基于USB總線的多路同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

1． 引言
    通用串行總線（USB，Universal Serial Bus）是現(xiàn)代PC數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)展趨勢(shì)，
PC的所有外設(shè)，包括鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、打印機(jī)、錄音機(jī)、數(shù)字音響、電視機(jī)頂盒、數(shù)碼相機(jī)、掃描儀、MODEM及各種多媒體音頻、視頻設(shè)備均可通過USB接口接入PC。USB總線同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)即為這種總線接入系統(tǒng)。

2． 硬件方案
    本系統(tǒng)采用MAXIAM公司的MAX125四路12位同步采集芯片，只需一個(gè)
啟動(dòng)信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)同步采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，完成后給出一個(gè)轉(zhuǎn)換完成信號(hào)，可從端口依次讀取A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，送入單片機(jī)處理；USB接口芯片采用PHILIPS 公司的PDIUSBD12，此芯片單片集成SIE、FIFO存儲(chǔ)器、收發(fā)器及電壓變換器，
并嚴(yán)格遵從USB1.1協(xié)議，PHILIPS SIE完成USB協(xié)議層，并且完全高速硬連接，無須任何軟件干預(yù)。此模塊功能包括：同步模式識(shí)別，并/串轉(zhuǎn)換，位填充/解填充，CRC檢驗(yàn)/產(chǎn)生，PID 確認(rèn)/產(chǎn)生，地址識(shí)別，握手響應(yīng)/產(chǎn)生；類似于控制其它接口芯片（如并口芯片）一樣控制此接口芯片，單片機(jī)將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果送至PIDUSBD12， PIDUSBD12將自動(dòng)完成通過USB接口傳輸數(shù)據(jù)至PC的功能（按USB1.1協(xié)議），
具體實(shí)現(xiàn)電路如圖1：

 

圖1


圖2

3． 軟件接口程序
    雖然Win95 OSR2.1 支持USB，但微軟推薦在win98或win2000上使用USB。軟件部分由WDM驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序組成。對(duì)于USB客戶驅(qū)動(dòng)程序，主要是與 USBDI打交道，下面的代碼完成了對(duì)于IRP_MJ_READ和IRP_MJ_WRITE的響應(yīng)。

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// UsbgatherRead:
//
// Description:
// Handle IRP_MJ_READ requests
//
// Arguments:
// Pointer to our FDO
// Pointer to the IRP
// IrpStack->Parameters.Read.xxx has read parameters
// User buffer at: AssociatedIrp.SystemBuffer (buffered I/O)
// MdlAddress (direct I/O)
//
// Return Value:
// This function returns STATUS_XXX

NTSTATUS UsbgatherRead( IN PDEVICE_OBJECT fdo,
IN PIRP Irp)
{
PUSBgather_DEVICE_EXTENSION dx = (PUSBgather_DEVICE_EXTENSION)fdo->DeviceExtension;
if( dx->IODisabled)
return CompleteIrp( Irp, STATUS_DEVICE_NOT_CONNECTED, 0);
if (!LockDevice(dx))
return CompleteIrp( Irp, STATUS_DELETE_PENDING, 0);

PIO_STACK_LOCATION IrpStack = IoGetCurrentIrpStackLocation(Irp);
NTSTATUS status = STATUS_SUCCESS;
ULONG BytesTxd = 0;

// 得到參數(shù)
LONGLONG FilePointer = IrpStack->Parameters.Read.ByteOffset.QuadPart;
ULONG ReadLen = IrpStack->Parameters.Read.Length;

// 檢查文件指針
if( FilePointer<0)
status = STATUS_INVALID_PARAMETER;
else
{
status = UsbDoInterruptTransfer( dx, Irp->AssociatedIrp.SystemBuffer, ReadLen);
BytesTxd = ReadLen;
}

// 完成 IRP
CompleteIrp(Irp,status,BytesTxd);
UnlockDevice(dx);
return status;
}

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// UsbgatherWrite:
//
// Description:
// Handle IRP_MJ_WRITE requests
//
// Arguments:
// Pointer to our FDO
// Pointer to the IRP
// IrpStack->Parameters.Write.xxx has write parameters
// User buffer at: AssociatedIrp.SystemBuffer (buffered I/O)
// MdlAddress (direct I/O)
//
// Return Value:
// This function returns STATUS_XXX

NTSTATUS UsbgatherWrite( IN PDEVICE_OBJECT fdo,
IN PIRP Irp)
{
PUSBgather_DEVICE_EXTENSION dx = (PUSBgather_DEVICE_EXTENSION)fdo->DeviceExtension;
if( dx->IODisabled)
return CompleteIrp( Irp, STATUS_DEVICE_NOT_CONNECTED, 0);
if (!LockDevice(dx))
return CompleteIrp( Irp, STATUS_DELETE_PENDING, 0);

PIO_STACK_LOCATION IrpStack = IoGetCurrentIrpStackLocation(Irp);
NTSTATUS status = STATUS_SUCCESS;
ULONG BytesTxd = 0;

// 得到參數(shù)
LONGLONG FilePointer = IrpStack->Parameters.Write.ByteOffset.QuadPart;
ULONG WriteLen = IrpStack->Parameters.Write.Length;

if( FilePointer<0 || WriteLen<1)
status = STATUS_INVALID_PARAMETER;
else
{
// 僅寫一個(gè)字節(jié)
BytesTxd = 1;
PUCHAR pData = (PUCHAR)Irp->AssociatedIrp.SystemBuffer;
UsbSendOutputReport( dx, *pData);
}

// 完成 IRP
CompleteIrp(Irp,status,BytesTxd);
UnlockDevice(dx);
return status;
}

    應(yīng)用程序采用標(biāo)準(zhǔn)的文件操作方法。使用CreateFile API打開文件。使用WriteFile API發(fā)出開始命令，啟動(dòng)ADC,使用ReadFile讀回采樣值。

4． 結(jié)束語
    USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)上嚴(yán)格遵循USB1.1協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了USB的即插即用特性，可熱插拔，使用便捷；擴(kuò)展能力強(qiáng)，可擴(kuò)展多達(dá)127個(gè)外設(shè)，總帶寬達(dá)12Mbs；實(shí)現(xiàn)容易，為特殊設(shè)計(jì)PC提供了一種簡(jiǎn)便易行的外設(shè)擴(kuò)展方案。