基于PDIUSBD12的USB接口设计及应用

技 术 创 新 中文核心期刊 《微计算机信息》(嵌入式与 SOC)2007年第 23卷第 4-2期 360元/年 邮局订阅号:82-946 《现场总线技术应用 200例》 电子设计 目前尽管 USB通信技术已在大多数消费类数码电子产品 中获得应用,但在工业控制领域中,数据的通信与传输仍由 CAN,RS232等占据主导。由于 USB的准双向通信 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 在控制 装置中具有很大的应用潜力,其优越性能必将会在工业控制中 日益得到重视和应用。本文将 USB技术应用到汽车雨刮器刮水 质量自动评价系统中,设计了 USB接口芯片 PDIUSBD12(以下 简称 D12)的软硬件实现 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ,并成功解决了 D12在实际应用 中的抗干扰问题。 本文开发的汽车雨刮器刮水质量自动评价系统(以下简称 评价系统) ,用来对雨刮片在特定情况下的刮水质量进行自动 等级评价。评价系统的上位机(工业计算机)作为主控系统,实 现发出控制指令、图像采集、图像自动评价等功能;下位机 (MCU组成的嵌入式系统)进行实际功能控制,上下位机利用 D12通过 USB进行通信。嵌入式系统要实现工作累计时间显 示,模拟雨量的大小,控制雨刮器电机的档位等功能。整个系统 硬件部分结构如图1所示。 图1系统硬件结构框图 1接口芯片选择与简介 常用的 USB接口芯片主要支持 1.1和2.0版本。由于在所 设计的试验台中主要用于传输控制指令,1.1协议所允许的速 度已经符合需要,所以选用了性价比较高的 Philips公司的接口 芯片 D12。D12集成了 SIE、FIFO存储器、收发器及电压调整器; 可通过 SoftConnectTM技术软件控制与 USB的连接;采用 GoodLink技术的连接指示器,在通讯时使LED闪烁等。最主要 的是可与任何外部MCU实现8位高速并行接口(2MBps) ,接口 方便灵活。还可利用Philips公司的固件(Firmware)结构来缩短开 发时间,降低风险,减少投资。本文选用常用的 ATMEL公司的 AT89S52作为MCU构建嵌入式系统,并实现对D12的控制。 2 D12与 MCU的接口 电路 模拟电路李宁答案12数字电路仿真实验电路与电子学第1章单片机复位电路图组合逻辑电路课后答案 设计 图2 D12与AT89S52接口电路原理图 接口电路如图 2所示。图中 RP0UP是 AT89S52单片机的 P0口的上拉电阻。D12的 D0～D7口与 P0口连接构成时分复 用的地址 /数据总线。D12的 A0通过下拉电阻与地相连,ALE 脚直接和单片机的ALE相连,这时D12工作在多路地址 /数据 总线模式。在构建控制总线方面,D12的 WR_N和 RD_N分别 与单片机的写选通和读选通相连接。此外,单片机端定义 P1.7 口为 D12的片选输出端,用于程序中使能 D12或禁用 D12。在 单片机的电路中没有用到 D12的 DMA功能,因此将 D12的 18、19脚通过 10kΩ 上拉电阻接高电平,以屏蔽此功能。电路中 还在 USB插座的外壳 Shell与地之间连接一 0.01uF的电容,以 防止高频干扰从插座外壳耦合进电路系统中。发光管 LEDGL 作为 GoodLinkTM技术的 USB连接指示灯。有关D12的管脚功 能请参照参考文献。 基于 PDIUSBD12 的 USB接口设计及应用 The Design and Application of USB Interface Based on PDIUSBD12 (哈尔滨工业大学电子与信息技术研究院)黄 煌 姜义成 林 力 HUANG HUANG JIANG YICHENG LIN LI 摘要:本文将基于 USB的通信技术应用于汽车雨刮器刮水质量自动评价系统中,设计了 USB接口芯片 PDIUSBD12的软硬件 实现方案,实现了上下位机的通信。并运用抗干扰设计方法,保证 PDIUSBD12的正常工作。经实际运行,USB通信具有很强 的稳定性。 