1.1课题的名称、来源
本课题名称为“基于USB接口的高密度数据采集系统”。课题是为了满足高速数据采集的要求，为方便客户而设计采用的通用串行总线。
1.2课题背景
今天所处的工业环境越来越复杂，工程师们在让这些设备和环境越来越复杂的同时，也不断的努力让它们越来越“简单”——流线型的装配、简单的人机交互。正是他们对这个看似矛盾的理想的追求，才使我们今天出现了这么多的智能化设备。上述这一切都离不开数据采集技术的发展，它是实现人机交互、状态监测、设备控制的基础。随着电子工业的发展，尤其是PC的出现，大大的促进了工业自动化的程度，现在越来越多的设备实现了自动控制和无人职守，而这一切又促进了数据采集技术的发展。在科学技术研究的各行各业中，常常利用PC或工控机对各种数据进行采集，如液位、温度、压力、频率等。现在常用的采集方式是通过数据采集板卡，常用的有A/D卡以及422、485等总线板卡。由于采用板卡不仅安装麻烦、易受机箱内环境的干扰，而且计算机插槽数量和地址、中断资源有限，不可能挂接很多设备。而USB是一种支持即插即用的新型接口，通过一个4针的标准插头, 采用菊花链形式把所有的外设连接起来。USB的速度要比标准的串行口快得多,USB1.1规范的数据传输率可达1.5～12Mb/s(而串行口最多是115Kb/s)。最近, USB2.0也出台,可以提供接口向下兼容和360～480Mb/s的传输速率[1]。USB是一种通信协议,支持主系统和USB外围设备之间的数据传输。基于USB总线的数据实时采集系统在设计上严格遵循USBl.1协议，其性能特点主要体现在以下几个方面：(1)安装方便，支持即插即用。安装时可在不关机、不打开机箱的情况下将设备插入USB插槽，运行驱动程序即可，以后可直接对设备动态插拔；
......

目 录

1 绪 论 1
1.1 课题的名称、来源 1
1.2 课题背景 1
1.3 国内外相关研究状况 2
1.4 主要工作 3
1.5 论文的结构安排 3
2 USB协议规范 5
2.1 USB的互连 5
2.1.1 USB总线的拓扑结构 5
2.2 USB的主机 7
2.2.1 USB主机概述 8
2.2.2 USB驱动(USBD) 9
2.3 USB设备架构 13
2.3.1 USB设备状态 13
2.3.2 通用USB设备操作(Generic USB Device Operations) 14
2.3.3 USB设备请求 14
3 基于USB接口的数据采集系统 21
4 系统硬件设计 23
4.1 系统硬件概述 23
4.2 PDIUSBD12的功能特性 24
4.3 PDIUSBD12的管脚配置 25
5 系统的固件编程 28
5.1 固件编程简介 28
5.2 PDIUSBD12的固件编程 28
6 USB设备驱动程序的编制 37
6.1 Windows2000驱动程序 38
6.2 WDM驱动程序结构模型 39
6.2.1 USB设备驱动程序栈结构 40
6.2.2 USB设备驱动程序栈举例 41
6.2.3 标准总线驱动程序和类驱动程序 42
6.2.4 WDM驱动程序的组成 43
6.2.5 驱动程序装入的实现 43
6.3 USB驱动程序的编程模型 45
6.4 驱动程序的测试与调试 48
6.4.1 测试所有的函数是否都工作 48
6.4.2 取消I/O 48
6.4.3 驱动程序验证程序 48
6.4.4 在驱动程序中使用DebugPrint 49
7 USB设备应用程序的编制 50
7.1 Win32 API 50
7.2 动态链接库 51
7.3 MFC的应用程序开发 52
7.4 设备应用程序与WDM的通信 54
7.4.1 Win32应用程序对WDM的通信 54
7.4.2 WDM对Win32应用程序的通信 55
7.5 基于测试结果的分析和研究 55
8 USB接口的应用前景 56
攻读硕士学位期间发表的论文 58
致 谢 59
参考文献 60

 

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[29]刑中柱.经常被问到的关于USB的一些问题.电子产品世界，1999，7：65－66
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[31]王朔，李刚. USB接口器件PDIUSBD12的接口应用设计.电子技术应用，2001，5：47-49
[32]http://www.zlgmcu.com/philips/philips-usb.asp
[33]http://www.driverdevelop.com/forum/html-forum-9.htm..

摘 要
通用串行总线USB(Universal Serial Bus)是一种新型的总线传输方式。随着客户对系统数据采集速度要求的不断提高，USB作为一种新型的接口技术，以其简单易用、速度快而被广大用户所接受。在科学研究或实验室的很多场合，一般采用微处理器和USB接口芯片相结合的方式来完成控制系统的数据采集。因此，本论文所阐述的数据采集系统采用PHILIPS公司的USB接口芯片D12与单片机进行通信，并和PC机通信而编制出友善的设备应用程序。该系统用传统的USB总线取代了RS232串行总线，通过对USB协议和设备构架的充分理解，对以单片机89C52和USB接口芯片D12为主的数据采集系统进行了硬件设计和软件编程，并在此设计的基础上给出相应的原理图和硬件开发板。硬件设计主要解决的是D12与单片机之间的接口电路问题，软件编程大致分为三部分：一是为满足D12在USB上的最大传输速率而编写的固件程序；二是在PC机中的Windows 2000工作环境下编写USB设备驱动程序；三是充分了解D12的主要功能特点，并编写出供设备测试的应用程序。通过该数据采集系统，我们可以对USB协议有很深刻的理解，对D12接口芯片有很熟练的应用，能更好领悟USB接口的优势。