USB接口的虛擬儀器設計與實現(xiàn)

USB接口的虛擬儀器設計與實現(xiàn)

1.前言

　　USB技術的先進性使得設計者在PC外設開發(fā)中首選USB接口，而在現(xiàn)有虛擬儀器開發(fā)平臺如LabWindows／CVI中并沒有提供直接支持USB接口的函數(shù)庫，基于這種情況，筆者利用FTDI公司的FT232AM完成RS232和USB之間的接口轉換，然后再對USB接口實現(xiàn)間接的數(shù)據(jù)讀寫。

　　2硬件設計

　　2.1FT232AM簡介

　　FT232AM是FTDI公司提供的USB-RS232轉換器，它可以在RS232和USB接口之間非常容易地建立可靠連接。通過USB接口的即插即用和熱插拔性能給RS232的外圍設備提供非常容易使用的環(huán)境，并提供高達115kb／s的傳輸速率(如果電平轉換器選用MAX3245CAI，則傳輸速率可達1Mb／s以上)。同時還提供USB-RS422／RS485口，這樣就把RS422／RS485與USB兩種通訊協(xié)議取長補短，使得設備既具有即插即用和熱插拔性能又具有遠距離傳輸和抗干擾性特性。

　　2.2硬件設計

　　FT232AM的設計電路如圖1所示，它向外提供標準的DB-9引腳信號線，當PC外設為RS232電平時，采用MAX3245CAI進行RS232／TTL電平轉換。設計中還擴展了一片93C46。用于儲存開發(fā)的PC外設的VID、PID、設備序列號等。

　　2.3驅動程序

　　在Window98／2000／XP系統(tǒng)下，用戶級的應用程序必須通過驅動程序訪問USB硬件設備，雖然目前有許多公司提供編寫驅動程序的開發(fā)工具，但是相對來講還是比較困難。使用FT232AM時，由于FTDI公司提供了一個虛擬串行口(VCP：virtualCOMport)的驅動程序，因而在安裝了VCP設備驅動程序后，系統(tǒng)就將USB外設虛擬成一個串口設備(通常為COM3)，這樣應用程序訪問USB口就像訪問一個標準的串行口一樣，而在LabWindows／CVI中提供了串口編程的函數(shù)庫，這樣就可以很方便地進行用戶程序開發(fā)。

　　3LabWindows／CVI

　　LabWindows／CVI是NI公司面向計算機測控領域的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺，它提供了豐富的虛擬儀表控件，同時又具有很好的硬件接口功能，幾乎為所有的數(shù)據(jù)卡、采集儀器之類的采集設備都提供了專門的驅動程序。其中RS232函數(shù)庫提供了各種方式的串口通訊控制函數(shù)，根據(jù)實際串口通訊可分為打開，關閉串口函數(shù)、I／O讀寫函數(shù)、調制解調器控制函數(shù)、串口設置函數(shù)、寄存器狀態(tài)函數(shù)和回調函數(shù)6類。其中部分較常用的函數(shù)如下：

　　(1)打開／關閉函數(shù)

　　(2)I／O讀寫函數(shù)

　　I／O讀寫函數(shù)提供了多種讀寫方式，這里只介紹部分函數(shù)。

　　(3)調制解調器控制函數(shù)

　　4軟件設計

　　串口通訊的程序流程圖如圖2。由于不同的采集儀器具有各自不同的通訊協(xié)議，因此需要根據(jù)具體的儀器通訊協(xié)議編寫PC的程序。本文中將以PC與USB的通訊為例，說明LabWindows／CVI中實現(xiàn)USB通訊的方法。圖3是虛擬示波器的程序界面圖。