基于usb总线的数据通信系统.docx
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基于usb总线的数据通信系统
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
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所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
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3）中文摘要（300字左右）、关键词
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6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
3）其它
摘要
本论文以基于USB总线的数据采集系统为主要内容，阐述了利用美国SiliconLaboratories公司的C8051F320芯片组成的一套数据通信系统的设计方案、开发方法和开发过程，并给出了具体实现方案。
本系统设计包括硬件设计和软件设计。
在硬件设计部分，介绍了具体硬件设计方案。
软件设计包括固件程序设计、驱动程序设计和应用程序设计三大部分。
本文先从整体上介绍了程序的设计思想和层次结构，然后详细介绍了固件部分的设计过程，并给出了程序流程图和采用的固件函数库。
驱动程序部分介绍了驱动程序的结构和定制过程。
主机应用程序的设计部分介绍了所采用的API函数，并给出了部分源代码和程序流程图。
输入数据通过UART模块传到控制器，然后通过USB接口向上位机传送数据，或者上位机发出控制信息传到数据采集系统去。
相对于传统的数据采集系统具有精度高、传输速率快、功耗低、体积小、抗干扰能力强等特点，具有很好的应用前景。
关键词：
C8051F320；USB；固件程序；驱动程序
Abstract
ThepaperismainlyconcernedwiththedesignprocessofdataacquisitionsystemthatisbasedonUSBbus.Thedesignscheme,developingmethodanddevelopingprocessofasuitofdataacquisitionsystemusedwithAmericaSiliconLaboratories’sC8051F320areexpatiated.Inaddition,thepaperalsogivesthematerialrealizationscheme.
Thisdesignincludeshardwareandsoftwaredesign.Thehardwaredesignpartintroducesthatproducestheconcretehardwaredesignscheme,andthePCBdesign.Therearethreepartsinthesoftwaredesignpart,suchasthefirmware'sdevelopment,thedriverdevelopmentprogramandtheapplicationprogramdevelopment.Thepapershowstheideaandlayerstructureofprogramdesignasawhole,andthenintroducesthefirmwaredesignindetailandgivestheflowchartsandfirmwarefunctionlibrary.Inthepartofdevicedriverdesign,thestructureandcustomizationstepsofdriverarediscussed.ThedesignofhostapplicationprogramintroducestheAPIfunctionsandthenintroducesprogramflowdiagramandgivesafewcodesofthefirmwareprogram.
InputdatatransmittedthroughtheUARTcontrollermodule.ThedatawhichhostsendstoMCUbyUSBinterfaceissendtoanotherdataterminalasashortmessage.ThisMCUreceivestheshortmessagefromthedatacollectionandtransmitsitthroughtheUSBinterfacegivesthehost.ThedesignachievesthefunctiontotransmitthedatatothecomputerviaUSBinterfaceandcontrolthesystemconditionwithcomputer.Itcompleteslowersystempowerconsumptionlowercubageandhigheranti-jammingthanintraditionalways,andithasthewideprospectofapplication.
Keywords:
C8051F320;USB;Firmware;Devicedriver
摘要I
AbstractII
第一章引言1
1.1数据采集系统的简介1
1.2USB新技术的出现2
1.3国内外现状及研究目的3
第二章USB数据采集系统的设计方案5
2.1USB数据采集系统的总体设计方案5
2.2硬件系统构成5
2.3软件系统的构成6
2.4USB数据采集系统的性能指标7
第三章系统硬件设计8
3.1单片机的选择8
3.2系统与主机连接的设计13
3.3USB接口电路16
3.4系统复位电路17
3.5系统晶振电路19
3.6UART串口通信设计20
3.7调试电路21
第四章系统软件设计23
4.1系统软件设计的组成23
4.2USB固件程序设计27
4.2.1USB接口数据传输程序设计28
4.2.2串口中断服务程序设计29
4.2.3主程序设计30
4.3系统上位机USB驱动程序设计33
4.4应用程序设计34
4.5软件系统的抗干扰设计35
第五章单片机系统调试36
第六章结论38
附录A39
附录B40
参考文献52
致谢54
第一章引言
在工业生产和科学技术研究的各行业中，常常要利用PC或工控机对各种数据进行采集，如液位、温度、压力、频率等，而数据采集必须用到数据通信系统。
现在常用的采集方式是在PC机或工控机内安装数据采集卡，如A/D卡及422卡、485卡。
采用采集卡不仅安装麻烦、易受机箱内环境的干扰，而且由于受计算机插槽数量和地址、中断资源的限制，不可能挂接很多设备。
而通用串行总线（UniversalSerialBus，简称USB）的出现，能很好地解决以上这些冲突，很容易就能实现低成本、高可靠性、多点的数据采集。
这一章我将简单介绍数据通信系统、新技术USB的出现对其的影响，同时引出本文的标题《基于USB总线的数据通信系统的设计》。
1.1数据采集系统的简介
数据通信系统是计算机在工业控制系统中最为普遍的应用系统。
在生产工程中，应用这一系统可对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录，为提高产品质量、降低成本提供信息和手段。
在科学研究中，应用数据通信系统可获得大量的动态信息，是研究瞬间物理工程的有力工具，也是获取科学奥秘的重要手段之一。
总之，不论在哪个应用领域中，数据采集与处理越及时，工作效率就越高，取得的经济效益就越大。
数据通信系统的任务是采集生产过程中的工况二次参数并经过A/D转换器送入内存储器中，然后再由CPU对这些参数和数据进行分析、运算和处理，如数字滤波、量纲变换、仪表误差修正、数字显示、越限报警及打印等，如再配上输出通道就可以方便地组成计算机控制系统。
数据通信系统性能的好坏，主要取决于它的精度和速度。
在保证精度的条件下，应有尽可能高的采样速度，以满足实时采集、实时处理和实时控制对速度的要求。
现代工业生产和科学研究对数据采集的要求日益提高。
除了性能好以外，还要求数据采集系统能有其它特点，如使用方便、经济合理、安全可靠、抗干扰能力强等。
现在常用的数据通信装置一般多是通过ISA或是PCI等内置式接口实现PC机与外围系统之间的通信。
内置式插卡容易受到Pc机箱内高频信号的干扰影响，从而降低系统的采样精度和稳定性。
此外，计算机主板上的插槽个数是有限的，加上仪器电路插卡的安装（必须断电、打开机箱操作）很不方便。
更有甚者，在PC机箱
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