USB接口技术与应用研究
摘要
本文充分利用高速通用串行总线(USB)所具有的传输速度快、支持热插拔、即插即用、易于扩展、占用的系统资源少等优点,将其与传统的数据采集技术相结合,设计实现了一种基于USB的集数据采集、处理、分析和显示为一体的数据采集系统。
论文首先介绍了USB体系结构和数据流的相关内容,然后介绍了数据采集系统的设计。数据采集系统的设计包括系统的硬件设计和软件设计。在硬件设计部分,首先介绍了芯片CY7C68013A的性能特点,然后给出了USB与外部控制器接口模块、外部控制与数据采集模块、固件存储模块和电源模块的具体设计方案,并重点介绍了设计中应该注意的问题。软件设计包括USB接口控制器的固件设计、驱动程序开发和主机端应用程序开发三大部分。
在系统软件设计部分,固件程序和驱动程序开发是设计中的重点,论文先从总体上介绍程序的设计思想及其层次结构,随后详细介绍了各层次程序的设计过程,并给出了程序流程图和部分源代码。驱动程序开发部分简单介绍了Windows驱动程序模型(WDM)和USB驱动程序的开发过程,接着介绍了WDM驱动程序安装时必需的INF文件和主机端应用程序的实现。固件程序设计的平台为Keil C51,驱动程序和应用程序设计的平台为Visual C++6.0,辅助工具为Numega公司的DriverStudi03.0和Win2000 DDK。
在文章结尾,对本课题进行了总结,并对采集系统的功能扩展进行了展望。
A new kind of Data Acquisition System is designed in this thesis, which is based on Universal Serial Bus (USB) technology with data acquisition, analysis and display together. The advanced performance of USB with highspeed, Hot Plug In, Plug and Play, easily to expand and engrossing less syetem resource is shown in the system.
At first, the paper introduces the protocol of USB bus in brief, and then discusses the design of data acquisition system, which includes two segments such as hardware design and software design. In hardware design segment, the features of CY7C68013A are described firstly, and then the schemes of USB interface control module, USB and external controller interface module, firmware memory modules and power module are described in detail. The key points of the design which should be paid attention to are also explained. Software design also includes three parts, USB interface controller firmware design, USB driver development and application procedures.
In the software design segment, firmware and driver design is the most important project of the system. First, the paper presents the idea and the structure of the program, and then introduces the firmware design and the flow chart of the firmware code in detail. In device's driver segment, the principle of windows drivers module and the developing process of USB devices' drivers are briefly described. In the last part, the INF file which is need to installation of WDM Driver is described in detail, and the realization of application program. Firmware was compiled with Keil C51, and the driver and application program with Visual C++6.0 and DriverStudio 3.0 assistant tools.
In the end, the paper makes a conclusion of the project, and the foreground of USB application is explored.
论文首先介绍了USB体系结构和数据流的相关内容,然后介绍了数据采集系统的设计。数据采集系统的设计包括系统的硬件设计和软件设计。在硬件设计部分,首先介绍了芯片CY7C68013A的性能特点,然后给出了USB与外部控制器接口模块、外部控制与数据采集模块、固件存储模块和电源模块的具体设计方案,并重点介绍了设计中应该注意的问题。软件设计包括USB接口控制器的固件设计、驱动程序开发和主机端应用程序开发三大部分。
在系统软件设计部分,固件程序和驱动程序开发是设计中的重点,论文先从总体上介绍程序的设计思想及其层次结构,随后详细介绍了各层次程序的设计过程,并给出了程序流程图和部分源代码。驱动程序开发部分简单介绍了Windows驱动程序模型(WDM)和USB驱动程序的开发过程,接着介绍了WDM驱动程序安装时必需的INF文件和主机端应用程序的实现。固件程序设计的平台为Keil C51,驱动程序和应用程序设计的平台为Visual C++6.0,辅助工具为Numega公司的DriverStudi03.0和Win2000 DDK。
在文章结尾,对本课题进行了总结,并对采集系统的功能扩展进行了展望。
A new kind of Data Acquisition System is designed in this thesis, which is based on Universal Serial Bus (USB) technology with data acquisition, analysis and display together. The advanced performance of USB with highspeed, Hot Plug In, Plug and Play, easily to expand and engrossing less syetem resource is shown in the system.
