USB接口的虛擬儀器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.前言

　　USB技術(shù)的先進(jìn)性使得設(shè)計(jì)者在PC外設(shè)開(kāi)發(fā)中首選USB接口，而在現(xiàn)有虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)如LabWindows／CVI中并沒(méi)有提供直接支持USB接口的函數(shù)庫(kù)，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(duì)USB接口實(shí)現(xiàn)間接的數(shù)據(jù)讀寫。

　　2硬件設(shè)計(jì)

　　2.1FT232AM簡(jiǎn)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(guò)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(dá)115kb／s的傳輸速率(如果電平轉(zhuǎn)換器選用MAX3245CAI，則傳輸速率可達(dá)1Mb／s以上)。同時(shí)還提供USB-RS422／RS485口，這樣就把RS422／RS485與USB兩種通訊協(xié)議取長(zhǎng)補(bǔ)短，使得設(shè)備既具有即插即用和熱插拔性能又具有遠(yuǎn)距離傳輸和抗干擾性特性。

　　2.2硬件設(shè)計(jì)

　　FT232AM的設(shè)計(jì)電路如圖1所示，它向外提供標(biāo)準(zhǔn)的DB-9引腳信號(hào)線，當(dāng)PC外設(shè)為RS232電平時(shí)，采用MAX3245CAI進(jìn)行RS232／TTL電平轉(zhuǎn)換。設(shè)計(jì)中還擴(kuò)展了一片93C46。用于儲(chǔ)存開(kāi)發(fā)的PC外設(shè)的VID、PID、設(shè)備序列號(hào)等。

　　2.3驅(qū)動(dòng)程序

　　在Window98／2000／XP系統(tǒng)下，用戶級(jí)的應(yīng)用程序必須通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序訪問(wèn)USB硬件設(shè)備，雖然目前有許多公司提供編寫驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)工具，但是相對(duì)來(lái)講還是比較困難。使用FT232AM時(shí)，由于FTDI公司提供了一個(gè)虛擬串行口(VCP：virtualCOMport)的驅(qū)動(dòng)程序，因而在安裝了VCP設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序后，系統(tǒng)就將USB外設(shè)虛擬成一個(gè)串口設(shè)備(通常為COM3)，這樣應(yīng)用程序訪問(wèn)USB口就像訪問(wèn)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的串行口一樣，而在LabWindows／CVI中提供了串口編程的函數(shù)庫(kù)，這樣就可以很方便地進(jìn)行用戶程序開(kāi)發(fā)。

　　3LabWindows／CVI

　　LabWindows／CVI是NI公司面向計(jì)算機(jī)測(cè)控領(lǐng)域的虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，它提供了豐富的虛擬儀表控件，同時(shí)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(dòng)程序。其中RS232函數(shù)庫(kù)提供了各種方式的串口通訊控制函數(shù)，根據(jù)實(shí)際串口通訊可分為打開(kāi)，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(kāi)／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(jì)

　　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(shuō)明LabWindows／CVI中實(shí)現(xiàn)USB通訊的方法。圖3是虛擬示波器的程序界面圖。