基于PIC單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基本功能

在本設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)的處理可以使用PC機(jī)的MATLAB等功能強(qiáng)大的軟件，但是這類現(xiàn)有的數(shù)據(jù)處理軟件并不能對特有的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的下位機(jī)采集模塊進(jìn)行直接控制，因此需要針對特定的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)編寫對應(yīng)的上位機(jī)軟件，上位機(jī)軟件是針對上述目的而設(shè)計(jì)與編寫的，是整個(gè)采集系統(tǒng)的控制前端和數(shù)據(jù)存儲及處理中心。控制功能主要包括控制下位機(jī)采集的開始與終止，采集的頻率等，數(shù)據(jù)處理功能主要包括繪制波形圖，將數(shù)據(jù)顯示于列表，將數(shù)據(jù)存儲于文件，其中將數(shù)據(jù)存儲于文件將便于使用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行一些數(shù)值算法處理，以達(dá)到科學(xué)研究，結(jié)論驗(yàn)證等目的。

開發(fā)環(huán)境

C++程序設(shè)計(jì)語言可以很好地實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο蟮?a target="_blank">編程思想，采用C++編寫上位機(jī)程序，可以將每一個(gè)功能模塊封裝成一個(gè)類，修改某個(gè)類的實(shí)現(xiàn)，增加類的功能不會影響整個(gè)程序的框架，這樣就很容易維護(hù)和擴(kuò)展功能；加之我們要實(shí)現(xiàn)的軟件功能中需要調(diào)用大量的windows API函數(shù)庫，所以采用VC++6.0作為上位機(jī)的開發(fā)環(huán)境。

程序功能模塊劃分

總的功能模塊主要包括三個(gè)模塊，即HID設(shè)備讀寫模塊，數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)處理模塊。

HID設(shè)備的查找與讀寫

（1）枚舉

USB主機(jī)在檢測到USB設(shè)備插入后，就要對設(shè)備進(jìn)行枚舉了。枚舉就是從設(shè)備讀取一些信息，知道設(shè)備是什么樣的設(shè)備，如何進(jìn)行通信，這樣主機(jī)就可以根據(jù)這些信息來加載合適的驅(qū)動(dòng)程序。

（2）HID

人機(jī)接口設(shè)備（HID）是指直接和人進(jìn)行互動(dòng)的設(shè)備，如鼠標(biāo)、鍵盤等。 在Windows 中，具有相似屬性和提供相似服務(wù)的設(shè)備被歸為一種設(shè)備類型，一種類型的設(shè)備可以使用一個(gè)通用的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。 在運(yùn)行Windows 98 或更高版本的PC 機(jī)上，應(yīng)用程序可以使用操作系統(tǒng)內(nèi)置的HID 類驅(qū)動(dòng)程序與HID 通信。 這樣使得符合HID 類的USB 設(shè)備很容易開發(fā)與運(yùn)行。

（3）HID設(shè)備的查找

在Windows操作系統(tǒng)中內(nèi)置很多與HID有關(guān)的API函數(shù)，調(diào)用這些函數(shù)，就可以開始對指定的HID設(shè)備進(jìn)行查找，查找HID設(shè)備的最終目的是獲得該設(shè)備的路徑名，設(shè)備的存取容量等信息，為以后對該設(shè)備進(jìn)行讀寫做好準(zhǔn)備。

（4）HID設(shè)備的讀寫

在取得了HID設(shè)備的路徑全面后，即可開始對HID設(shè)備進(jìn)行讀寫，對設(shè)備的讀寫也是通過調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。

控制下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集

上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)送命令，控制下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并從下位機(jī)獲取數(shù)據(jù)，在這個(gè)過程中，要處理好兩個(gè)線程的同步的問題，即數(shù)據(jù)采集線程和數(shù)據(jù)處理線程能夠協(xié)調(diào)工作，保正系統(tǒng)能正確穩(wěn)定的工作。具體的解決方法是實(shí)現(xiàn)對某些數(shù)據(jù)訪問的原子操作，即一個(gè)線程在對公共數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問時(shí)，另一個(gè)線程不能打擾，直到操作線程操作完成，放棄對數(shù)據(jù)的使用權(quán)，另一個(gè)線程才能夠訪問數(shù)據(jù)。

下位機(jī)獲取了關(guān)于采集的有關(guān)參數(shù)后，即可開始采集，每隔一定時(shí)間采集一個(gè)數(shù)據(jù)，當(dāng)采集數(shù)據(jù)數(shù)目達(dá)到限制值個(gè)數(shù)后，本次采集完成，此時(shí)下位機(jī)才開始將采集數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)。

上位機(jī)對采集的數(shù)據(jù)的處理

上位機(jī)在將數(shù)據(jù)采集命令發(fā)送給下位機(jī)后，所要做的就是等待下位機(jī)采集完成并接收數(shù)據(jù)，因此上位機(jī)將循環(huán)查詢下位機(jī)工作狀態(tài)，一旦檢測到下位機(jī)采集結(jié)束的標(biāo)志，上位機(jī)就開始對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

數(shù)據(jù)處理分為三種：

（1）繪制波形圖

繪制波形圖的要求有兩點(diǎn)：第一是不能頻繁閃爍，影響觀察；二是波形圖是動(dòng)態(tài)的，因?yàn)槔L制區(qū)域有限，而所采集的數(shù)據(jù)是源源不斷增加的，因此要求波形圖能夠動(dòng)態(tài)的更新。

