孫福文
(魯東大學(xué) 物理與電子工程學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264025)
近年來(lái)，隨著集成電路以及芯片制造技術(shù)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(diǎn)是功能較為強(qiáng)大，但價(jià)格較高，很難在中低價(jià)位的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中使用。而AVR USB技術(shù)則是利用高性能的8位RISC架構(gòu)的AVR單片機(jī)的IO口來(lái)模擬USB的通信端口，并由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)USB通信協(xié)議，以將普通的AVR單片機(jī)模擬成一個(gè)USB低速設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)AVR單片機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信和控制。盡管這種方式只能實(shí)現(xiàn)低速傳輸，但對(duì)常用數(shù)據(jù)量不是十分巨大的系統(tǒng)而言，它已經(jīng)足夠使用了，且其速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的串口傳輸速度，因而在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中具有廣闊的應(yīng)用前景。本文便是利用AVR USB技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的測(cè)量和顯示功能。
1 系統(tǒng)下位機(jī)軟件流程
下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn)可基于WINAVR編程環(huán)境，代碼則可利用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。AVR單片機(jī)主要完成兩個(gè)功能：溫度測(cè)量和數(shù)據(jù)傳送。溫度測(cè)量主要是對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行采樣，以確定溫度的離散數(shù)值。傳送數(shù)據(jù)則是將測(cè)量的數(shù)據(jù)通過(guò)AVR所模擬的USB端口傳至PC端，以便PC端進(jìn)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(shí)現(xiàn)
2.1溫度數(shù)據(jù)的采集
對(duì)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(zhuǎn)換結(jié)束后便產(chǎn)生中斷。設(shè)計(jì)時(shí)可利用如下函數(shù)對(duì)電壓數(shù)值進(jìn)行采集：
首先定義全局變量Value，儲(chǔ)存所測(cè)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(yīng)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(shè)計(jì)只要對(duì)usbconfig.h的內(nèi)容進(jìn)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(shè)備都有一個(gè)PID和VID。其中VID是生產(chǎn)商的代號(hào)，PID是產(chǎn)品的代號(hào)，每個(gè)代號(hào)都是一個(gè)雙字節(jié)的整數(shù)。PID和VID不能隨意設(shè)置，它是由USB標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)進(jìn)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(guò)調(diào)用初始化函數(shù)usbInit ()來(lái)對(duì)USB端口進(jìn)行初始化，調(diào)用該函數(shù)之前，考慮到該程序可能由其他程序段跳轉(zhuǎn)而來(lái)，因此，初始化之前，一般要將USB端口進(jìn)行重新復(fù)位，復(fù)位只需要將D-和D+端口的電平拉低即可，利用如下語(yǔ)句便可實(shí)現(xiàn)上述功能：
DDRD=0x14；PORTD=0x00；
通?？稍诔绦蚱渌糠殖跏蓟瓿珊笤僬{(diào)用函數(shù)usbInit ()，最后再調(diào)用sei ()函數(shù)允許中斷。在main.c文件中的實(shí)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(diào)用USB事件處理函數(shù)usbPoll ()。USB事件處理函數(shù)usbPoll ()在沒(méi)有USB事件需要處理時(shí)將直接返回，否則將調(diào)用內(nèi)部函數(shù)來(lái)進(jìn)行相應(yīng)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(shí)時(shí)間是50ms。所以，在編程時(shí)應(yīng)注意其他事件不要占用太長(zhǎng)的時(shí)間，以勉usbPoll ()函數(shù)不能及時(shí)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(jiǎn)化為以下3個(gè)函數(shù)：
上述三個(gè)函數(shù)需要用戶進(jìn)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(shè)置相應(yīng)的位為0或1即可(參見(jiàn)表2)。
函數(shù)usbFunctionSetup負(fù)責(zé)傳遞USB請(qǐng)求，其參數(shù)存放在一個(gè)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(cè)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(wú)須作不同指令的辨識(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)
可使用如下代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)上述功能：
2.4編譯文件的配置
經(jīng)過(guò)上述過(guò)程的配置和編程后，即可實(shí)現(xiàn)下位機(jī)的數(shù)據(jù)采樣和USB端口的數(shù)據(jù)傳輸。
3 結(jié)束語(yǔ)
基于AVRUSB技術(shù)的溫度測(cè)量和顯示系統(tǒng)由于使用了一體的軟USB技術(shù)，其硬件電路設(shè)計(jì)更加小巧穩(wěn)定。經(jīng)使用和測(cè)試證明：該系統(tǒng)具有性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。重要的是，本系統(tǒng)提供了一種低成本的USB設(shè)計(jì)方案，同時(shí)較詳細(xì)的提供了下位機(jī)的設(shè)計(jì)流程和部分代碼，從而為中低成本的USB設(shè)備開(kāi)發(fā)提供了一個(gè)較好的思路。