基于C8051F340单片机的USB数据采集系统

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基于C8051F340单片机的USB数据采集系统

王晓宁

（军事医学科学院实验仪器厂，北京

100850）

[摘要][关键词]

介绍了C8051F340的特点以及通用串行总线（USB）通讯传输，并说明了该系统的软硬件设计思路。经实验测

试，整个系统工作稳定，达到设计要求，在系统开发设计和学习过程中，具有很高的实用价值。

C8051F340单片机；通用串行总线规范2.0版；USB总线；固件；设备驱动程序；客户应用程序

TP274.2

[文献标志码]

B

[文章编号]

1003－8868（2009）07-0111-03

[中图分类号]

USBDataCollectionSystemBasedonMCUC8051F340

WANGXiao-ning

(ExperimentalInstrumentFactory,AcademyofMilitaryMedicalSciences,Beijing100850,China)

Abstract

ThecharacteristicsofC8051F340MCUandUSBcommunication,andthedesignmethodofsystem'shardware

andsoftwarestructureareintroducedbriefly.Thewholesystemisprovedstableandreliablebyexperiment.TheUniversalSerialBus(USB)communicationtechnologyhasgreatvalueincourseofsystemdesignandstudy.[ChineseMedicalEquipmentJournal，2009，30（7）：111-113]Keywords

C8051F340MCU;USB2.0;USBbus;firmware;devicedriveprogram;clientapplication

1背景介绍

传统的数据采集设备与主机的通讯口一般采用RS232、

（3）真正10bit200kb/s的单端/差分ADC，带模拟多路器。（4）片内电压基准和温度传感器。（5）片内电压比较器（2个）。

（6）精确校准的12MHz内部振荡器和4倍时钟乘法器。（7）多达64KB的片内FLASH存储器。（8）多达4352B片内RAM（256+4KB）。

（9）USB功能控制器，符合USB规范2.0版，集成时钟恢复电路，无需外部晶体；支持8个端点；1KBUSB缓存；集成收发器，无需外部电阻。

RS422或RS485等标准，当今的设备通讯口大多采用USB标

准[1]。作为一种新型的串口通信标准，基于USB接口的产品具有较高的传输速率，可扩展性好，采用总线供电，支持热插拔和即插即用等。特别是近几年来，USB大有完全取代上述标准的趋势。

其共有4种传输模式：控制传输、同步传输、中断传输、批量传输，以适应不同设备的需要。本系统采用中断传输模式。中断传输（interrupttransfer）用于必须在指定时间内传输完的数据上，支持高速/中速/低速的设备，能应用在一般数据的传输上。Windows包含启动设备中断传输的驱动程序，只要设备符合HID（humaninterfacedevice，人机接口设备）规范，应用程序就可以执行设备的中断传输。需要特别注意的是，中断传输与其他USB传输一样，只发生在主机轮询设备的时候，并不是由设备触发的硬件中断。

随着USB技术的快速发展以及USB外设广泛的应用，支持USB接口技术的芯片也越来越多，而在外部设备设计选型时选用带有USB控制器的MCU，当然是设计开发人员的首选，因为这样不仅可以大大简化硬件电路、减小外设体积，而且还可以提高产品的可靠性。

[2]

C8051F340的这些特点，使其在设备设计开发中具有极强的竞争力，特别是在USB通讯设计中。本文采用C8051F340设备作为数据采集系统的下位机，上位机使用Delphi7.0编写客户应用程序，使用Silicon公司配套提供的USBXpress[3]设备驱动文件，达到了很好的设计效果。整体上讲，USBXpress是一个库函数，上下位机的程序都是用库的形

式来实现[4]。

2硬件设计

因为C8051F340在USB接口上特有的优势和特点，硬

件接口设计变得非常简单，不需要再添加额外的电子元器件，就能实现USB的数据传输与控制。图1是C8051F340的

USB硬件接口连接图。通过标准的MiniB型5pinUSB接口，

实现下位机和上位机硬件连接，完成系统通讯中硬件通路。

C8051F340就是顺应这种需求而推出的一种新型USB

控制器芯片，其主要特点及优点为：

（1）高速、流水线结构的8051兼容的微控制器内核（可达48Mb/s）。

（2）全速、非侵入式的在系统调试接口（片内）。

收稿日期：2008-12-09修回日期：2009-02-01

作者简介：王晓宁（1974-），男，陕西西安人，工程师，主要从事电子仪器设备开发以及生物医学工程方面的研究工作，Email：wxnamms@http://doc.guandang.net。

3软件设计

设计中采用USB中断模式。

系统软件设计使用Cygnal/SiliconLaboratories公司的

USBXpress软件开发包。该开发包针对C8051F340等器件的USB接口编程设计，提供了完整的上位机与下位机软件解决

方案。不需要过多熟悉USB协议和设备驱动的知识，只需掌握客户端和设备端的应用程序接口（ApplicationProgramIn-

医疗卫生装备·2009年7月第30卷第7期

ChineseMedicalEquipmentJournal·Vol．30No．7July2009

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Get_Interrupt_Source（）函数得到。

MiniUSB接口

54321

3.3

10

SHELDGNDD＋D－VBUS

1178912

VDDREGINGNDD＋D－VBUS

C8051F340

USBAPI中断函数调用形式如下：voidUSB_API_ISR（void）interrupt17{

BYTEINTVAL=Get_Interrupt_Source（）；类型*/

if（INTVAL&TX_COMPLETE）{

Block_Write（In_Packet，…）；送缓冲区*/

}

if（INTVAL&RX_COMPLETE）{

Block_Read（Out_Packet，…）；

收缓冲区*/

/*得到中断

/*数据发送完成*//*将数据写入设备发

图1下位机USB接口设计

terface，API），编程就能实现USB通讯控制功能。图2是USBXpress数据流程。USBXpress软件开发包中，固件库文件选则USBX_F34X.LIB，头文件选择USB_API.h；上位机中动

态链接库文件（dll）调用SiUSBXp.dll；驱动程序使用SiUS-

/*数据接收完成*//*将数据读入设备接

BXp.sys，INF驱动安装文件SiUSBXp.inf。

设计可分成两大

客户应用程序

}

……

/*其他中断类型*/

部分：固件设计（下位机软件设计）；客户应用程序（上位机软件设计）。下面依次进行设计说明。

}

主程序工作流程如下：

USBXpressDLL/APIUSBXpress驱动USB根集线器USB

voidmain（void）{

PCA0MD&=~0x40；

/*关看门狗*/

3.1

PC

下位机软件设计选择KeiluVi-

sion3（版本V3.30a）来

开发固件，

因为

USBXpress固件库函数

下位机程序

C8051F340支持系统调试（ISP），极大地简

化了调试与开发流程。

在程序中调用头

USB_Clock_Start（）；USB_Init（…）；Initialize（）；/*系统初始化*/USB_Int_Enable（）；while（1）{}/*循环等待相应中断到来*/}3.2

上位机软件设计

上位机软件在Delphi7.0环境下开发，通过主机（上位机）的API函数调用动态链接库文件SiUSBXp.dll，启用应用程序与设备驱动程序之间的通信，从而实现上位机与下位机之间的数据通讯[5-6]。

用到的主机API函数主要有：

F340MCU

图2USBXpress数据流程

文件USB_API.h和库文件USBX_F34X.LIB，设备接口函数可满足API应用要求。所用到设备接口函数主要有：

USB_Clock_Start（）/*初 …… 此处隐藏：5155字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……