（2）添加到列表顯示

可直觀地查看目前所采集的所有數(shù)據(jù)。

（3）保存到文件

運(yùn)用功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行更深的處理。

界面顯示

采集單極性正弦波工作界面

代碼：

1 HID設(shè)備通信模塊實(shí)現(xiàn)代碼/*hid.h頭文件*/

2 #ifndef HID_H

3 #define HID_H

4 #include

5 #include

6 #include

7 #include “commonuse.h”

8 using std：：string;

9 #pragma comment（ lib， “setupapi.lib” ）

10 extern “C” {

11 #include “hidsdi.h”

12 }

13 #pragma comment（ lib， “hid.lib” ）

14

15

16 class Hid

17 {

18

19 public：

20 Hid（const string &DeviceIdStr = MY_DEVICE_ID）;

21 //Hid（DWORD Vid， DWORD Pid） {}

22 ~Hid（） ;

23 BOOL Connect（） ;

24 //BOOL ChangeDevice（） {}

25 BOOL WriteHid（const BYTE * WriteBuff）;

26 BOOL ReadHid（BYTE * ReadBuff）;

27 BOOL IsWriteValid（） const { return m_WriteValid ; }

28 BOOL IsReadValid（） const { return m_ReadValid ; }

29 BOOL IsConnected（） const { return m_IsConnected; }

30 const string & GetDeviceIDDesc（） const { return m_DeviceIdStr ;}

31 private：

32 BOOL GetWRHandle（） ;

33 private：

34 HANDLE m_WriteHandle;

35 HANDLE m_ReadHandle ;

36 string m_DeviceIdStr;//設(shè)備描述字符串

37 DWORD m_PID;

38 DWORD m_VID;

39 BOOL m_IsConnected ;//是否已連接上

40 BOOL m_ReadValid;//是否可進(jìn)行讀操作

41 BOOL m_WriteValid;//是否可進(jìn)行寫操作

42 BYTE m_RWBuff［USB_BUFF_SIZE+1］ ;//讀寫緩沖

43

44

45 } ;

46

47

48

49 #endif

50

51

52 /*hic.cpp源文件*/

53

54 #include “Hid.h”

55

56 Hid：：Hid（const string &DeviceIdStr）：

57 m_DeviceIdStr（DeviceIdStr）

58 {

59

60 m_WriteHandle = INVALID_HANDLE_VALUE ;

61 m_ReadHandle = INVALID_HANDLE_VALUE ;

62 m_PID = 0;

63 m_VID = 0;

64 m_IsConnected = FALSE ;

65 m_ReadValid = FALSE ;

66 m_WriteValid = FALSE;

67 strcpy（（char *）m_RWBuff，“”） ;

68 }

69

70 BOOL Hid：：GetWRHandle（）

71 {

72 GUID InterfaceClassGuid =

73 {0x4d1e55b2， 0xf16f， 0x11cf， 0x88， 0xcb， 0x00， 0x11， 0x11， 0x00， 0x00， 0x30};

74 HDEVINFO DeviceInfoTable = INVALID_HANDLE_VALUE;

75 PSP_DEVICE_INTERFACE_DATA InterfaceDataStructure = new SP_DEVICE_INTERFACE_DATA;

76 PSP_DEVICE_INTERFACE_DETAIL_DATA DetailedInterfaceDataStructure = new SP_DEVICE_INTERFACE_DETAIL_DATA;

77 SP_DEVINFO_DATA DevInfoData;

78

79 DWORD InterfaceIndex = 0;

80 DWORD StatusLastError = 0;

81 DWORD dwRegType;

82 DWORD dwRegSize;

83 DWORD StructureSize = 0;

84 PBYTE PropertyValueBuffer;

85 bool MatchFound = false;

86 DWORD ErrorStatus;

87 DeviceInfoTable = SetupDiGetClassDevs（&InterfaceClassGuid， NULL， NULL， DIGCF_PRESENT “ DIGCF_DEVICEINTERFACE）;

88 while（true）

89 {

90 InterfaceDataStructure-》cbSize = sizeof（SP_DEVICE_INTERFACE_DATA）;

91 if（SetupDiEnumDeviceInterfaces（DeviceInfoTable， NULL， &InterfaceClassGuid， InterfaceIndex， InterfaceDataStructure））

92 {

93 ErrorStatus = GetLastError（）;

94 if（ERROR_NO_MORE_ITEMS == ErrorStatus）

95 {

96 SetupDiDestroyDeviceInfoList（DeviceInfoTable）;

97 return FALSE;

98 }

99 }

100 else

101 {

102

103 ErrorStatus = GetLastError（）;

104 SetupDiDestroyDeviceInfoList（DeviceInfoTable）;

105 return FALSE;

106 }

107

108 DevInfoData.cbSize = sizeof（SP_DEVINFO_DATA）;

109 SetupDiEnumDeviceInfo（DeviceInfoTable， InterfaceIndex， &DevInfoData）;

110

111 SetupDiGetDeviceRegistryProperty（DeviceInfoTable， &DevInfoData， SPDRP_HARDWAREID， &dwRegType， NULL， 0， &dwRegSize）;

112 Pr
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