孫福文
(魯東大學 物理與電子工程學院，山東 煙臺 264025)
近年來，隨著集成電路以及芯片制造技術的不斷發(fā)展，不同的USB通信芯片不斷涌現(xiàn)，目前典型的USB通信芯片有CH375、PDIUSBD12等，這些器件的特點是功能較為強大，但價格較高，很難在中低價位的產品開發(fā)中使用。而AVR USB技術則是利用高性能的8位RISC架構的AVR單片機的IO口來模擬USB的通信端口，并由軟件來實現(xiàn)USB通信協(xié)議，以將普通的AVR單片機模擬成一個USB低速設備，從而實現(xiàn)AVR單片機與計算機之間的通信和控制。盡管這種方式只能實現(xiàn)低速傳輸，但對常用數(shù)據(jù)量不是十分巨大的系統(tǒng)而言，它已經足夠使用了，且其速度遠遠高于傳統(tǒng)的串口傳輸速度，因而在產品開發(fā)中具有廣闊的應用前景。本文便是利用AVR USB技術來實現(xiàn)對溫度的測量和顯示功能。
1 系統(tǒng)下位機軟件流程
下位機軟件設計及其實現(xiàn)可基于WINAVR編程環(huán)境，代碼則可利用C語言實現(xiàn)。AVR單片機主要完成兩個功能：溫度測量和數(shù)據(jù)傳送。溫度測量主要是對電壓信號進行采樣，以確定溫度的離散數(shù)值。傳送數(shù)據(jù)則是將測量的數(shù)據(jù)通過AVR所模擬的USB端口傳至PC端，以便PC端進行數(shù)據(jù)的顯示和處理。其主要流程如圖1所示。
2軟件功能的實現(xiàn)
2.1溫度數(shù)據(jù)的采集
對于連續(xù)AD數(shù)據(jù)采集，可采用查詢法和中斷法，該程序中采用的是中斷法，即一次AD轉換結束后便產生中斷。設計時可利用如下函數(shù)對電壓數(shù)值進行采集：
首先定義全局變量Value，儲存所測量到的溫度數(shù)值，并將該值作為USB端口的發(fā)送數(shù)值。
2.2 USB數(shù)據(jù)傳輸
為了利用ATMEGA8模擬"軟USB"，應在WINAVR將AVRUSB的文件配置文件夾USBDRV放置在源文件目錄下，在該目錄下，編程中所需要的文件如表1所列。
該設計只要對usbconfig.h的內容進行配置，便可減小代碼量。其主要參數(shù)配置如表2所列。
一般情況下，每種USB設備都有一個PID和VID。其中VID是生產商的代號，PID是產品的代號，每個代號都是一個雙字節(jié)的整數(shù)。PID和VID不能隨意設置，它是由USB標準協(xié)會進行分配的(0x16C0、0x05DC)，并在用戶配置文件中要遵循低位在前高位在后的原則。
2.3 USB數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌诤瘮?shù)
(1)初始化函數(shù)
使用AVRUSB前，通常都要通過調用初始化函數(shù)usbInit ()來對USB端口進行初始化，調用該函數(shù)之前，考慮到該程序可能由其他程序段跳轉而來，因此，初始化之前，一般要將USB端口進行重新復位，復位只需要將D-和D+端口的電平拉低即可，利用如下語句便可實現(xiàn)上述功能：
DDRD=0x14；PORTD=0x00；
通?？稍诔绦蚱渌糠殖跏蓟瓿珊笤僬{用函數(shù)usbInit ()，最后再調用sei ()函數(shù)允許中斷。在main.c文件中的實現(xiàn)代碼如下：
2)事件處理函數(shù)
用戶程序的主循環(huán)中需要定期調用USB事件處理函數(shù)usbPoll ()。USB事件處理函數(shù)usbPoll ()在沒有USB事件需要處理時將直接返回，否則將調用內部函數(shù)來進行相應的事件處理，最后再將數(shù)據(jù)傳遞到用戶接口函數(shù)中。通常的方法是：
一次USB通信的超時時間是50ms。所以，在編程時應注意其他事件不要占用太長的時間，以勉usbPoll ()函數(shù)不能及時執(zhí)行。
(3)事件接口函數(shù)
在用戶程序中，需要編寫USB用戶事件接口函數(shù)，以完成USB通信。AVRUSB將用戶接口簡化為以下3個函數(shù)：
上述三個函數(shù)需要用戶進行編程處理，它們將完成USB通信的數(shù)據(jù)處理。
為了使代碼最優(yōu)化，本系統(tǒng)只使用usbFunctionSetup函數(shù)，而屏蔽了usbFunctionWrite和usbFnctionRead函數(shù)，方法是在usbconfig.h中設置相應的位為0或1即可(參見表2)。
函數(shù)usbFunctionSetup負責傳遞USB請求，其參數(shù)存放在一個8字節(jié)的數(shù)組中(uchar data [8])，其含義是：
由于該系統(tǒng)功能只需要將測得的溫度值傳送到PC端，因此，該函數(shù)中只需做數(shù)據(jù)傳送即可，而無須作不同指令的辨識，設計時
可使用如下代碼來實現(xiàn)上述功能：
2.4編譯文件的配置
經過上述過程的配置和編程后，即可實現(xiàn)下位機的數(shù)據(jù)采樣和USB端口的數(shù)據(jù)傳輸。
3 結束語
基于AVRUSB技術的溫度測量和顯示系統(tǒng)由于使用了一體的軟USB技術，其硬件電路設計更加小巧穩(wěn)定。經使用和測試證明：該系統(tǒng)具有性能穩(wěn)定、價格低廉等特點。重要的是，本系統(tǒng)提供了一種低成本的USB設計方案，同時較詳細的提供了下位機的設計流程和部分代碼，從而為中低成本的USB設備開發(fā)提供了一個較好的思路。