串口USB接口的上位机软件设计资料下载.pdf
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集成电路设计与集成系统重庆大学通信工程学院二O一四年六月GraduationDesign(Thesis)ofChongqingUniversityTheHostComputerSoftwareDesignofSerial/USBInterfaceUndergraduate:
XXXSupervisor:
Major:
IntegratedCircuitDesignandIntegratedSystemCollegeofCommunicationEngineeringChongqingUniversityJune2014重庆大学本科学生毕业设计中文摘要摘要本文阐述了基于USB2.0接口的数据采集系统的上位机软件设计。
通用串行总线USB凭借其独有的传输速度快、支持热插拔、即插即用、简便易携带、良好的兼容性、节省系统资源和成本低等特点,在现代电子设计的接口开发中显露出不可比拟的竞争力。
进入21世纪以来,随着PC技术的迅速发展,USB技术逐渐进入了实用阶段。
然而对于串口通信,因其接口拔插存在风险,速度相对较慢,无法满足数据采集系统高速数据实时传输的要求,故本文基于USB接口来实现数据的高速传输。
下位机即外围硬件电路系统由Cypress公司的EZ-USBFX2PL高速USB外设控制器系列中的CY7C68013A(56pin)为USB2.0的接口芯片,Altera公司的CycloneII系列的EP2C5Q208C8N为主控制器,和2片16MBits的SDRAM等组成。
主控制器FPGA根据USB芯片SlaveFifo模式所需要的时序将总线数据传输到USB芯片中,USB芯片将自动进行数据打包并上传给上位机。
本文基于VisualStudio2010平台,以C#语言进行了上位机软件的开发设计;
基于Keil2进行了芯片CY7C68013A的固件设计,实现了USB芯片的配置和与上位机进行通信;
基于VisualStudioC+6.0和DriverStudio,设计出了适合USB2.0芯片CY7C68013A的USB驱动,从而使上位机与下位机的数据通信得到实现。
关键词关键词:
数据采集,USB,上位机I重庆大学本科学生毕业设计(论文)ABSTRACTABSTRACTThispaperdescribesthePCsoftwaredesignofdataacquisitionsystembasedonUSB2.0interface.UniversalserialbusUSB,whichpresentsafasterTransmissionspeed,auniquehot-swappablesupport,asuddenPlugandplay,easytocarry,goodcompatibilityandresource-efficientandlowcost,exhibitedtheunparalleledcompetitivenessinmodernelectronicinterface-developingdesign.Inthe21stcentury,withtherapiddevelopmentofPCtechnology,USBtechnologygraduallyisenteringthepracticalstage.Forserialcommunication,however,becauseitsinterfaceswapsriskily,relativelyslow,unabletomeettherequirementsofreal-timedataacquisitionsystemforhighspeeddatatransfer,thispaperisbasedonUSBinterfaceforhigh-speedtransmissionofdata.ThelowercomputernamelyperipheralhardwaresystemconsistsofaUSBchipofCY7C68013A(56-pins)byCypresscompanyintheirperipheralcontrollerseries,amaincontrollerthataEP2C5Q208C8NchipprovidedbyAlteracompanyinCycloneII,andtwo16MbitsSDRAMs.ThemaincontrollertransfersthedatainthebustotheUSBchipaccordingtothetimingsequenceprovidedbyUSBchipSlaveFifomodel.Atlast,theUSBchipwillpackagethemanduploadtothehostcomputer.ThispaperisbasedonVisualStudio2010platform,onc#languagefortheuppermachinesoftwaredevelopingdesign;
anditisbasedonKeil2forthefirmwaredesignofCY7C68013Achip,whichachievestheconfigurationofUSBchipanduppermachineforcommunications;
