基于USB總線通信數(shù)據(jù)采集器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
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AT89C52的控制程序分為初始化、主循環(huán)和中斷服務(wù)3部分。初始化部分完成單片機(jī)和所有外圍電路（包括PDIUSBD12）的初始化；主循環(huán)部分等待來自上位機(jī)的命令或來自終端設(shè)備的數(shù)據(jù)；中斷服務(wù)程序完成相應(yīng)的中斷處理功能。下面列出了中斷服務(wù)程序的處理過程：
usb_isr（ ）interrupt（ ）
{DISABLE
fn_usb_isr（ ）；
ENABLE
}
void fn_usb_isr（ ）
{unsigned int i_st
bEPPflags．bits．in_isr=1；
i_st＝D12_ReadInterruptRegister（ ）；／／讀中斷寄存器
if（i_st ！=0）
{ if（i_stD12_INT_BUSRESET）
{ bus_reset（ ）；／／總線復(fù)位處理
bEPPflags．bits．bus_reset=1；
}
if（i_stD12_INT_EOT）
dma_eot（ ）；／／DMA結(jié)束處理
if（i_st Dl2_INT_SUSPENDCHANGE）
bEPPflags．bits．suspend=1；
if（i_st Dl2_INT_ENDPOIN）
ep0-txdone（ ）；／／控制端點(diǎn)0輸入
if（i_stD12_INT_ENDPOOUT）
ep0-rxdone（ ）；／／控制端點(diǎn)0輸出
if（i_stD12_INT_ENDPlIN）
epl_txdone（ ）；／／端點(diǎn)1輸入
if（i_stD12_INT_ENDPlOUT）
epl_rxdone（ ）；／／端點(diǎn)1輸出
if（i_stDl2_INT_ENDP2IN）
main_txdone（ ）；／／主端點(diǎn)2輸入
if（i_stD12_INT_ENDP20UT）
main-rxdone（ ）；／／主端點(diǎn)2輸出
}
bEPPflags．bits．in_isr=0；
}
設(shè)備安裝完后準(zhǔn)備運(yùn)行前，操作人員可利用上位機(jī)管理軟件提供的用戶界面初始化一些系統(tǒng)參數(shù)，如總線類型、終端類型等。在執(zhí)行對(duì)終端單元的智能識(shí)別時(shí)，MCU首先接收一個(gè)上位機(jī)客戶服務(wù)軟件下傳的指令幀，經(jīng)過確認(rèn)是協(xié)議識(shí)別指令后，上傳一個(gè)表示就緒的狀態(tài)幀。然后，接收識(shí)別用的數(shù)據(jù)幀，經(jīng)過檢驗(yàn)，如果數(shù)據(jù)幀有錯(cuò)就返回相應(yīng)的狀態(tài)幀并等待上位機(jī)重新發(fā)出數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)正確則先返回狀態(tài)幀，然后開始對(duì)終端單元的識(shí)別與數(shù)據(jù)采集。
對(duì)一個(gè)固定的終端而言，MCU發(fā)出握手信號(hào)，遠(yuǎn)方終端返回相應(yīng)的信息，數(shù)據(jù)經(jīng)RS232／RS485接收，經(jīng)過MCU的協(xié)議解析后得到所需的純數(shù)據(jù)，將其暫存入RAM62256中的指定地址；當(dāng)上位機(jī)發(fā)出讀取數(shù)據(jù)的命令后MCU將數(shù)據(jù)經(jīng)PDIUSBD12傳給上位機(jī)。
4．2 上位機(jī)的程序設(shè)計(jì)
從上位機(jī)來看，通信數(shù)據(jù)采集器為它的一個(gè)USB外設(shè)，因此上位機(jī)必須提供USB外設(shè)的驅(qū)動(dòng)程序。上位機(jī)的管理軟件包括客戶服務(wù)程序和USB驅(qū)動(dòng)程序。USB驅(qū)動(dòng)程序（USBD）是駐留在上位機(jī)的為客戶提供通用服務(wù)的軟件實(shí)體，它管理主控制器上的一個(gè)或多個(gè)功能。它通過調(diào)用適當(dāng)?shù)闹骺刂破黩?qū)動(dòng)程序（HCD）將用戶I／O請(qǐng)求包（IRP）中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為設(shè)備端點(diǎn)的數(shù)據(jù)，或通過回調(diào)適當(dāng)?shù)腍CD將設(shè)備端點(diǎn)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為客戶IRP中的數(shù)據(jù)。
客戶服務(wù)程序是用VC＋＋6.0編寫的，主要完成數(shù)據(jù)的分析顯示功能。MCU上傳的數(shù)據(jù)信息經(jīng)過相應(yīng)的校驗(yàn)，如有誤，則通知終端重傳；如無誤，則將校驗(yàn)后的信息轉(zhuǎn)存人計(jì)算機(jī)指定的內(nèi)存，并備份到相應(yīng)的文檔，供其他的客戶服務(wù)程序使用。
USB驅(qū)動(dòng)程序的編寫往往是USB設(shè)備開發(fā)過程中最困難的，通常采用Windows DDK來實(shí)現(xiàn)。目前有許多軟件廠商提供各種各樣的驅(qū)動(dòng)程序生成工具，如Computer ware的Driver Studio，Blue Waters的Driver Wizard等。本設(shè)計(jì)是采用Driver Studio軟件生成的程序框架，添加了適當(dāng)?shù)挠脩舸a，完成了適合于通信數(shù)據(jù)采集器的驅(qū)動(dòng)程序的編寫。
5 通信數(shù)據(jù)采集器與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方式通信效率的比較
以采集歐姆龍公司的可編程邏輯控制器（PLC）為例，一次采集30個(gè)通道，每個(gè)通道16個(gè)開關(guān)量（即4個(gè)十六進(jìn)制數(shù)），則有120個(gè)十六進(jìn)制數(shù)需要采集和傳輸，加上通信協(xié)議中的其它位，一幀共有131個(gè)字符，每一個(gè)字符又按串行通信中的一幀11位來發(fā)送，則共有1441位ASCII碼有待傳輸。若波特率設(shè)為9600b／s，則每采集一次需要用時(shí)150ms，在此期間每一幀的接收、效驗(yàn)工作都需CPU的介入。若以傳統(tǒng)的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和通信，那么主機(jī)CPU在這段時(shí)間就被串行通信的事務(wù)占用而不能處理其它工作，這很耽誤時(shí)間。而采用通信數(shù)據(jù)采集器代替主機(jī)來完成這一費(fèi)時(shí)的工作后，數(shù)據(jù)的采集、傳輸以及協(xié)議的解析都不需占用主機(jī)的時(shí)間，解析后的純數(shù)據(jù)經(jīng)過PDIUS-BDl2上傳也僅需很短時(shí)間即可完成（大約為0.12ms，PDIUSBD12在同步模式下的數(shù)據(jù)傳輸率為1Mb／s），通信效率比傳統(tǒng)方式提高了很多倍，這樣就把主機(jī)從通信瓶頸中解放出來，為主機(jī)節(jié)省了大量的時(shí)間去完成其它工作。
6 結(jié)論
本文提出的基于USB總線的智能通信數(shù)據(jù)采集器具有數(shù)據(jù)采集和通信的效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。它適用于實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集等場(chǎng)合，也可以增強(qiáng)協(xié)議識(shí)別和協(xié)議解析功能，因而在有標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議和規(guī)范化的數(shù)據(jù)格式而缺少詳細(xì)技術(shù)資料的終端設(shè)備的通信中具有廣泛的使用價(jià)值。
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評(píng)論