基于usb總線的數據通信系統畢業設計論文(更新版)

　　

【正文】 候，需要充分了解 C8051F320 單片機的硬件結構，對程序變量、數據結構、寄存器等進行優化處理，提高單片機 C 語言的編譯運行的可靠性和效率，減少程序編譯后系統運行的不穩定內蒙古科技大學畢業設計 說明書（畢業 論文 ） 因素，提高系統的穩定性能。設備接口函數有： USB_Clock_Start()– 初始化 USB 時鐘 USB_Init()– 使能 USB 接口 Block_Write()– 通過 USB 寫數據到主機 Block_Read()– 通過 USB 從主機讀數據 Get_Interrupt_Source()– 顯示一個 API 中斷的原 USB_Int_Enable()– 使能 API 中斷 USB_Int_Disable()– 禁用 API 中斷 USB_Disable()– 禁用 USB 接口 USB_Suspend()– 懸掛 USB 中斷 這個 API 使用中斷模式。 串口中斷服務程序設計 C8051F320 提供的 UART0 是一個異步、全雙工串口，它提供標準 8051 串行口的方式 1 和方式 3，有多個時鐘源可用于產生標準波特率。 UART 的中斷服務程序流程圖如圖 所示。每個端口引腳都可以被配置為模擬輸入或數字 I/O 引腳，被選擇作為數字 I/O 的引腳還可以被配置為推挽或漏極開路輸出。預安裝程序可以在設備連接之前就把驅動文件拷入系統并且注冊設備，從而當設備第一次被連接在 PC 上的時候，和使用者的交互較少。 應用程序設計 系統主機應用程序采用 編寫， VB 具有面向對象、可視化 IDE、事件驅動編程等優勢，很適用于工業上的主機應用程序編制。所以 C8051F320 在工作之前必須把端口進行正確的初始化，那樣端口才能正常的工作，其初始化程序如下： void PortInit(void) { P0MDOUT |=0x0F； //端口 0 的 0~3 腳設置為漏極開路 P1MDOUT |=0x0F； //端口 1 的 0~3 腳設置為漏極開路 P2MDOUT |=0x02； //端口 2 的 0、 1 腳設置為漏極開路 P0SKIP=0x3C； //XTAL1()、 XTAL2()、 //TX0()和 RX0()被跳過 XBR0=0x09； //使串行口，系統時鐘輸出 XBR1=0x40； //使能交叉開關 } 除了上面的幾個重要的初始化程序外，另外還有串口初始化程序 uart()Init()，定時器 1 和定時器 2 初始化程序等。在一個程序中，它的初始化程序是很重要的，如果設置不當將會產生不可預見的后果。亦可使用外部時鐘作為波特率發生器。這個句柄將在任何 USB API 中斷上被調用。主程序的框圖如圖 所示： 主 程 序 開 始初 始 化 時 鐘 、 數 字 交 叉 開 關 、 U S B控 制 器 、 定 時 器主 機 U S B 口 連 接好 ？L E D 燈 停 止 閃 爍 處 理開 啟 串 口 和 定 時 器 中 斷 等 處 理進 入 空 閑 狀 態L E D 燈 閃 爍處 理YN 圖 固件主程序流程圖 USB 接口數據傳輸程序設計 C801F320 的 USB 控制器內核會自動執行大多數的底層協議任務，當數據被成功的傳送或者接收以及發生一個標志事件（復位，恢復， Stall等等）時會生成一個中斷，關鍵性的固件任務包括：解碼和處理輸入的控制請求，數據 I/O，管理 USB 設備的狀態并處理請求，處理懸掛、復位和恢復事件。 In_Packet[0]=Switch1State。通過調用主機 API 和固件庫函數來建立兩者的數據傳輸。 (3) USB 主控制器驅動程序負責為這些事務處理建立一系列以幀 /小幀為 單位的 事務處理列表，并保證其不會超過 USB 的帶寬。根據實際情況的需要，客戶軟件在和 USB 設備的功能單元進行通信時可以采用如下 4 種傳輸類型。界面應用程序負責和 USB設備驅動程序進行接口，以操縱 USB 設備并向用戶提供可視化的操作。然后點擊 Connect 按鈕或者 ALT+C 就可以將 IDE 與目標板連接起來了。 