关键词:USB; PDIUSBD12;光电隔离;抗干扰 中图分类号:TP306;TP 391文献标识码:B Abstract:This paper applies the communication technology based on USB to the automatic evaluation system for the wiping quality of the windscreen wiper, and designs the software and hardware scheme of the USB interface chip, PDIUSBD12, realizing the correspon- dence between the upper and lower computer. Furthermore, diversified anti-jamming methods are used to guarantee PDIUSBD12 working normally. Through practical running, the communication of the USB holds strong stabilization. Key words:USB; PDIUSBD12; Photoelectric insulation; Anti-jamming 文章编号:1008-0570(2007)04-2-0292-02 黄 煌:硕士研究生 基金项目:国家高技术 863项目资助(2002AA731144) 5V���� USB �� �� �� ���� �������� ��� �� ���� !"#12V���� 220V���$%&’ �� ()*+ 292- - 邮局订阅号:82-946360元/年 技 术 创 新 电子设计 《PLC技术应用 200例》 您的论文得到两院院士关注 3D12的软件设计技术 3.1固件程序设计 在本评价系统通信部分的设计中,我们将固件对涉及 USB 通信的处理,设计成完全的中断驱动。因此将固件程序分为前 台程序和后台程序。前台程序是主程序循环,负责接收上位机 发送的控制指令,完成上位机要求的功能。后台程序是 ISR(中 断服务程序),负责 USB数据传输。前台和后台之间通过事件 标志位和数据缓冲区交换信息。 在以上这种模式中 ISR只负责将 D12芯片中端点缓冲区 的内容移到单片机的循环数据缓冲区中,不负责对数据的具体 处理,这样保证了数据传输的速率。而主循环只检查循环数据 缓冲区中需要处理的新数据,并对其进行处理,保证了数据处 理的全过程。 主程序流程图如图 3所示。主程序首先完成各种初始化, 然后 MCU必须经过一段延时,待 D12稳定以后再初始化 D12 并将其连接到 USB总线上,最后进入主循环等待中断的发生。 当 D12有事件需要处理时,将触发 MCU外部中断。MCU读取 的中断状态寄存器判断中断的来源并做出相应的处理。若接收 到了上位机发送的数据,则根据上下位机的通信协议实现具体 的功能。 图3主程序流程图 3.2设备驱动与应用程序设计 在 Win32系统中,把每一个设备都抽象为文件,此时的应 用程序只需通过几条简单的文件操作 API 函数 excel方差函数excelsd函数已知函数     2 f x m x mx m      2 1 4 2拉格朗日函数pdf函数公式下载 ,就可以实现与 驱动程序中某个设备的通信。主机的驱动程序由周立功公司提 供。通过 VB6.0调用 API函数,实现主机与嵌入式系统的通信。 主要运用的 API函数是 ReadData()和 WriteData()。其中 Write- Data()用于主机向嵌入式系统发出控制命令;ReadData()则从嵌 入式系统读入数据。 4D12的抗干扰技术 在实际运用中发现D12的抗干扰能力是比较弱的。直流电 磁阀、雨刮器电机的通断,工业电源的交流干扰都会对 D12产 生致命的干扰,导致通信指示灯熄灭,USB通信中断。检查D12 各个管脚的状态,发现其处于非正常状态。只有重新初始化 D12,通过 SoftConnectTM技术再将 D12连接到 USB总线上后 才能够恢复 USB通信。同时,这些干扰对 D12是有损的,笔者 在逐渐消除干扰过程中,长时间的干扰导致了D12被损坏。 4.1消除直流电磁阀、雨刮器电机通断的干扰 电磁阀、雨刮器控制模块中需要完成对开关量 12V的控 制,通过单片机的 0～5V输出控制 12V的通断,笔者采用了继 电器控制的方式。在初期调试中发现对D12的干扰主要是没有 足够重视直流继电器的正确使用方法。 具体控制电路以雨刮器电机的控制为例,如图 4所示。由 于电磁阀和雨刮器电机都是感性负载,断开时,会产生几百到 几千伏的反电势使触点严重损坏,高的电势还可能对电路的其 它元件造成损坏。反电势还会产生电弧放电,放电使空气中的 有机气体分解并产生黑色沉积物(主要是氧和碳化物),落在触 点表面上,造成触点故障,所以 D1_2用于吸附浪涌保护触点以 及电路。同理 D1_1用于吸附感性线圈通断时产生的反电动势。 最重要的是,采用TLP521光耦器件实现光电隔离。如果不采用 光电隔离的方式,继电器的通断会从两个途径干扰 D12: (1)电器通断时,会作用于D12和MCU的电源电压,使其出现 尖峰,进而干扰D12的正常工作,并使D12受到一定程度的损坏; (2)电器的通断,感性负载产生的反电势会使 12V的地线电 压发生抖动,如果5V和 12V的地同电势的话,将会影响到 D12 的地电位上,使 D12受到干扰。 