基于USB的pH值控制器數(shù)據(jù)通訊的實現(xiàn)

1.引言： 　　

在糖提煉過程中，糖廠澄清工段的 PH值控制對糖的純度和生產(chǎn)成本起著決定性的作用?；?ATMEL公司的 AT91M55800的嵌入式控制器就是自動檢測控制澄清工段的 pH值，克服了以往手工操作 pH值波動較大的缺點。

本文介紹的是 pH值控制器和上位機在現(xiàn)場的 pH值數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)，采用 USB通訊方式，主要因為 USB具有以下優(yōu)點： 　　

用戶使用方便。設(shè)備自動識別，自動安裝驅(qū)動程序和配置。

應(yīng)用范圍廣。傳輸速率快，總線支持同步和異步傳輸方式。

靈活。支持不同速率的設(shè)備。

穩(wěn)定。協(xié)議中包含錯誤檢測，支持熱插拔。

易于與 PC接口。支持即插即用。

成本低廉。

選用的 USB芯片是 PHILIPS公司成熟且價格低廉的 PDIUSBD12。整套方案要解決的工作主要有三個部分，一是 AT91M55800上 USB固件程序的設(shè)計；二是上位機 USB驅(qū)動程序的編寫；三是上位機數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用軟件的實現(xiàn)。圖 2為 PDIUSBD12的硬件連接原理圖。

2.USB固件程序編寫固件程序的一個最主要的目的就是讓 Windows可以檢測和識別設(shè)備，此外，它還完成數(shù)據(jù)的傳輸和根據(jù)不同的需求而進行一些控制和處理的任務(wù)。固件程序主要包括三部分：a)初始化 AT91M55800和所有的外圍電路（包括 PDIUSBD12）；b)主循環(huán)部分；c)中斷服務(wù)程序。 PDIUSBD12的固件由中斷驅(qū)動，當(dāng) CPU處理前臺任務(wù)時，USB的傳輸可在后臺進行。這確保了最佳的傳輸速率和更好的軟件結(jié)構(gòu)，同時簡化了編程和調(diào)試。后臺 ISR（中斷服務(wù)程序）和前臺的主程序循環(huán)之間的數(shù)據(jù)交換可以通過事件標(biāo)志和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)來實現(xiàn)。在多路地址 /數(shù)據(jù)總線方式中，單片機與 PDIUSBD12的通信就像單片機外擴了一片 RAM器件一樣。可以按照下面的程序向 PDIUSBD12發(fā)送數(shù)據(jù)或命令： 　　void outportb(unsigned int Addr,unsigned char Data) 　　{ 　　((unsigned char xdata )Addr)=Data; 　　} 　　其中，Addr是 PDIUSBD12的地址，Data是輸出的數(shù)據(jù)和命令。當(dāng) Addr為奇數(shù)時表示輸出的是命令，Addr為偶數(shù)時表示輸出的是數(shù)據(jù)。中斷服務(wù)程序處理由 PDIUSBD12產(chǎn)生的中斷，將數(shù)據(jù)從 PDIUSBD12內(nèi)部讀取到 CPU的存儲器，并建立正確的事件標(biāo)志，以通知主循環(huán)程序進行處理。程序首先讀取 PDIUSBD12的中斷寄存器來決定中斷源，然后轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序進行處理。控制端點的輸入/輸出能夠完成設(shè)備的枚舉操作。端點 1和端點 2定義為普通端點，可以實現(xiàn)中斷傳輸或批量傳輸?shù)取?/P>

3.上位機 USB驅(qū)動 　　

采用 DriverStudio來開發(fā) USB的 WDM驅(qū)動。WDM(Windows Driver Model)是微軟公司全新的驅(qū)動程序模式，支持即插即用、電源管理和 WMI技術(shù)。

DriverStudio中的 DriverWorks提供了 USB驅(qū)動程序設(shè)計向?qū)?，只要按照向?qū)瓿上鄳?yīng)的操作和設(shè)置就可以設(shè)計出一個簡單的 USB驅(qū)動程序。

在進行 USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)驅(qū)動程序開發(fā)之前首先要明確 USB設(shè)備的配置和驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)的功能，在我們的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，共用到三個 USB端口，分別為： 　　控制端口 0 　　IN端口 1 　　OUT端口 2 設(shè)計的驅(qū)動程序主要功能是：簡單的實現(xiàn)對兩個端口的讀寫操作。知道這些后就可以著手進行 USB驅(qū)動程序開發(fā)工作了。

DriverStudio是嵌入在 VC6.0中的，所以開發(fā) WDM驅(qū)動和用 VC開發(fā)一個可視化工程的情況類似。DriverWizard會一步步的根據(jù)我們的設(shè)定給出一個 WDM驅(qū)動的大體框架，我們要做的就是在其中加入我們所要實現(xiàn)的 USB端口 1和端口 2的讀寫功能代碼。

在向?qū)н^程中有一步很重要，這一步提示用戶選擇總線類型，該驅(qū)動程序為 USB總線功能驅(qū)動程序，所以選擇 USB總線。USB設(shè)備的 Vendor ID和 Product ID應(yīng)該對應(yīng)芯片，否則驅(qū)動程序不會被正確識別。這里 PDIUSBD12對應(yīng)的 Vendor ID為 0471，Product ID為 0888。

向?qū)瓿?，添加完端口讀寫功能代碼后，接下來的工作是編譯驅(qū)動程序工程文件，生成需要的 USB功能驅(qū)動程序。

4.上位機應(yīng)用軟件 　　

要實現(xiàn)的是通過自己編寫的應(yīng)用程序和 pH值控制器進行數(shù)據(jù)的批量傳輸。當(dāng)點擊[數(shù)據(jù)發(fā)送]按鈕時，將數(shù)據(jù)發(fā)送框中的命令數(shù)據(jù)發(fā)送到 pH值控制器。而點擊 [數(shù)據(jù)接收]按鈕，將從 pH值控制器接收到的 pH值數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)接收框中顯示出來。按[退出]按鈕則退出應(yīng)用程序。如圖 3

USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計的步驟如下： 　　在應(yīng)用軟件設(shè)計中，多線程技術(shù)的應(yīng)用會大大地提高應(yīng)用程序的效率，輔助線程完成后臺數(shù)據(jù)采集的工作。應(yīng)用程序的界面操作不受后臺數(shù)據(jù)處理的影響。

其中讀線程函數(shù)為： 　　

UNIT ReadTread(void pParam) 　　{ 　　Cstting strTemp; 　　unsigned char iobuf[65]; 　　unsigned long nBytes=0; 　　CUSB_softDlg pDlg=(CUSB_softDlg)pParam; 　　//使[接收]按鈕變灰 　　pDlg->GetDlgItem(IDC_RECEIVE_BUTTON)->EnableWindow(FALSE); 　　for(int i=0;i65;i++) 　　{ 　　iobuf[i]=0; 　　} 　　//進行讀操作，如果讀不到數(shù)據(jù)則無限期等待 　　if(!ReadFile(pDlg->m_hRead,iobuf,64,nBytes,NULL)) 　　{ 　　AfxMessageBox(“讀取數(shù)據(jù)失?。　?MB_ICONWARNING|MB_OK); 　　} 　　iobuf[nBytes]=’