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标题: 基于VUSB技术的数控直流稳压电源的设计（2） [打印本页]

作者: 我是MT 时间: 2015-2-12 17:58 标题: 基于VUSB技术的数控直流稳压电源的设计（2）

1.3 VUSB接口
　　VUSB是用普通的通用AVR单片机，配以较高频率的晶振(12MHz或16MHz)，模拟产生USB所需信号，从而模拟出标准的USB HID设备(鼠标、键盘、简单通信)的解决方案，构成一个低成本的USB设备。USB共有4根线，2根5V电源，两根差分信号线D+、D-.由于是低速设备，D-必须要有1.5kΩ的上拉电阻。
　　VUSB接口电路如图4所示，单片机的PD1和PD2通过68Ω的限流电阻分别接入标准USB接口的D-、D+.
　　需要注意的是D+必须接上单片机的外部中断0管脚，在此为了简化连接直接将PD2(INT0)接入作为其中的一根信号线使用。由于USB信号线的电压最大为3.6V,所以在D-和D+上分别并接了一个3.6V的稳压二极管。

　　图4 VUSB接口电路

　　2 系统软件设计
　　软件设计包括下位机和上位机2部分。下位机主要负责接收上位机的设置电压值，并经过转换后输入到MAX522,从而输出设置电压。上位机则通过VUSB与下位机连接，并通过模拟的USB协议向下位机写入数据。
　　2.1 下位机软件
　　下位机软件流程图如图5所示。其中设备初始化包括单片机端口初始化、DAC初始化及VUSB端口初始化。在初始化之后，程序进入主循环，在其中加入了USB轮询函数usbPoll()，用来侦测USB事件。一旦侦测到上位机有USB通信请求时，usbdrv就会调用usbFunctionSetup()函数来处理请求。在此请求函数中接收上位机传来的数据并将此数据转换后写入MAX522数据端口，启动DAC输出电压。

　　图5 下位机软件流程

设计中需注意以下几点：
　　1)单片机方面的VUSB 底层驱动函数使用AVRUSB,最新版本的AVR-USB为C语言编写并有详细的注释。开发平台为WinAVR.GCC项目文件夹中需包含驱动文件(usbdrv文件夹)，并对usbconfig.h中的部分宏定义做一些修改。
　　#define USB_CFG_IOPORTNAME D//这个接口连接USB总线。当配置为"D"时，寄存器PORTD,PIND and DDRD将有效。
　　#define USB_CFG_DMINUS_BIT 1//位配置，是在USB_CFG_IOPORT 中连接USB D-的线。可以配置为接口的任何位。
　　#define USB_CFG_DPLUS_BIT 2//位配置，是在USB_CFG_IOPORT 中连接USB D+的线。也可以连接到任意口，但是注意D+一定要连接都中断口INT0
　　2)单片机在接收到读取数据命令时会自动调用usbFunctionSetup(uchar data[8])，在函数内把全局指针*usbMsgPtr指向所要发送的数据首地址，然后返回(函数返回值)所发送数据的长度就可以了。由于采用的是命令包方式传输数据，每次只能接收4个字节的有效数据，存储在data[2]~data[4]中。
　　3)初始化时需要将MAX522的输出置为关闭状态。
　　写入MAX522时首先写入8位控制字，然后写入8位DAC数据。
　　2.2 上位机软件
　　上位机用C# 语言进行编写，驱动采用一款名为LibUsbDotNet的开源USB上位机驱动库文件。此驱动库文件还提供了供。NET平台调用的USB接口函数。使用时需包含相应的动态链接库文件。
　　上位机软件主要包括显示设备连接状态、写入电压值及读取当前电压值等功能。上位机软件流程图如图6所示。

　　图6 上位机软件流程

只有在总线请求为用户自定义类型(Vendor)时单片机才会调用usbFunctionSetup(uchar data[8])这个函数，所以传输数据是通过发送用户自定义类型的Setup数据包来实现的。读数据时设置此数据包为IN,同时写入需要读取的字节数。写入数据时设置数据包为OUT,4字节的有效数据则包含在所建立的8字节Setup数据包的data[2]~data[4]之中。
　　3 实验验证与分析
　　本数控直流稳压电源在使用之前需进行校零。在初始状态下，调节集成运放μA741的外接调零电阻使集成运放输出为0,调节射极输出器偏置电阻R13使输出电压为0.
　　在输出最大的情况下，调节输出集成运放的比例放大电阻R14,使得输出电压为12V.
　　校零之后将上位机设置电压值与实际输出电压进行对比实验，实验数据如表1所示。

　　表1 电压输出对比实验结果

　　所设计电压源实际输出值与设定值偏差较小，能够满足0~12V连续可调输出，步进值为0.1V的使用要求。
　　4 结论
　　本文设计了一种以单片机为主，基于VUSB技术进行数据传输控制的数控直流稳压电源。输出电压值由单片机控制，步进调节方便，输出稳定。既可以作为单独的电源使用，也可以嵌入到其他需要步进电压模块的测试系统之中。

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