在实际应用中,由于电磁阀和雨刮器电机都通过一定长度 的导线远离电路板上的继电器触点,因此最好的抗干扰方式是 将 D1_2吸附二极管安装于负载的附近,将更有利于吸附负载 断开时产生的高压反电动势以及减弱地电位的抖动。 图4雨刮器电机控制原理图 4.2消除工业电源的交流干扰 经过分析发现交流干扰影响 5V开关电源的输出,导致 D12受到冲击,使 D12由正常工作状态转变为未知的工作状 态,USB通信中断。因此必须保证 5V开关电源输入的220V交 流电是纯净的,通过如图 5所示的交流抗干扰模块可以得到圆 满的解决。 图5交流抗干扰模块 交流稳压器可保证供电系统的稳定,防止过压或者欠压, 将工业电网的电压波动从±15%稳定到±1%到±2%以内。隔 离变压器将输入和输出隔离起来,把高频干扰旁路入地,对工 业电网尖峰脉冲干扰有很好的抑制效果。电源滤波器可通过 50Hz的市电而滤除掉高次谐波、可以很好的改善电源波形。 5结束语 本文设计与实现了D12芯片在汽车雨刮器刮水质量自动评 价系统中的应用,以及在工业环境运行中抗干扰,保证D12稳定 性的各种具体 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 。该系统经过一段时间实际运行,USB通信稳 定可靠,D12始终工作正常,完全达到了预期的设计目的。 本文作者创新点:在于将 USB通信技术运用于工业控制领 域中,并解决了在实际运用中 D12芯片抗干扰能力弱的问题, 保证了工业现场环境中 USB通信的稳定性。经过实际检验,效 果良好。 (下转第 183页) ���� ����������� � �� ��� � ��� � �� ���� ���� �������� ��� ���� !"# �$��% & !'( !"# )*+, -. /0 1 2 2 1 12 � )*+, !0 +, ����������������� ��� �� 293- - 邮局订阅号:82-946360元/年 技 术 创 新 ARM开发与应用 《PLC技术应用 200例》 您的论文得到两院院士关注 始化主要是对 PB相关寄存器和 A/DC地址的设置和写入控制 字。代码如下: //硬件地址定义 #definePB_DATA_ADDR(PB_BASE) #definePB_BEN_ADDR(PB_BASE+0x1c) #definePB_DIR_ADDR(PB_BASE+0x04) #definerPB_DATA_ADDR (*(volatileunsigned*)PB_DA- TA_ADDR) #definerPB_BEN_ADDR(*(volatileunsigned*)PB_BEN_AD- DR) #define rPB_DIR_ADDR (* (volatile unsigned *) PB_DIR_ADDR) #defineMAX1291_ADDR (* (volatileunsignedchar*) 0x08000000) //硬件初始化 rPB_BEN_ADDR|=0x3f;//GPIO使用 PB rPB_DIR_ADDR=0x004;//PB2输入,其它输出 MAX1291_ADDR=0x50;//MAX1291省电模式 系统参数设定:主要是通道选择、采样速率设定、数据输出 放大倍数、波形放大倍数等设定。 5结束语 系统采用基于 ARM7的 HMS30C7202嵌入式微处理器,易 于系统小型化,提高可靠性。系统软件采用 μC/OS-II,它是一 个源代码公开的操作系统,并与 MiniGUI结合使程序开发非常 方便。本系统具有实时性好、性价比高的特点,已经通过实验测 试,运行良好,较好地达到了设计目的。 本文作者创新点:将基于 ARM7的 HMS30C7202内核成功 地与 μC/OS-II内核和 MiniGUI图形用户界面结合,设计出多 路信号实时监控系统,并将其应用到某型导弹的参数测试中, 实验测试结果表明,系统运行稳定、工作可靠,并可扩展为多种 传感器信号的测量和实时数据处理中。 参考文献： [1]FrankVahid、TonyGivargis著.嵌入式系统设计[M].骆丽译.北 京航空航天大学出版社.2004.9:1-22 [2]王田苗主编.嵌入式系统设计与实例开发[M].清华大学出版 社.2003.7:1-34 [3]杨光友等.嵌入式微处理器ARM7202触摸屏接口设计V2[J] 微计算机信息.2004.20.9:75-76 [4]王剑峰 马艳萍 刘 云.μC/OS"在ARM7处理器的移植与测 试应用[J].青岛科技大学学报.2005.10:443-447 [5]丁丁 习勇 魏急波.三种主流嵌入式图形用户界面的移植及 性能比较[J].