完整版AT89C51单片机USB接口驱动和应用程序的开发毕业论文.docx

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完整版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发

院（部）名称:

电信学院

学生姓名:

杨闯

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

学位授予时间:

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

UniversalserialbusUSBisonekindofemergingandreplaceotherinterfacestandardsofdatacommunicationstandards.USB,duetofast,convenientandflexibleeasytoexpand,tosupportplugandplay,lowcostadvantages,suchaswidelyapplication.

ThepaperismainlyconcernedwithdesignprocessofdataacquisitionsystemthatisbasedonUSBbus.Thedesignscheme,developingmethodanddevelopingprocessofasuitofdataacquisitionsystemusedwithCH372andATMEL’sAT89C51areexpatiate.Inaddition,thepaperalsogivesthematerialrealizationscheme.

Atfist,thepaperintroducestheprotocolofUSBbusinbrief,andthendiscussesthedesignofdataacquisitionsystem,whichincludesfourparts,,firmwaredesign,devicedriverandapplicationprogram.Intheindetail;thequestionswhichshouldbepaidattentiontoindesignisexplained.DriversandapplicationsofthemainequipmentandUSBplugandplayfunction,andprovideafriendly-machineinterface,controlofdataacquisitionsystemanddisplaythedatacollection.

ThepaperofdataacquisitionsystembasedonUSBbusandrealizedthebasaldataacquisitionfoundation.UsingUSBbustotransferdatablazedawayincommunicationbetweendataacquisitionsystemandcomputer.

Keywords:

USB、Drive、Applications、AT89C51、CH372

目录

第1章绪论1

1.1引言2

1.2USB的特点2

1.3USB实时数据采集系统的实现方案2

第2章USB体系简介2

2.1体系概述2

2.2USB的传输类型2

2.3USB的设备状态2

第3章USB数据采集系统的硬件设计2

3.1USB接口方案2

3.2USB接口的硬件设计2

3.2.1CH372简介2

3.2.2USB接口的硬件电路设计2

3.3USB接口硬件的实现2

3.3.1时钟电路2

3.3.2复位电路2

3.3.3AD转换电路2

3.3.4CH372接口电路2

3.3.5单片机扩展RAM接口电路2

第4章USB数据采集系统设备固件编写2

4.1固件设计方案及工作流程2

4.1.1固件的设计思想2

4.1.2固件的工作流程2

4.2固件开发2

4.2.1主循环模块（MAINLOOP.C）2

4.2.2外接口模块2

4.2.3CH375_INIT初始化模块2

4.2.4上传数据块模块2

4.2.5上传中断数据模块2

第5章USB设备驱动程序及应用程序2

5.1驱动开发工具的选择2

5.2WDM概述2

5.3主要模块设计2

5.3.1初始化模块2

5.3.2即插即用管理模块2

5.3.3I\O控制模块2

5.4应用程序设计与实现2

5.4.1操作例程及初始化2

5.4.2设备读写接口程序的实现2

5.4.3数据传输程序的设计和实现2

5.5用户应用程序的具体实现2

结束语2

致谢2

参考文献2

附录一2

附录二2

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AD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UniversalSerialBus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NorthernTelecom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480Mbs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。

1.2USB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IO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：

1.5Mbs和12Mbs，并且两种速率能够自适应转换。

USB2.0的传输速率可达480Mbs。

（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。

1.3USB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、AD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。

多

路

信

号

图1.2USB实时数据采集系统的硬件模块

系统的模拟开关、AD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Atmel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Delphi程序设计，还要熟悉USB协议Windows核心态。

第2章USB体系简介

2.1体系概述

USB体系包括“主机”、“设备”以及“物理连接”三个部分。

其中主机是一个提供USB接口及接口管理能力的硬件、软件及固件的复合体，可以是PC，也可以是OTG设备。

从图2.1中可以看出USB采用分层的星型拓扑来连接所有的USB设备。

（图中的Func代表USB设备）：

图2.1USB体系图

在任何USB系统中都只有一个主机，它是USB通信的中心。

主机管理总线，就必须知道总线上有哪些设备，以及每个设备的功能。

总线上的各个设备有不同的要求，这些设备都在企图同时性的传输数据。

主机必须让每一个设备都可以正确地发送和接收数据。

主机所完成的USB相关工作：

1、为外围设备提供电源；2、检测设备的连接和移除；3、检查数据的错误；4、管理数据通信、5、与外围设备交换数据。

USB集线器最基本的作用是作为与设备融合为一体的分离器和中继器。

集线器在USB设备和主机之间提供了电接口。

集线器直接负责支持能使USB用户友好并让用户方便易用