C8051F320器件具有片內 Silicon Labs 2 線（ C2）接口調試電路，支持使用安裝在最終應用系統中的產品器件進行非侵入式、全速的在系統調試。 C8052F320 提供的 UART0 是一個異步、全雙工串口，它提供標準 8051 串行口的方式 1 和方式 3。當選擇外部振蕩器作為系統時鐘時， CLKSL[1:0]必須被設置為 01b。 C8051F320 有一個可編程內部振蕩器、一個外部振蕩器驅動電路和一個 4 倍時鐘乘法器。在復位期間和復位之后弱上拉被使能。在 /RST 引腳上加一個低電平有效信號將導致 MCU進入復位狀態。由于 C8051F320 中的 USB 收發器內部集成了上拉電阻，因而不需要任何外部器件便可直接與 USB 接口相連。 1KBFIFO 存儲器和時鐘恢復電路組成，并包含內部匹配電阻和上拉電阻。 CPU 時鐘源與 USB 時鐘相互獨立。 C8051F320 提供的通用串行總線控制器（ USB0）符合 規范，可以全速或低速工作，集成了收發器和端點 FIFO RAM。 圖 USB的電纜 電 纜中包括 VBUS、 GND 二條線，向設備提供電源 。在上位機軟件支持下，通過串行的 EC2 接口直接對產品系統進行仿真調試。在這種通過交叉開關配置的 I/O 端口系統中，單片機外部為通用 I/O口，如 P0 口、 P1 口和 P2 口。 ● 存儲器 1280 字節的內部數據 RAM(IK+256)； 16K 字節的可以在系統編程的 FLASH 閃速內蒙古科技大學畢業設計 說明書（畢業 論文 ） 存儲器。 C8051F 系列單片機的功能部件包括模擬多路選擇器、可編程增益放大器、 ADC、 DAC、電壓比較器、電壓基準、溫度傳感器、 SMBus/I2C、UART、 SPI、可編程計數器 /定時 器陣列 (PCA)、定時器、數字 I/O 端電源監視器、看門狗定時器 (WDT)、和時鐘振蕩器等。整個軟件系統的組成 如圖 所示。因為C805IF320 是帶 USB 接口 (符合 協議 )的單片機，所以整個硬件部分是一般單片機應用系統的開發，僅需要外加輸入信號處理電路就可實現。 硬件系統構成 好的數據 通信 系統必須有好的硬件系統，才能夠現場完成數據采集、存儲、顯示 和分析。國外產品進入我國市場較早，但就當前市場而言，并沒有占據市場的主要份額，主要原因是高昂的價格和非漢化的操作界面使其推廣受到限制。 (6)另外， USB 設備一般都比同類功能的設備成本低。 (3)可以采用總線供電。 USB 具有易用、真正的熱插拔、高性能和系統造價低廉等優點，也正是由于這些優點是它從書面的協議變成產品只用了不到兩年的時間。內置式插卡容易受到 Pc 機箱內高頻信號的干擾影響，從而降低系統的采樣精度和穩定性。在科學研究中，應用數據 通信 系統可獲得大量的動態信息，是研究瞬間物理工程的有力工具，也是獲取科學奧秘的重要手段之一。 Firmware 。本文先從整體上介紹了程序的設計思想和層次結構，然后詳細介紹了固件部分的設計過程，并給出了程序流程圖和采用的固件函數庫。 涉密論文按學校規定處理。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發表或撰寫的成果作品。 、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫 2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規范。 輸入 數據通過 UART 模塊傳到控制器，然后通過 USB 接口向上位機傳送數據，或者上位機發出控制信息傳到數據采集系統去。采用采集卡不僅安裝麻煩、易受機箱內環境的干擾，而且由于受計算機插槽數量和地址、中斷資源的限制，不可能掛接很多設備。 數據 通信 系統性能的好壞，主要取決于它的精度和速度。這些弱點使得他們的應用受到了很大的局限。 協議規定了 兩種速度 :低速 、高速 12Mbps，現有的 傳輸速率己經高達 480Mbps，折合約 60MB/s 的峰值傳輸速率。 (4)抗干擾性強。 USB 技術一出現，人們就逐漸將其應用到了工業現場的數據 通信 系統中。 USB 數據采集系統的總體設計方案 對于任何一個數據 通信 系統來說，其設計的主要工作是系統結構的選擇、進行硬件和軟件的功能合理分配。 (2)電路設計力求簡潔、可靠，盡量采用集成度高的芯片，減少外圍元器件的數量。 M C U 8 0 5 1 內 核輸入數據C 8 0 5 1 F 3 2 0 U S B 電 纜U S B 控 制 器及 接 口P C 機 或筆 記 本 電 腦 圖 系統框圖 軟件系統的構成 開發一個 USB 設備，軟件設計是必不可少的。其與 上位計算機的數據傳輸是采用帶 接口的單片機作為接收控制板的核心芯片，以解決當前筆記 本電腦不提供 RS232 接口的問題。另外，它的內部還集成有 1kbyte 的 USBSRAM 和 USB 收發器。 ● 供電電壓 片上的參考電源校準器支持 USB 總線電源操作；校準器的 Bypass 模式支持 USB內部電源操作。在這個系統中，片內設置有一個可 編程的時鐘振蕩器 (無需外部器件 )，可提供 8 和 16MHz 時鐘的編程設定。 C805lF320 把 8051 單一的外部復位發展成多源復位：上電復位、掉電復位、外部引腳復位、軟件復位、時鐘檢測復位、比較器 0 復位和引腳配置復位。通過選擇合 適的導線長度以匹配指定的 IR drop內蒙古科技大學畢業設計 說明書（畢業 論文 ） 和其它一些特性，如設備能源預算和電纜適應度。該 FIFO 空間被分配給端點 03；端點 13 的 FIFO 可以被配置為輸入（ IN）、輸出（ OUT）或輸入 /輸出（分內割模式）。 內蒙古科技大學畢業設計 說明書（畢業 論文 ） … 圖 USB控制器原理框圖 USB 接口分為 A、 B 型接口和 Mini 型接口等，本文實際電路中采用了標準 A 型USB 接口 ，其封裝圖如圖 所示。所以設計這部分硬件電路時，只要把單片機的 GND、 D+、 D、 VBUS 四根線連接到 J3 上即可。當被使能時， REG0輸出連到 VDD 引腳，并可為外部器件提供電源。 在進入復位狀態時，將發生以下過程： 內蒙古科技大學畢業設計 說明書（畢業 論文 ） ● CIP51 停止程序執行； ●特殊功能寄存器（ SFR）被初始化為所定義的復位值； ●外部端口引腳被置于一個已知狀態； ●中斷和定時器被禁止。看門狗定時器被使能，使用系統時鐘的 12 分頻作為其時鐘源。也可以使用一個外部 CMOS 時鐘提供系統時鐘。 USB 時鐘（ USBCLK）可以來自內 部振蕩器、外部振蕩器電路或 4 倍時鐘乘法器。 UART0 有兩個相關的特殊功能寄存器：串行控制寄存器（ SCON0）和串行數據緩沖器（ SBUF0）。在調試時所有的模擬和數字外設都正常工作。在 USB 系統中只允許有一個主機，它可以被分為三個不同的功能模塊： 客戶軟件、 USB 系統軟件和 USB 總線接口。 USB 總線接口包括主控制器和根集線器兩個部分。 USB 總線接口層實現了主機和 USB 設備間數據的實際傳輸。 同樣，客戶軟件在接收 USB 設備發來的數據時也必須經過上述 4 個軟件實體，其傳輸過程如圖 中向上箭頭所示。示意圖如圖 所示。它的主要特點包括： ● 項目界面，全功能窗口字體可配置的編輯器； ● 調試器具有設置斷點，單步指令運行等功能； ● 工具鏈接集成支持匯編器，編譯器和鏈接器； ● 可定制的工具菜單用于集成其它編譯器或開發工具； ● CYGNAL 配置向導可為指定的目標環境產生配置代碼。這些函數提供了一個通過 C8051F320 的 USB 控制器的通用 I/O接口，而不需要考慮底層的 USB 硬件細節或者協議。 USB API interrupt 16 是一個由 USBXpress 固件庫生成的虛擬的中斷，無論何時當用戶代碼需要被通知一個 USBXpress 事件的時候被使用。 UART0 的波特率由方決定： (41) 其中 T1CLK 是定時器 1 的時鐘頻率， T1H 是定時器 1 的高字節（重載值）。 void SYSCLKInit( void) //系統時鐘初始化程序 { int i=0； OSCXCN=0x67； //開始外部晶振 for(i=0； i30000； i++) //延時 1ms，等待晶體振蕩器穩定 while(!(OSCXCNamp。被包含在 .inf 文件中的串號將會影響在“發現新硬件向導”對話框以及設備管理器和注冊表中顯示的內