电子产品世界.2004.5:77-79 作者简介:王培源 男,1981年 8月,四川南充人,汉族,军械工 程学院硕士研究生,主要从事嵌入式系统、微机电系统研究;王 广龙 男,1964年 8月,山东泗水人,汉族,军械工程学院教授, 博士,主要从事微机电系统和纳米技术研究;李戍 男,1971年 11月,河北邯郸人,汉族,军械工程学院讲师,博士,主要从事军 用嵌入式系统的研究。 Biography:WangPeiyuan, Male, borninAugust20, 1981, NanChongcity, SiChuanprovince. NationofHan, Masterof graduatestudent, OrdnanceEngineeringCollege,interestingon EmbeddedsystemandMEMS;WangGuanglong,Male,bornin August,1964,SiShuicity,ShanDongprovince.NationofHan, professorofOrdnanceEngineeringCollege,Doctor,interestingon MEMSandNano_Technology;LiShu,Male,borninNovember 16,1971,HanDancity,HeBeiprovince.NationofHan,instruc- torofOrdnanceEngineeringCollege,Doctor,interestingonEm- beddedsystem,. (050003河北石家庄 军械工程学院导弹工程系)王培源 王广龙 李戍 (DepartmentofMissile,OrdnanceEngineeringCollege,Shiji- azhuang050003China)WangPei-YuanWangGuang-Long LiShu 通讯地址:(050003河北石家庄 军械工程学院导弹工程系)王培源 (收稿日期:2007.2.23)(修稿日期:2007.3.25) (上接第293页) 参考文献 [1]Philips.PDIUSBD12DataSheet.1999 [2]马春雷，申宇皓等.基于PDIUSBD12芯片的USB接口的研究 与开发.[J]微计算机信息.2005；8-2:140-142 [3]周立功.PDIUSBD12USB固件编程与驱动开发.北京:北京航 空航天大学出版社，2003 [4]常越，苏红娟.继电器应用中的抗干扰问题.低压电器，2002， 4:50-52 [5]孟传良.工控系统电源抗干扰技术.贵州工业大学学报(自然 科学版)，1999；28(4):72-78 作者简介:黄煌,男,1981年 10月,汉,硕士研究生,现就读于哈 尔滨工业大学电子与信息技术研究院。主要研究方向为汽车电 子方面的研究;姜义成,男,1964年 11月,汉,哈尔滨工业大学 电子与信息技术研究院教授,博导。主要研究方向:汽车电子方 面的研究、雷达成像系统;林力,哈尔滨工业大学电子与信息技 术研究院高级工程师。 Biography:HuangHuang,1981,male,graduate,studyingin SchoolofElectronicsand Information Technology, Harbin InstituteofTechnology.Mainresearchfield:vehicleelectronics; JiangYicheng,1964,male,Professor,SchoolofElectronicsand InformationTechnology, HarbinInstituteofTechnology. Main researchfield:vehicleelectronics、radarimagingsystem. (150001哈尔滨 哈尔滨工业大学电子与信息技术研究院)黄煌 姜义成 林力 通讯地址:(150001哈尔滨 哈尔滨工业大学 338信箱)黄煌 (收稿日期:2007.2.23)(修稿日期:2007.3.25) (上接第203页) XuWang-ming(Jun,1979—),Male(Hannationality),Collegeof Information Scienceand Engineering, Wuhan Universityof ScienceandTechnology, AssistantEngineer, specializein experimentalteachingworkofDSP。 (430081湖北武汉 武汉科技大学信息科学与工程学院)张建明 徐望明 通讯地址:(430081武汉 武汉科技大学 (校本部)173#信箱)徐 望明 (收稿日期:2007.1.23)(修稿日期:2007.2.25) 183- -