基于USB总线和89C51单片机的数据采集系统设计（2） Request, 数据采集, 单片机, 程序, 动态

yuyang911220

初始化模块提供一个入口函数DriverEntry()，所有对各种IRP(I/O Request Packet,IRP请求包)的处理例程都在此入口函数中做出定义。
即插即用管理模块实现USB设备的热拔插及动态配置。当硬件检测到USB设备接入时，Windows98查找响应的驱动程序，并调用它的DriverEntry例程，PnP(即插即用)管理器调用驱动程序的AddDevice例程，告诉它添加了一个设备；在此处理过程中，驱动程序收到一个设备启动请求(IRP_MN_START_DEVICE)的IRP。同理，当要拔除时，PnP管理器会发出一个设备删除请求(IRP_MN_REMOVE_DEVICE)的IRP，由驱动程序进行处理。通过对这些PnP请求的处理，可支持设备的热插拔和即插即用功能。
电源管理模块负责设备的挂起与唤醒。
I/O功能实现模块完成I/O请求的大部分工作。若应用程序想对设备进行I/O操作，它便使用Windows API函数,对WIN32子系统进行WIN32调用。此调用由I/O系统服务接收并通知I/O管理器，I/O管理器将此请求构造成一个合适的I/O请求包(IRP)并把它传递给USB设备驱动程序，USB设备驱动程序接收到这个IRP以后，根据IRP中包含的具体操作代码，构造相应的USB请求块并把此URB(USB请求块)放到一个新的IRP中，然后把此IRP传递到USB总线驱动程序，USB总线驱动程序根据IRP中所含的URB执行相应的操作(如从USB设备读取数据等)，并把操作结果通过IRP返还给USB设备驱动程序。USB设备驱动程序接收到此IRP后，将操作结果通过IRP返还给I/O管理器，最后I/O管理器将此IRP中操作结果返还给应用程序，至此应用程序对USB设备的一次I/O操作完成。
应用程序设计
用户态的应用程序是数据采集系统的中心，其主要功能为：开启或关闭USB设备、检测USB设备、设置USB数据传输管道、设置A/D状态和数据采集端口、实时从USB接口采集数据、显示并分析数据。应用程序主流程图如图4所示。
由于USBN9602提供的FIFO不超过64字节，当它存满后，USBN9602自动将数据打包即时请求读入数据，由SIE自动发送数据包。另外，当系统启动A/D模块后，便会创建两个线程：采样线程和显示存盘线程。采样线程负责将采集数据写到应用程序提交的内存；而显示存盘线程负责给应用程序发送显示和存盘消息。当应用程序接收到此消息后，便从它提交的内存中读取数据并显示和存盘。此处需要注意的是采样线程和显示存盘线程在读写应用程序提交的内存时要保持同步。
远程数据采集系统设计
传输距离是限制USB在工业现场应用的一个障碍，即使增加了中继或Hub，USB传输距离通常也不超过几十米，这对工业现场而言显然太短了。现在工业现场有大量采用RS-485传输数据的采集设备，其优点主要为传输距离可达到1200米以上，并且可以挂接多个设备，但传输速度慢，且需要板卡支持，安装麻烦。但将RS-485与USB结合起来就可以优势互补，产生一种快速、可靠、低成本的远程数据采集系统。
设计这样一个系统的关键设备是RS-485~USB转换器，可以采用USBN9602+89C51+ MAX485实现这一功能，整个系统的基本思想是：将传感器采集到的模拟量数字化以后，利用RS-485协议将数据上传，上述RS-485~USB转换器在主机端接收485的数据并通过USB接口传输至主机进行处理，而主机向USB发送数据时，数据通过RS—485~USB转换口转换为485协议向远端输送，从而能够实现远程数据的双向传输。如图5所示。
软件方面的设计跟前所述类似。


图5 采用USB和485实现远距离数据传输
结语
基于USB外设的应用目前在国内外处于高速发展阶段，利用USB进行数据采集和工业控制已得到成功应用，特别是随着USB协议2.0的推出，数据传输速率高达480Mbps，如此高的传输速率必将使USB在数据采集中的优势更加体现出来，同时会使其在更广阔的领域得到更深层次的应用。