文献： [1] 许永和.EZ-USB FX系列单片机USB外围设计和应用[M]. 北京：北
方式，可以采用Driver Studio 工具软件来编写，自定
义3种向量请求（Vendor Request），进行多道系统的控 制。当一个应用程序需要从硬件端口读取数据时，是通 过调用标准Win32 API函数，如RealFile来实现的。而 Win32子系统模块（如KERNEL32.DLL）通过调用平台相 关的系统服务接口实现该API，与平台相关的系统服务 将调用内核模式支持例程。Windows2000/xp的所有内 核模式I/O操作都使用一个公用的数据结构（IRP），内 核发送各种IRP请求给WDM驱动程序。这里只简要叙述 本项目驱动程序开发的相关原理和步骤，详细源代码请 参考相关书籍。 PC端的控制、显示程序
完成整个USB协议的封装，乃至实现基于USB的各种 复杂的系统任务，需要一函数的形式对本控制操作进行封 装。采用的分层的程序结构如下：
B协议配置、向量请求：在PDIUSBD12指令层提供 的函数基础上，完成对于USB上电配置、向量请求（Vendor Request）等各类事件的响应处理。
2.PDIUSBD12指令层：在HAL硬件抽象层的基础上，将 PDIUSBD12的各种指令操作进行封装，向上提供C语言函数 形式的指令接口。
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方式，具体特点如下ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ PDIUSBD12芯片完成
USB协议的底层封装。当 其完成一个USB事件，而 需要单片机的参与时，以 中断的方式通知单片机 Mc68HC908GP32，而单 片机则通过读取中断标志 位和数据来进一步判断事 件的类型，然后做出相应 的控制响应。如前所述， 单片机与PDIUSBD12之 间的通信是通过8位并行 口实现的。当地址A0 为 0时，Mc68HC908GP32 从端口PortA读取、写入 数据。而当A0为1时， Mc68HC908GP32则可以 向PDIUSBD12写入一系列 控制指令，从而完成配置 USB端点、写端点缓存、 读取端点数据等各种操作。
日前，杰尔系统宣布向客户推出其最新高性能、低功 耗前置放大器芯片（IC）样品，该样品专门针对企业应用 及台式机硬盘驱动器（HDD）而设计。
杰尔最新款TrueStore PA7800前置放大器性能卓越，运 行速度业界最快，可达2.5 Gbps ，同时在写入模式下比上 一代杰尔芯片可节省30％的电流。PA7800的数据率更强， 数据容量更高，且兼容新一代TMR读取头，并降低了功耗， 从而实现了更高的处理能力。
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基于单片机的USB 便携多道系统
■ 浙江工业大学 浙西分校电信系 顾能华
Y-记数），供能谱分析、测量使用。而传统的 多道系统一般采用NIM插件的标准模式。近几年来，国内 外能谱仪器的发展出现了标准向VXI，Compact PCI变革 及数字化便携化等多种趋势。USB（通用串行总线）是一 种最近几年逐步在数据通信领域广为应用的新型总线技 术，其通信协议规范目前已发展到2.0版 本，其高速传输模式可达480mb/s。与其 它串行总线相比，USB具有成本低、速度 快、总线供电，支持热插拨和易于扩展等 特点。为此，本文提出一种基于单片机的 USB便携多道系统。上位机（PC）完成显 示、控制等各项人机交互功能。下位机（MCU）完成固 件程序（USB协议），多道采集数据，响应控制等各类任 务。
PA7800具备业内领先性能的关键在于该芯片的写入器 上升时间。它能测量前置放大器将电流转换到读取HHD盘或
存储媒介数据的写入器读取头的速度。PA7800写入器的上 升时间比杰尔的前一代前置放大器产品提高了将近30％。
HDD前置放大器与驱动器的读取头和存储媒介的性能 紧密相关。驱动器从硬盘驱动器盘片中“读取”模拟数据 时，前置放大器会放大这些极其微弱的信号，然后将其传 送到读取通道芯片进行精密化和数字化处理。前置放大器 还参与写入过程，将电流导入到感应读取头上，从而将信 息记录到盘片上。
系统调试
通过反复的虚拟在线运行后，该系统工作稳定， 最大计数65535，定时误差不超过30ms，输入脉冲幅度 0.5V~5V。另在调试过程中，有数据丢失问题，修改USB 通信的IRQ中断的工作方式，即：当中断发生时，仅仅 将一个标志变量置位，中断程序就返回。而由主循环 中，再来检查该标志位，如置位则调用相应的USB处理 函数，完成USB时间的响应。这样，在USB事件处理过程 中，是可以响应输入脉冲信号的中断的。事实上，USB 通信完成了前台任务，而多道数据采集成了惟一的后台
本系统的软件设计主要包括上位机（PC）USB设备驱动 程序及控制软件和下位机（MCU）的设备固件（USB控制协 议软件和单片机的A/D软件）程序的编写。
● 设备固件设计 USB协议共有4根电缆，除了GND和VBus之外，D+D-
是一对差分的信号线。USB设备是即插即用，只要某一个U SB带点联接上了一个USB设备，USB总线就会进行系统枚举 操作，来自动完成设备的配置。USB协议共有4种数据传送
系统硬件设计
出，给计算机系统显示处理。 另一个主要的功能模块是基于PDIUDBD12接口芯片的
USB的通信功能。考虑到单片机选型的通用性，本方案选择 外加USB接口芯片PDIUDBD12，它与Mc68HC908GP32单片机
之间的通信，采用8位并行数据的方式，通过IRQ中断的方 式来通知单片机。
系统软件设计
本系统的功能模块包括数据采集、USB通信两大部分。 结构框图如下：
整个系统设计方案体现了系统的工作原理：Motorola Mc68HC908GP32单片机是整个系统的核心，通过该单片机 片内的8位A/D转换功能模块，可以实现对输入脉冲信号的 采集。输入的脉冲信号通过一个数字逻辑单元，可以触发 Mc68HC908GP32的“输入俘获”功能模块的中断，从而及 时地启动A/D转换，进行数据采集。A/D转换得到的数据， 以“按道存储”的方式，存储在RAM中，等待由USB接口送
杰尔预计其高性能PA7800前置放大器芯片将于2007年 秋季开始量产。
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3.HAL硬件抽象层：对于PDIUSBD12的数据读、写， 以及各种指令的写入进行封装，仅此层与具体硬件电路相 关，其相关代码实现如图：
● PC系统软件
USB驱动程序 本系统开发的设备需要实现自己定义的特殊控制、
读写操作，因此需要新的设备类，故要编写自己新的 驱动程序。写时遵循WDM（Windows Drivers Model）