andBasedonVisualStudioC+6.0andDriverStudio,whichhelpstodesignouttheUSBdriverforCY7C68013A.Therebytheymakehostcomputerandlowermachinecommunicatesuccessfully.Keywords:
Dataacquisition,USB,hostcomputerII重庆大学本科学生毕业设计(论文)目录目目录录摘要.IABSTRACT.II1绪论.11.1课题背景和研究意义.11.2国内外研究现状.11.3章节安排.22设计方案分析与对比.42.1数据采集系统整体框图.42.2基于串口的设计分析.42.2.1串口的工作原理.42.2.2串口的特点.62.3基于USB接口的设计分析.62.3.1USB2.0的工作原理.62.3.2USB2.0接口特点.72.4方案的选取.82.5本章小结.83USB芯片固件和驱动设计.93.1USB芯片固件设计.93.1.1固件的原理与功能.93.1.2固件主程序.93.1.3初始化子程序.103.1.4重枚举子程序.123.1.5处理设备请求子程序.133.2USB芯片驱动.143.2.1USB芯片驱动原理.143.2.2CypressUSB2.0芯片驱动.153.3本章小结.164上位机软件设计.184.1上位机设计概要.184.2上位机设计过程分析.194.2.1上位机总体设计.19III重庆大学本科学生毕业设计(论文)目录4.2.2设备连接和启动采集按钮设计.204.2.3数据显示.234.2.4数据存储和再现.244.2.5数据数值处理和计算.244.3本章小结.255调试运行.265.1USB2.0固件下载.265.1.1USB2.0固件在线调试.265.1.2USB2.0固件固化.285.2USB2.0驱动安装.295.3上位机运行与分析.315.3.1USB2.0速度测试.315.3.2上位机测试.325.3.3运行结果分析.355.4本章小结.366结论与展望.37致谢.38参考文献.39IV重庆大学本科学生毕业设计(论文)1绪论1绪论1.1课题背景和研究意义在工业生产和科学研究等行业中,常常需要利用PC或工控机对各种数据进行采集处理,如液位、温度和压力等许多以非电信号形式存在的物理量。
通过对模拟数据的采集,然后通过PC接口总线将数据送入计算机作进一步处理。
目前,以这样的系统为核心的设备在国内外得到了广泛的应用,比如气象、雷达、通信、水声、遥感、语音处理、智能仪器、工业自动化以及生物医学工程等都是以传感器将模拟量或物理信号转换为数字量,再经过各种通讯接口将采集得到的数据进行各种处理1。
然而随着技术的提高,对数据的采集和处理提出了更高的要求,从而出现了用PC机进行数据的处理,进而诞生了上位机的概念,上位机的提出是相对于下位机而言的。
上位机是指可以直接发出操控命令的计算机,一般是PC,屏幕上显示各种物理信号的状态或变化(液压,水位,温度等)。
下位机是直接控制设备获取设备状况的计算机,一般是PLC/单片机之类的。
上位机发出的命令首先给下位机,下位机再根据此命令解释成相应时序信号直接控制相应设备。
下位机不时读取设备状态数据(一般为模拟量),转换成数字信号反馈给上位机2。
上位机的出现让人们可以高效和简便地对下位机进行控制和数据处理。
上位机在数据采集系统中的应用不仅给用户提供了良好的界面,而且操作简便,对于用户而言只需保证正确的操作,就能够完全的满足用户的各种需要,从而提高人们的工作效益。
1.2国内外研究现状USB是由Compaq、DigitalEquipment、IBM、Intel、Microsoft、NEC和NorthernTelecom等七家计算机和通信公司联合制定的,并成为了行业标准。
这一技术解决了串行设备和并行设备如何与计算机相连的争论,大大简化了计算机与外设的连接过程3,4。
USB的英文全称是UniversalSerialBus,中文含意是通用串行总线,它是一种应用于PC领域的新型接口技术。
对于一个数据采集系统来说,不但要完成数据信息的采集,还要通过PC机接口总线将采集到的数据送入PC上位机机进行处理。
目前,国外企业己经推出了很多能适应不同条件,不同精度要求的USB数据采集系列产品。
典型的是美国国家仪器有限公司(NationalInstruments;
NI)研制的一系列USB数据采集卡,推出了八款最新USB2.0高速数据釆集设备,从而扩展了其业界领先的USB-9000系列产品,实现了高达800KSPS的采样率。
国外很早就开始了1重庆大学本科学生毕业设计(论文)1绪论USB接口芯片的研发,甚至早在2001年,Cypress和Philips就推出了USB2.0接口芯片。
当前,USB2.0接口控制芯片的市场份额也主要被这些国外的厂商所占据,其中Cypress、Intel、Philips、NctChip、NEC、TI等几家公司的芯片比较成功。
目前,市场上流行的USB接口控制芯片分为两种类型:
一种是集成了微处理器的USB接口控制芯片,如Motorola的68HC705JB2、68HC705JB3、68HC705
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