基于USB总线的实时数据采集系统设计与实现

为使驱动程序具有通用性，也为简化应用程序的开发，编写了供应用程序调用的动态链接库。这样应用程序只需调用此库提供的接口函数即可完成对USB设备的操作。USB函数层(USBD及HCD)由Windows98提供，负责管理USB设备驱动程序与USB控制器之间的通信、加载及卸载USB驱动程序等。目前Windows98提供的多种USB设备驱动程序并不针对实时数据采集设备，因此采用DDK开发工具设计专用的设备驱动程序。其由四个模块组成：初始化模块、即插即用管理模块、电源管理模块以及I／O功能实现模块。

初始化模块提供一个DriverEntry人口点执行一系列的初始化过程。

即插即用管理模块实现USB设备的热插拔及动态配置。当Windows98检测到USB设备接人时，查找相应的驱动程序，并调用它的 DriverEntry例程，PnP管理器调用驱动程序的AddDevice例程，告诉它添加了一个设备；然后驱动程序为USB设备建立一个功能设备对象。在此过程中，驱动程序收到一个IRlMN-STARIDEVICE的IRP，包括设备分配的资源信息。至此，设备被正确配置，驱动程序开始与硬件进行对话。电源管理模块负责设备的挂起与唤醒。 I／0功能实现模块完成I／O请求的大部分工作。当动态链接库提出I／0请求时调用Win32API函数DeviceToControl向设备发出命令；然后由I／0管理器构造一个IRP并设置其MajorFunction域为IRP_MJ_DEVICE_CON-TROL。USB设备驱动程序收到该 IRP后取出其中的控制码，并利用一个开关语句找到对应的例程入口。

2．3 应用程序设计与实现

应用程序采用Visual Basic6．0编写。由于其只需调用动态链接库，故开发较简单。主要功能包括检测USB设备、开启／关闭USB设备、设置A／D状态和数据采集端口、显示并分析实时采集的数据。主框图如图5所示。



由于D12的端点1的FIFO为16字节，端点2的FIFO为64字节，当缓冲区存满后自动将数据打包，由SIE自动发送数据包。程序获得数据包后需延迟至下组数据包准备完毕，从而保证程序与数据采集同步。另外程序还发出停止采集和关闭USB设备的命令。

3系统特点

基于USB总线的实时数据采集系统严格遵循USBl．1协议，有以下特点：

(1)易于扩展。最长传输距离5m，采用USBHub可达30m；最多可同时接127个设备。

(2)电磁干扰影响极小。本系统放置在计算机外部，不受板卡间的电磁干扰影响；若在电磁干扰极强的环境下工作，需专门为其设计电磁屏蔽方案。 (3)安装方便，支持即插即用。克服了以往数据采集板卡需要打开机箱的麻烦。

(4)性价比高，远优于传统的实时数据采集系统。

(5)实时采集，实时显示。