数据（资料）AT89C51单片机USB接口驱动和应用程序的开发毕业论文

北方民族大学

学士学位论文论文题目: AT89C51单片机USB接口驱动和应用程序的开

院(部)名称: 电信学院

专 业: 测控技术与仪器学号: 20060249指导教师姓名: 周春艳论文提交时间: 2010年5月24日论文答辩时间: 2010年5月29日

北方民族大学教务摘要

通用串行总线USB是一种新兴的并逐渐取代其他接口标准的数据通信标准。USB由于速度快使用方便灵活易于扩展支持即插即用成本低廉等一系列优点得到了广泛的应用。

本论文以基于USB总线的数据采集系统的研制过程为主要内容阐述了利用CH372与ATMEL的AT89C51等组成的一套数据采集系统的设计方案、开发方法和开发过程并给出了具体实现方案。

论文首先简要介绍了USB总线的相关内容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硬件设计、固件程序开发、驱动程序开发和应用程序开发四部分。在硬件设计部分首先介绍了设计中所用的CH372的性能和特点然后给出了具体硬件设计方案并对设计中应该注意的问题进行了说明。驱动和

应用程序主要完成USB设备的读写和即插即用功能并提供一个友好的人机界面对数据采集系统进行控制并显示采集后的数据。

本论文已完成了基于USB总线的数据采集系统的设计用其实现了基本的数据采集功能。使用USB总线传输数据为数据采集系统与计算机之间的通讯开辟了新的道路。

关键词USB、驱动程序、应用程序、AT89C51、 CH372

Abstract

Universal serial bus USB is one kind of emerging and replace otherinterface standards of data communication standards. USB, due to fast,convenient and flexible easy to expand, to support plug and play, low costadvantages, such as widely application.

The paper is mainly concerned with design process of data acquisition

system that is based on USB bus. The design scheme, developing methodand developing process of a suit of data acquisition system used with CH372and ATMEL’s AT89C51 are expatiate. In addition, the paper also gives thematerial realization scheme.

At fist , the paper introduces the protocol of USB bus in brief,and then discusses the design of data acquisition system, whichincludes four parts, hardware design, firmware design, device driverand application program. In hardware part, the performance of CH372is fistly described; then the hardware scheme are given in detail ;the questions which should be paid attention to in design isexplained. Drivers and applications of the main equipment and USBplug and play function, and provide a friendly human-machineinterface, control of data acquisition system and display the datacollection.

The paper has finished the design of data acquisition systembased on USB bus and realized the basal data acquisition foundation.Using USB bus to transfer data blazed a way in communication betweendata acquisition system and computer.

Keywords:USB、 Drive、Applications、AT89C51、 CH372

目录

第1章绪论

1 . 1 引言

现代工业生产和科学研究对数据采集系统的要求日益提高 目前比较通用的方法已逐渐不能适应其要求。例如在PC机及工控机内安装数据采集板卡如A/D卡、422卡或485卡等。这些数据采集系统存在以下缺陷安装麻烦价格昂贵受计算机插槽数量、地址、终端资源的限制可扩展性差在一些电磁干扰性强的测试现场无法专门对其做电磁屏蔽导致采集的数据失真等。

USB是Universal Serial Bus的简称译为通用串行总线。USB是一种外设总线所不同的是它是由Intel 、 Compaq、Digital 、 IBM、Microsoft 、NEC及Northern Telecom等几家计算机和通信公司联合制订的并成为了行业标准。

目前USB1 .1标准得到了广泛支持。 2000年初USB2.0标准问世USB2.0以480Mb/s的传输速率得到了广泛关注在一定基础上代表了计算机接口的发展趋势。

1 .2 USB的特点

USB作为新一代的计算机接口具备如下特点

 1 低成本。为了把外围设备连接到计算机上去USB提供了一种低成本的解决方案所有系统的智能机制都驻留在主机并嵌入芯片组中方便了外设的制造。

2热插拔。USB实现了真正的“即插即用”功能。设备连接后由USB自检测并且由软件自动配置完成后立刻就能使用不需要用户进行干涉。在操作系统方面由主机负责扫描总线上的所有接口  自动识别USB设备的插拔并相应的加载或卸载设备驱动程序实现了即插即用功能。

 3 单一的连接器类型。USB定义了一种简单的连接器仅使用一个四芯电缆即可用来连接任何一个USB设备。多个连接器可以通过USB集线器连接。

4最多可通过网络连接127个设备每个USB总线支持127个设备的连

图1 .1树形拓扑结构示意图

接其树形拓扑结构如图1 .1所示。

在图1 .1中每个Hub集线器可向上连接到另一个Hub深度可达5层。 由于协议中规定使用8位数据寻址因此每一个主机最多可连接127个设备。 其中0x00地址用于缺省地址在设备刚入网或复位时使用

 5 如图1 .1所示无论多少个设备连接在系统中主机只给USB主控制器分配固定的I/O地址和中断向量不会额外占用系统资源。

6USB有两种设备传输率 1 .5Mb/s和12Mb/s 并且两种速率能够自适应转换。USB2.0的传输速率可达480Mb/s。

7 独立供电。USB设备提供总线供电和自供电两种方式通过集线器向

设备提供电源。当外设的电源要求电压为5伏且电源小于500mA时可以直接从USB总线获取电源这样USB设备就无需专用电源线从而降低了设备的成本。

 8 错误检测和恢复。USB事物处理包括错误检测机制它们用于确保数据无错误发送。在发生错误时事物处理可以重新进行。

9 电源保护。如果连续3ms没有总线活动则USB会自动进入挂起状态处于挂起状态的设备消耗的电流不超过500uA。

 10支持四种类型的传输方式。USB定义了四种不同的传输类型来满足不同设备的需求这些传输类型包括等待传输、块传输、 中断传输和控制传输。

基于USB总线的数据采集系统充分利用了USB总线的优点有效解决了传统数据采集系统的缺陷是数据采集系统设计的一种较好选择。

1 .3 USB实时数据采集系统的实现方案

USB数据采集系统的硬件模块包括多路模拟开关、 A/D转换器、微控制器和USB接口芯片等。硬件总体结构如图1 .2所示。

信

图1 .2USB实时数据采集系统的硬件模块

系统的模拟开关、A/D转换器均采用传统的设计方法根据系统功能、采集的精度、速率、通道数等诸元素选择合适的芯片。微控制器采用了Atme l公司的AT89C51, USB接口芯片采用CH372。

USB数据采集系统的软件包括USB设备驱动程序、设备固件、主机端应用程序三部分。我主要负责使用Delphi语言进行USB设备驱动程序和应用的开发。其中设备固件对数据采集系统进行控制还要控制USB接口芯片实现USB协议。这要求设计者不仅熟悉Delph i程序设计还要熟悉USB协议Windows核心态。

第2章USB体系简介