基于MAX125芯片和串行总线实现同步数据采集系统的设计

1． 引言

通用串行总线（USB，Universal Serial Bus）是现代PC数据传输的发展趋势，PC的所有外设，包括键盘、鼠标、显示器、打印机、录音机、数字音响、电视机顶盒、数码相机、扫描仪、MODEM及各种多媒体音频、视频设备均可通过USB接口接入PC。USB总线同步数据采集系统即为这种总线接入系统。

2． 硬件方案

本系统采用MAXIAM公司的MAX125四路12位同步采集芯片，只需一个启动信号即可实现同步采集、数据转换，完成后给出一个转换完成信号，可从端口依次读取A/D转换数据，送入单片机处理；USB接口芯片采用PHILIPS 公司的PDIUSBD12，此芯片单片集成SIE、FIFO存储器、收发器及电压变换器，并严格遵从USB1.1协议，PHILIPS SIE完成USB协议层，并且完全高速硬连接，无须任何软件干预。此模块功能包括：同步模式识别，并/串转换，位填充/解填充，CRC检验/产生，PID 确认/产生，地址识别，握手响应/产生；类似于控制其它接口芯片（如并口芯片）一样控制此接口芯片，单片机将A/D转换结果送至PIDUSBD12， PIDUSBD12将自动完成通过USB接口传输数据至PC的功能（按USB1.1协议），

具体实现电路如图1：

3． 软件接口程序

虽然Win95 OSR2.1 支持USB，但微软推荐在win98或win2000上使用USB。软件部分由WDM驱动程序和应用程序组成。对于USB客户驱动程序，主要是与 USBDI打交道，下面的代码完成了对于IRP_MJ_READ和IRP_MJ_WRITE的响应。

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

// UsbgatherRead：

//

// Description：

// Handle IRP_MJ_READ requests

//

// Arguments：

// Pointer to our FDO

// Pointer to the IRP

// IrpStack-》Parameters.Read.xxx has read parameters

// User buffer at： AssociatedIrp.SystemBuffer （buffered I/O）

// MdlAddress （direct I/O）

//

// Return Value：

// This function returns STATUS_XXX

NTSTATUS UsbgatherRead（ IN PDEVICE_OBJECT fdo，

IN PIRP Irp）

{

PUSBgather_DEVICE_EXTENSION dx = （PUSBgather_DEVICE_EXTENSION）fdo-》DeviceExtension;

if（ dx-》IODisabled）

return CompleteIrp（ Irp， STATUS_DEVICE_NOT_CONNECTED， 0）;

if （！LockDevice（dx））

return CompleteIrp（ Irp， STATUS_DELETE_PENDING， 0）;

PIO_STACK_LOCATION IrpStack = IoGetCurrentIrpStackLocation（Irp）;

NTSTATUS status = STATUS_SUCCESS;

ULONG BytesTxd = 0;

// 得到参数

LONGLONG FilePointer = IrpStack-》Parameters.Read.ByteOffset.QuadPart;

ULONG ReadLen = IrpStack-》Parameters.Read.Length;

// 检查文件指针

if（ FilePointer0）

status = STATUS_INVALID_PARAMETER;

else

{

status = UsbDoInterruptTransfer（ dx， Irp-》AssociatedIrp.SystemBuffer， ReadLen）;

BytesTxd = ReadLen;

}

// 完成 IRP

CompleteIrp（Irp，status，BytesTxd）;

UnlockDevice（dx）;

return status;

}

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

// UsbgatherWrite：

//

// Description：

// Handle IRP_MJ_WRITE requests

//

// Arguments：

// Pointer to our FDO

// Pointer to the IRP

// IrpStack-》Parameters.Write.xxx has write parameters

// User buffer at： AssociatedIrp.SystemBuffer （buffered I/O）

// MdlAddress （direct I/O）

//

// Return Value：

// This function returns STATUS_XXX

NTSTATUS UsbgatherWrite（ IN PDEVICE_OBJECT fdo，

IN PIRP Irp）

{

PUSBgather_DEVICE_EXTENSION dx = （PUSBgather_DEVICE_EXTENSION）fdo-》DeviceExtension;

if（ dx-》IODisabled）

return CompleteIrp（ Irp， STATUS_DEVICE_NOT_CONNECTED， 0）;

if （！LockDevice（dx））

return CompleteIrp（ Irp， STATUS_DELETE_PENDING， 0）;

PIO_STACK_LOCATION IrpStack = IoGetCurrentIrpStackLocation（Irp）;

NTSTATUS status = STATUS_SUCCESS;

ULONG BytesTxd = 0;

// 得到参数

LONGLONG FilePointer = IrpStack-》Parameters.Write.ByteOffset.QuadPart;

ULONG WriteLen = IrpStack-》Parameters.Write.Length;

if（ FilePointer0 || WriteLen1）

status = STATUS_INVALID_PARAMETER;

else

{

// 仅写一个字节

BytesTxd = 1;

PUCHAR pData = （PUCHAR）Irp-》AssociatedIrp.SystemBuffer;

UsbSendOutputReport（ dx， *pData）;

}

// 完成 IRP

CompleteIrp（Irp，status，BytesTxd）;

UnlockDevice（dx）;

return status;

}

应用程序采用标准的文件操作方法。使用CreateFile API打开文件。使用WriteFile API发出开始命令，启动ADC，使用ReadFile读回采样值。

4． 结束语

USB数据采集系统设计上严格遵循USB1.1协议，实现了USB的即插即用特性，可热插拔，使用便捷；扩展能力强，可扩展多达127个外设，总带宽达12Mbs；实现容易，为特殊设计PC提供了一种简便易行的外设扩展方案。

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