USB接口的虛擬儀器設(shè)計與實現(xiàn)

　USB技術(shù)的先進性使得設(shè)計者在PC外設(shè)開發(fā)中首選USB接口，而在現(xiàn)有虛擬儀器開發(fā)平臺如LabWindows／CVI中并沒有提供直接支持USB接口的函數(shù)庫，基于這種情況，筆者利用FTDI公司的FT232AM完成RS232和USB之間的接口轉(zhuǎn)換，然后再對USB接口實現(xiàn)間接的數(shù)據(jù)讀寫。

　　2 硬件設(shè)計

　　2.1 FT232AM簡介

　　FT232AM是FTDI公司提供的USB-RS232轉(zhuǎn)換器，它可以在RS232和USB接口之間非常容易地建立可靠連接。通過USB接口的即插即用和熱插拔性能給RS232的外圍設(shè)備提供非常容易使用的環(huán)境，并提供高達115 kb／s的傳輸速率(如果電平轉(zhuǎn)換器選用MAX3245CAI，則傳輸速率可達1 Mb／s以上)。同時還提供USB-RS422／RS485口，這樣就把RS422／RS485與USB兩種通訊協(xié)議取長補短，使得設(shè)備既具有即插即用和熱插拔性能又具有遠距離傳輸和抗干擾性特性。

　　2.2 硬件設(shè)計

　　FT232AM的設(shè)計電路如圖1所示，它向外提供標準的DB-9引腳信號線，當(dāng)PC外設(shè)為RS232電平時，采用MAX3245CAI進行RS232／TTL電平轉(zhuǎn)換。設(shè)計中還擴展了一片93C46。用于儲存開發(fā)的PC外設(shè)的VID、PID、設(shè)備序列號等。

　　2.3 驅(qū)動程序
　　在Window 98／2000／XP系統(tǒng)下，用戶級的應(yīng)用程序必須通過驅(qū)動程序訪問USB硬件設(shè)備，雖然目前有許多公司提供編寫驅(qū)動程序的開發(fā)工具，但是相對來講還是比較困難。使用FT232AM時，由于FTDI公司提供了一個虛擬串行口(VCP：virtualCOM port)的驅(qū)動程序，因而在安裝了VCP設(shè)備驅(qū)動程序后，系統(tǒng)就將USB外設(shè)虛擬成一個串口設(shè)備(通常為COM3)，這樣應(yīng)用程序訪問USB口就像訪問一個標準的串行口一樣，而在LabWindows／CVI中提供了串口編程的函數(shù)庫，這樣就可以很方便地進行用戶程序開發(fā)。

　　3 LabWindows／CVI

　　LabWindows／CVI是NI公司面向計算機測控領(lǐng)域的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺，它提供了豐富的虛擬儀表控件，同時又具有很好的硬件接口功能，幾乎為所有的數(shù)據(jù)卡、采集儀器之類的采集設(shè)備都提供了專門的驅(qū)動程序。其中RS232函數(shù)庫提供了各種方式的串口通訊控制函數(shù)，根據(jù)實際串口通訊可分為打開，關(guān)閉串口函數(shù)、I／O讀寫函數(shù)、調(diào)制解調(diào)器控制函數(shù)、串口設(shè)置函數(shù)、寄存器狀態(tài)函數(shù)和回調(diào)函數(shù)6類。其中部分較常用的函數(shù)如下：

　　(1) 打開／關(guān)閉函數(shù)

　　(2) I／O讀寫函數(shù)
　　I／O讀寫函數(shù)提供了多種讀寫方式，這里只介紹部分函數(shù)。

　　
　　(3) 調(diào)制解調(diào)器控制函數(shù)

　　4 軟件設(shè)計
　　串口通訊的程序流程圖如圖2。由于不同的采集儀器具有各自不同的通訊協(xié)議，因此需要根據(jù)具體的儀器通訊協(xié)議編寫PC的程序。本文中將以PC與USB的通訊為例，說明LabWindows／CVI中實現(xiàn)USB通訊的方法。圖3是虛擬示波器的程序界面圖。

　　程序中部分代碼如下：
　　(1) 配置和打開串行端口

　　通信端口的選擇和通信參數(shù)配置面板如圖3所示，在"配置"按鈕的回調(diào)函數(shù)中，按所選的參數(shù)配置并打開串口。
 

　　5 結(jié)束語
　　在虛擬儀器的設(shè)計開發(fā)過程中，采用USB轉(zhuǎn)RS232接口和LabWindows／CVI相結(jié)合的方式，一方面可以利用USB接口的方便性，使得虛擬儀器測試系統(tǒng)更為方便的實現(xiàn)和應(yīng)用，另一方面由于Lab-Windows／CVI提供了很多專門針對測試程序開發(fā)的函數(shù)庫，從而使得上位機用戶程序開發(fā)變得非常容易得多，極大地提高了設(shè)計速度，具有很好的經(jīng)濟效益。