基于USB的pH值控制器数据通信的实现

1.引言： 　　

在糖提炼过程中，糖厂澄清工段的 PH值控制对糖的纯度和生产成本起着决定性的作用。基于 ATMEL公司的 AT91M55800的嵌入式控制器就是自动检测控制澄清工段的 pH值，克服了以往手工操作 pH值波动较大的缺点。

本文介绍的是 pH值控制器和上位机在现场的 pH值数据传输的实现，采用 USB通讯方式，主要因为 USB具有以下优点： 　　

用户使用方便。设备自动识别，自动安装驱动程序和配置。

应用范围广。传输速率快，总线支持同步和异步传输方式。

灵活。支持不同速率的设备。

稳定。协议中包含错误检测，支持热插拔。

易于与 PC接口。支持即插即用。

成本低廉。

选用的 USB芯片是 PHILIPS公司成熟且价格低廉的 PDIUSBD12。整套方案要解决的工作主要有三个部分，一是 AT91M55800上 USB固件程序的设计；二是上位机 USB驱动程序的编写；三是上位机数据传输应用软件的实现。图 2为 PDIUSBD12的硬件连接原理图。

2.USB固件程序编写固件程序的一个最主要的目的就是让 Windows可以检测和识别设备，此外，它还完成数据的传输和根据不同的需求而进行一些控制和处理的任务。固件程序主要包括三部分：a)初始化 AT91M55800和所有的外围电路（包括 PDIUSBD12）；b)主循环部分；c)中断服务程序。 PDIUSBD12的固件由中断驱动，当 CPU处理前台任务时，USB的传输可在后台进行。这确保了最佳的传输速率和更好的软件结构，同时简化了编程和调试。后台 ISR（中断服务程序）和前台的主程序循环之间的数据交换可以通过事件标志和数据缓冲区来实现。在多路地址 /数据总线方式中，单片机与 PDIUSBD12的通信就像单片机外扩了一片 RAM器件一样。可以按照下面的程序向 PDIUSBD12发送数据或命令： 　　void outportb(unsigned int Addr,unsigned char Data) 　　{ 　　((unsigned char xdata )Addr)=Data; 　　} 　　其中，Addr是 PDIUSBD12的地址，Data是输出的数据和命令。当 Addr为奇数时表示输出的是命令，Addr为偶数时表示输出的是数据。中断服务程序处理由 PDIUSBD12产生的中断，将数据从 PDIUSBD12内部读取到 CPU的存储器，并建立正确的事件标志，以通知主循环程序进行处理。程序首先读取 PDIUSBD12的中断寄存器来决定中断源，然后转入相应的子程序进行处理。控制端点的输入/输出能够完成设备的枚举操作。端点 1和端点 2定义为普通端点，可以实现中断传输或批量传输等。

3.上位机 USB驱动 　　

采用 DriverStudio来开发 USB的 WDM驱动。WDM(Windows Driver Model)是微软公司全新的驱动程序模式，支持即插即用、电源管理和 WMI技术。

DriverStudio中的 DriverWorks提供了 USB驱动程序设计向导，只要按照向导完成相应的操作和设置就可以设计出一个简单的 USB驱动程序。

在进行 USB数据采集系统驱动程序开发之前首先要明确 USB设备的配置和驱动程序实现的功能，在我们的数据采集系统中，共用到三个 USB端口，分别为： 　　控制端口 0 　　IN端口 1 　　OUT端口 2 设计的驱动程序主要功能是：简单的实现对两个端口的读写操作。知道这些后就可以着手进行 USB驱动程序开发工作了。

DriverStudio是嵌入在 VC6.0中的，所以开发 WDM驱动和用 VC开发一个可视化工程的情况类似。DriverWizard会一步步的根据我们的设定给出一个 WDM驱动的大体框架，我们要做的就是在其中加入我们所要实现的 USB端口 1和端口 2的读写功能代码。

在向导过程中有一步很重要，这一步提示用户选择总线类型，该驱动程序为 USB总线功能驱动程序，所以选择 USB总线。USB设备的 Vendor ID和 Product ID应该对应芯片，否则驱动程序不会被正确识别。这里 PDIUSBD12对应的 Vendor ID为 0471，Product ID为 0888。

向导完成，添加完端口读写功能代码后，接下来的工作是编译驱动程序工程文件，生成需要的 USB功能驱动程序。

4.上位机应用软件 　　

要实现的是通过自己编写的应用程序和 pH值控制器进行数据的批量传输。当点击[数据发送]按钮时，将数据发送框中的命令数据发送到 pH值控制器。而点击 [数据接收]按钮，将从 pH值控制器接收到的 pH值数据在数据接收框中显示出来。按[退出]按钮则退出应用程序。如图 3

USB数据采集系统的软件设计的步骤如下： 　　在应用软件设计中，多线程技术的应用会大大地提高应用程序的效率，辅助线程完成后台数据采集的工作。应用程序的界面操作不受后台数据处理的影响。

其中读线程函数为： 　　

UNIT ReadTread(void pParam) 　　{ 　　Cstting strTemp; 　　unsigned char iobuf[65]; 　　unsigned long nBytes=0; 　　CUSB_softDlg pDlg=(CUSB_softDlg)pParam; 　　//使[接收]按钮变灰 　　pDlg->GetDlgItem(IDC_RECEIVE_BUTTON)->EnableWindow(FALSE); 　　for(int i=0;i<65;i++) 　　{ 　　iobuf[i]=0; 　　} 　　//进行读操作，如果读不到数据则无限期等待 　　if(!ReadFile(pDlg->m_hRead,iobuf,64,&nBytes,NULL)) 　　{ 　　AfxMessageBox(“读取数据失败！”,MB_ICONWARNING|MB_OK); 　　} 　　iobuf[nBytes]=’’; 　　strTemp=iobuf; 　　//使[接收]按钮变亮 　　pDlg->GetDlgItem(IDC_RECEIVE_BUTTON)->EnableWindow(TRUE); 　　//将接收到的数据进行显示 　　pDlg->SetDlgItemText(IDC_RECEIVE_EDIT,strTemp); 　　return 0; 　　} 　　将所有代码添加完成后，编译、连接该工程文件。然后运行目标程序，同 USB设备进行批量数据传输。

5.结束语 　　

本文在基于 AT91M55800的 pH值控制器上加入 USB芯片 PDIUSBD12，在利用 ARM强大的处理能力的基础上，实现了 pH值数据的采集传输。利用了 USB通讯使用方便、数据传输快速稳定的优点，结合上位机应用软件，方便直观的观测 pH值控制器的 pH值数据。