At first, the paper introduces the protocol of USB bus in brief, and then discusses the design of data acquisition system, which includes two segments such as hardware design and software design. In hardware design segment, the features of CY7C68013A are described firstly, and then the schemes of USB interface control module, USB and external controller interface module, firmware memory modules and power module are described in detail. The key points of the design which should be paid attention to are also explained. Software design also includes three parts, USB interface controller firmware design, USB driver development and application procedures.
In the software design segment, firmware and driver design is the most important project of the system. First, the paper presents the idea and the structure of the program, and then introduces the firmware design and the flow chart of the firmware code in detail. In device's driver segment, the principle of windows drivers module and the developing process of USB devices' drivers are briefly described. In the last part, the INF file which is need to installation of WDM Driver is described in detail, and the realization of application program. Firmware was compiled with Keil C51, and the driver and application program with Visual C++6.0 and DriverStudio 3.0 assistant tools.
In the end, the paper makes a conclusion of the project, and the foreground of USB application is explored.
引文
[1]刘益成,USB接口技术-USB简介,石油仪器,Vol.16 No.1
[2]陈启美,吴永辉,USB技术概况,电子自动化设备,Vol.21 No.2
[3]Universal Serial Bus Specification Revision 2.0,http://www.usb.org
[4]Tomoaki Kouyama,Hibiki Nano,Chiaki Kon,Naohiko The Design of a USB Device Controller IYOYOYO.IEEE,2003,573-574
[5]The specification of USB Interface device with parallel bus.Philips,1999
[6]Universal Serial Bus Specification,USB Implementer's Forum.Compaq,Intel,Microsoft,NEC Revision 1.1 September 23,1998
[7]IWAKAWA S.Overview of USB 2.0 Specification[J].Nec Device Technology International,2001
[8]Universal Serial Bus Device Class Definition for Human Interface Devices(HID),Version 1.0.USB Implement's Forum,April 7,1999
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[10](美)阿多森(Adorson,D.)著,精英科技,USB系统体系,中国电力出版社,2001年1月版。
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[12](美)艾珂尔逊编著,陈逸等译,USB大全,中国电力出版社,2001年5月版。
[13]周立功等,USB2.0与OTG规范及开发指南,北京航空航天大学出版社,2004年5月版。
[14]胡晓军,张爱成,USB接口开发技术,西安电了科技大学出版社,2005年3月版。
[15]CY7C68013A PDF Document,http://www.cypress.com
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[19]Cypress Semiconductor Corporation.CY7C68013A EZ-USB FX2 Technical Reference Manual,http://www.cypress.com
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[27]黄小光,郝瑞祥,游小杰,郑琼林,TMS320F2812利用EZ-USB FX2与PC 机实现USB通信的设计,仪器仪表标准化与计量,2005.6
[28]24LC64 Datasheet,http://wwl.microchip.com/downloads/en/devicedoc/21189f.pdf,2002
[29]Texas Instruments,TPS75733 Datasheet.www.alldatasheet.com 2005
[30]Texas Instruments,TPS76801QD Datasheet,www.alldatasheet.com 2005
[31]宋伟,刘嘉兴,USB体制和组合干扰[J]。电讯技术,2000。6 19-24
[32]姚四改主编,Protel 99 SE电了线路设计教程[M],上海交通大学出版社,2003年9月版。
[33]谢淑如,郑光钦,杨渝牛编著,Protel PCB 99 SE电路板设计(第三版)[M],清华大学出版社,2003年7月。
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