基于MCU+USB接口芯片方案的电子巡更系统硬件设计

基于MCU+USB接口芯片方案的电子巡更系统硬件设计

基于USB接口的诸多优点和本设计中巡更机的特点，我们在设计巡更系统时，采用了USB接口。该电子巡更系统具有使用方便、数据传输速度快、易扩展、充电方便、功耗低、性价比高等优点，有效地解决了传统巡更机的不足。

1 电子巡更系统硬件设计

图1 巡更机硬件原理框图

2 电子巡更系统软件设计

2.1 巡更机固件程序

巡更机固件程序从功能上主要分为两部分。

①信息钮扣的读取操作程序。这一部分实现MCU主外围器件的初始化、读取信息钮以及对DS1302和24LC64的读写操作。调试时要注意I2C总线的时序问题。巡更机固件程序采用C语言编程。信息钮读取操作程序流程如图3所示。

②MCU和USB接口的通信程序。这一部分程序要实现将24LC64中的数据经USB接口读入到上位计算机中。USB接口芯片 PDIUSBD12的端点适用于不同类型的设备，可通过命令配置为4种不同的模式：模式0（非同步传输）、模式1（同步输出传输）、模式2（同步输入传输）和模式3（同步输入输出传输）。PDIUSBD12带有三个端点，即端点0、端点1和端点2。这里仅列出模式0（非同步传输）时各端点的配置表格，如表1所列。

表1 模式0各端点配置

端点号端点索引传输类型端点类型方向最大数据包容量/B

00

1控制输出

控制输入缺少值输出

输入16

16

12

3普通输出

普通输入普通

普通输出

输入16

16

24

5普通输出

普通输入普通

普通输出

输入64×2（双缓冲区）

64×2（双缓冲区）

本程序设计时，使用PDIUSBD12的端点1和端点2进行上位计算机与巡更机MCU之间的命令和数据的传输。端点1和端点2设置成模式0，其中端点1进行命令的传输和应答，端点2用于数据的传输。端点1接收上位计算机发送过来的8字节的读指令，指令正确回应后，使用端点2返回读成功数据。通信中所使用的端点情况如图4所示（括号内为使用的端点号）。

PDIUSBD12收到上位计算机的数据包时，就以中断的方式通知巡更机的MCU。固件程序工作过程如下：当PDIUSBD12从USB收到一个数据包时，PDIUSBD12就会对MCU产生中断请求，MCU立即响应中断。巡更机固件程序将数据包从PDIUSBD12内部缓冲区移到数据缓冲区，并清零PDIUSBD12的内部缓冲区，以使之能接收新的数据包。在断处理程序中，MCU判断产生的中断类型，并进行相应的处理。其中断程序流程如图5所示。

2.2 巡更机驱动程序

Windows98和Windows2000已经为一些USB标准设备提供了驱动程序，巡更机目前还不是标准的计算机外设，所以必须针对巡更机的特点来编写驱动程序。本设计中巡更机驱动程序是通过Windows DDK来开发的，它是Microsoft公司提供的一个开发Windows驱动程序的工具，DDK提供了编译驱动程序的环境。该巡更机的驱动程序是WDM 类型的，采用VC++编程。

①初始化模块。DriverEntry为驱动程序的入口处，通过它来执行大量的初始化函数。

③电源管理模块负责设备的唤醒和挂起。电源管理器（powermanager）从整个系统的角度来管理电源，所有与电源相关的IRP都是由它发出的，它发出的请求包可以指定一种新的电源状态以及查询或更改一种状态。支持电源管理的驱动程序，在最大程序地帮助Windows合理地利用资源方面起着重要作用。值得注意的是，与电源相关的IRP必须在同步操作上有非常严格的要求。例如，任何时候在一个PDO（物理设备对象）中。只能有一个 IRP_MN_QUERY_POWER或者IRP_MN_SET_POWER;电源IRP的处理要尽可能地快等。

2.3 应用程序设计

结语

USB接口因其具有诸多优点，近年来为计算机外设的开发热点，尤其是USB2.0标准的推出，其传输速率可达480Mb/s，使其真正意义上成为了一种通用串行总线。而根据笔者的实际开发经验，Philips公司的PDIUSBD12是一种性能优良、经济、实用、高效的USB接口器件，很适合投资少、周期短的开发项目，而且可以根据自己的实际情况灵活地选择组件，相信其在各领域必有广阔的应用前景。

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