基于USB的pH值控制器數(shù)據(jù)通訊的實現(xiàn)

出處：dengm 發(fā)布于：2009-09-14 15:02:58

　　摘要：介紹了基于 ATMEL公司的 AT91M55800的糖廠 pH值控制器與上位機 USB通訊的實現(xiàn)。包括三個方面：一是 AT91M55800上 USB軟硬件的設計；二是上位機上 USB驅動的編寫；三是上位機應用軟件的實現(xiàn)。采用 USB方式傳輸現(xiàn)場數(shù)據(jù)，具有數(shù)據(jù)傳輸快速穩(wěn)定，使用方便、即插即用、支持熱插拔等等優(yōu)點。配合上位機軟件，可以清晰直觀的采集和顯示現(xiàn)場澄清工段的 pH值數(shù)據(jù)。

　　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。基于 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。設備自動識別，自動安裝驅動程序和配置。

　　應用范圍廣。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固件程序的設計；二是上位機 USB驅動程序的編寫；三是上位機數(shù)據(jù)傳輸應用軟件的實現(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主要的目的就是讓 Windows可以檢測和識別設備，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。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)中斷服務程序。 PDIUSBD12的固件由中斷驅動，當 CPU處理前臺任務時，USB的傳輸可在后臺進行。這確保了的傳輸速率和更好的軟件結構，同時簡化了編程和調(diào)試。后臺 ISR（中斷服務程序）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?？梢园凑障旅娴某绦蛳?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 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，然后轉入相應的子程序進行處理。控制端點的輸入/輸出能夠完成設備的枚舉操作。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驅動

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

　　DriverStudio中的 DriverWorks提供了 USB驅動程序設計向導，只要按照向導完成相應的操作和設置就可以設計出一個簡單的 USB驅動程序。

　　在進行 USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)驅動程序開發(fā)之前首先要明確 USB設備的配置和驅動程序實現(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 設計的驅動程序主要功能是：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)我們的設定給出一個 WDM驅動的大體框架，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。

　　在向導過程中有一步很重要，這一步提示用戶選擇總線類型，該驅動程序為 USB總線功能驅動程序，所以選擇 USB總線。USB設備的 Vendor ID和 Product ID應該對應芯片，否則驅動程序不會被正確識別。這里 PDIUSBD12對應的 Vendor ID為 0471，Product ID為 0888。

　　向導完成，添加完端口讀寫功能代碼后，接下來的工作是編譯驅動程序工程文件，生成需要的 USB功能驅動程序。

　　4. 上位機應用軟件

　　要實現(xiàn)的是通過自己編寫的應用程序和 pH值控制器進行數(shù)據(jù)的批量傳輸。當點擊[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]按鈕則退出應用程序。如圖 3

　　USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設計的步驟如下：

　　在應用軟件設計中，多線程技術的應用會大大地提高應用程序的效率，輔助線程完成后臺數(shù)據(jù)采集的工作。應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;i<65;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]=’\0’;

　　strTemp=iobuf;

　　//使[接收]按鈕變亮

　　pDlg->GetDlgItem(IDC_RECEIVE_BUTTON)->EnableWindow(TRUE);

　　//將接收到的數(shù)據(jù)進行顯示

　　pDlg->SetDlgItemText(IDC_RECEIVE_EDIT,strTemp);

　　return 0;

　　}

　　將所有代碼添加完成后，編譯、連接該工程文件。然后運行目標程序，同 USB設備進行批量數(shù)據(jù)傳輸。

　　5. 結束語

　　本文在基于 AT91M55800的 pH值控制器上加入 USB芯片 PDIUSBD12，在利用 ARM強大的處理能力的基礎上，實現(xiàn)了 pH值數(shù)據(jù)的采集傳輸。利用了 USB通訊使用方便、數(shù)據(jù)傳輸快速穩(wěn)定的優(yōu)點，結合上位機應用軟件，方便直觀的觀測 pH值控制器的 pH值數(shù)據(jù)。