基于单片机89C51和USB接口芯片PDIUSBD12为主的数据采集系统论文,

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。随着客户对毕业设计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毕业设计中。本毕业设计介绍了一种基于USB总线的数据采集毕业设计的设计方法，采用PHILIPS公司的USB接口芯片PDIUSBD12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。本毕业设计用传统的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PDIUSBD12为主的数据采集毕业设计进行了硬件设计和毕业设计编程，并在此设计的基础上给出相应的原理图。硬件设计主要解决的是PDIUSBD12和ADC0809与单片机之间的接口电路问题，毕业设计编程大致分为三部分:一是为满足D12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 2000工作环境下编写USB设备驱动程序;三是充分了解D12的主要功能特点，并编写出应用程序。通过该数据采集毕业设计，我们可以对USB协议有很深刻的理解，对D12接口芯片有很熟练的应用，能更好领悟USB接口的优势。
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关键词：USB总线；单片机；数据采集；固件；Windows驱动程序模型；设备驱动程序；客户应用程序
 

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文摘 1
英文文摘 1
1 绪论 
1.1 课题背景 
1.2 课题的提出 
1.3 USB简介 
1.4 主要工作 
2 USB1.1协议 
2.1 USB的互连 
2.2 USB的主机 
2.2.1 USB主机概述 
2.2.2 USB驱动(USBD) 
2.3USB设备 
2.3.1 USB设备状态 
2.3.2 通用USB设备操作 
2.3.3 USB设备请求 
2.4 USB的物理层 
2.5 USB数据流 
3 数据采集毕业设计的固件设计 
3.1 固件的开发环境 
3.2 采用PDIUSBD12的固件设计 
3.2.1 固件要完成的主要工作 
3.2.2 PDIUSBD12芯片特点 
3.2.3 PDIUSBD12固件程序的编写 
3.3 固件的文件结构 
3.4 固件的编程实现 
3.4.1 底层函数 
3.4.2 命令接口 
3.4.3 中断服务程序ISR.C 
3.4.4 主循环MAINLOOP.C 
4 USB设备驱动程序设计 
4.1 Windows2000驱动程序 
4.2 WDM驱动程序结构模型  [资料来源：http://THINK58.com]
4.2.1 USB设备驱动程序层次结构 
4.2.2设备对象 
4.2.3标准总线驱动程序和类驱动程序 
4.2.4 WDM驱动程序的结构 
4.3 USB驱动的开发环境 
4.3.1 驱动的开发工具 
4.3.2 驱动开发环境的安装与设置 
4.4 驱动程序的实现 
4.4.1 驱动入口 
4.4.2数据传输控制 
5 USB设备应用程序设计 
5.1 Win32 API简介 
5.2动态链接库 
5.3 MFC的应用程序开发 
5.4设备应用程序与WDM的通信 
5.4.1 Win32应用程序对WDM的通信 
5.4.2 WDM对Win32应用程序的通信 
5.5 应用程序的实现 
6 数据采集毕业设计的硬件设计 
6.1 硬件毕业设计的结构 
6.2 接口芯片选择 
6.３ 接口硬件设计 
6.3.1 A/D与单片机接口电路 
6.3.2 PDIUSBDI2与单片机接口电路 
 

1.1 课题背景
随着数字化的广泛应用，数据采集也越来越重要，传统的外设与主机的通信口一般采用ISA、PCI、C PCI、1394等标准，基于这些接口的产品，安装麻烦，价格昂贵，并受计算机插槽数量、地址中断资源限制，且可扩展性差，USB的出现，很好地解决了以上问题。 USB作为一种新型的串口通信标准，具有较高的传输速率，可扩展性好，采用总线供电，使用灵活。它共有4种传输模式：控制传输、同步传输、中断传输、批量传输，以适应不同设备的需要。
信息技术与电子技术的迅猛发展，使得计算机和外围设备也得到飞速发展和应用。过去人们单纯追求计算机与外设之间的传输速度，现在纠错能力和操作安装的简易性也成为人们关注的目标。USB通讯技术的出现，使高传输速度、强纠错能力、易扩展性、方便的即插即用，有机的结合在一起。USB设备需要依据USB协议进行数据的解包与打包，底层硬件设备与操作毕业设计之间需要以驱动程序为桥梁。驱动程序以WDM为模型，以DDK为开发工具，以IRP为消息传播载体，来实现与Windows毕业设计底层核心机制相交互的功能。
 

1.2课题的提出
尽管RS232是一种十分成熟且应用广泛的通讯方式，但是随着控制毕业设计的日益复杂，所要采集的量也会越来越多。因此寻求一种高速、安全、方便的通讯形式是十分必要的。USB技术虽然出现的时间并不长，但是由于它的种种优点，被越来越多的厂商和用户所接受，出现了USB打印机、摄像头等产品。尽管目前USB接口的应用主要集中在电脑的周边外设，但是USB产品进入工控领域将是必然的趋势。采用PDIUSBD12芯片和89C51单片机设计的基于USB总线的数据采集毕业设计，具有可靠性高、数据不丢失、抗干扰性强、便于数据传输和处理等优点，可在信号测试、信号采集场合广泛使用。所以本课题的研究是具有一定的现实意义和经济意义的。
 

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1.3 USB简介
通用串行总线(Universal Serial Bus，简称USB)是康柏、微软、IBM， DEC等公司为了解传统总线的不足推出的一种新型串行总线接口规范， 自1995年在Comdex上亮相以来至今己广泛地为各PC厂家所支持。现在生产的PC机几乎都配备了，USB接口，Microsoft的windows98， NT以及MacOS， Linux， FreeBSD等流行操作毕业设计都增加了对USB的支持。USB的主要特点如下:
1. 速度快。 USB 有全速和低速两种方式，主模式为全速模式，速率为12Mbps，从而使一些要求高速数据的外设，如:高速硬盘、摄像头等，都能统一到同一个总线框架下。另外为了适应一些不需要很大吞吐量但是有很高实时性要求的设备，如鼠标、键盘、游戏杆等，USB还提供低速方式，速率为1.5Mbps。如表1-1所示。新推出的USB2.0协议提供最高达480Mbps的数据传输速率可以适应各种不同类型的外设。
 

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