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基于CH375多通道USB接口与PC机通信的实现

发布时间:2019-06-07 09:59 来源:未知 编辑:admin

  正离子静电加速器在运转过程中会产生能量较高的γpX和快中子等多种放射性辐射,对周围的环境造成污染,对生命造成危害同步核辐射监测系统,针对加速器周围环境进行辐射防护监测。每个探测端属于一个探测通道,它们相互独立。各通道将采集到的数据传输给上位机(主控计算机)。上位机进行数据处理并显示各个探测端的辐射强度及吸收剂量。

  若采用串口(RS232)实现多通道传输,各通道每次向上位机传输的数据容量大(16K),而串口传输速度慢,花费的时间长。在通信过程中,相应通道进入中断服务程序后,不能够再采集新的信号,更加严重地影响了系统的探测效率。于是就采用构成的USB接口进行数据传输。速率可提高到1Mbit/s以上。同时USB所具有的即插即用、通用性强、易扩展、可靠性好等优点[2,3]也极大地改善了接口的使用性能。

  USB模块CH375是一个USB总线的通用设备接口芯片,用户无需编写驱动程序,内置有USB通讯中的底层协议,完全满足USB1.1标准。具有8位数据总线)、读(RD#)、 写(WR#)、片选控制线(CS#)以及中断输出(INT#),可以方便地挂接到单片机的数据总线为低电平时选择数据端口,单片机通过8位并口对CH375进行读写数据;为高电平时选择命令端口,可以向其写入命令。

  在本地端,单片机对CH375的操作是采用命令加数据的I/O操作方式,任何操作都是先发命令(其命令格式参考文献3)给CH375,然后执行数据输入输出。CH375接收到上位机发送的数据或者发送完给上位机的数据后,以中断方式通知单片机。

  将CH375芯片的驱动程序、动态链接库拷贝到上位机中,利用CH375动态链接库DLL提供的API函数对其进行操作,对USB设备的通信就几乎和访问本地硬盘中的文件差不多了。

  图1是加速器的核辐射监测系统。是个具有多个USB接口的多通道数据采集系统。该系统可安装连接多个探测端(最多128个)。监测不同的放射性辐射时,装配相应的探测器。每个探测通道的工作原理及电子线路都相同,分别连接到USB扩展卡上。多道分析器采用高性能AVR单片机ATmega128作为控制器。ATmega128运用Harvard结构概念,具有预取指令功能,机器周期为1个时钟周期,绝大多数指令为单周期指令,工作频率为16MHz时可达到16MIPS的性能[5]。用其控制高速模数转换电路,把探测器输出的模拟量转换成计算机可接收的数字量,进行存储,等待上位机的读取。

  单一探测通道,用CH375构成的USB接口电路原理如图2所示。各通道接收到上位机发出读取数据命令后,由ATmega128控制将所有探测数据通过USB接口电路传输给上位机。

  各通道的USB模块CH375在计算机应用层与其本地端单片机ATmega128之间提供了端对端的连接。统一采用数据加应答方式进行通信,所有的通信都由计算机应用层发起,然后以接收到单片机的应答结束。单一通道完整的通信过程包括:

  ④ 如果是上传(上传缓冲区的数据被计算机成功读取),则释放当前USB缓冲区,然后退出中断程序;

  ⑤ 如果是下传(下传缓冲区成功接收到计算机发送的数据),则从数据下传缓冲区读取数据块;

  ⑥ 分析接收到的数据块,如果是数据请求上传命令,准备应答数据(采集数据);

  该通讯方式具有数据自动同步、程序设计简单、较好的交互性和可控性等优点。计算机定时以此方式顺次访问各通道,获取各通道采集到的数据。

  各通道单片机端程序设计相同。ATmega128中断1(INT1)作为USB的中断入口(参考图2),采用数据加应答方式,其中断1服务处理程序设计流程图如图3所示。

  采用C语言编程,编写单片机端ATmega128中断1服务处理程序的基本框架如下所示:

  采用Visual C++作为计算机端应用软件的开发平台,以实现两通道USB数据传输为例,计算机端程序设计流程图如图4所示。USB设备1即指通道1;USB设备2即指通道2。

  利用MFC(微软基础类)定时器函数[6],计算机定时顺序访问两通道,获取采集数据。编写计算机端定时中断处理程序的基本框架如下所示:

  if ( CH375WriteData( 0, WriteBuf, length) ) //发送数据请求命令给USB设备1,成功发送后返回真。WriteBuf指向放置准备写出数据的缓冲区。Length指向长度单元,输入时为准备写出的长度,返回后为实际写出的长度。

  if ( CH375ReadData( 0, ReadBuf, length) ) //从USB设备1读取采集数据,成功读取后返回真。ReadBuf为指向用于保存读取数据的缓冲区。Length指向长度单元,输入时为准备读取得长度,返回后为实际读取得长度。

  采用CH375进行USB数据传输速率高,达到1Mbit/s以上。而且无需编写复杂的USB驱动程序,利用其动态链接库即可实现多通道USB接口与PC机通信。研发简单,易于实现,可以使数据传输系统非常方便的从RS232总线转向USB总线,弥补其速度慢的缺点,进行系统升级。并且USB所具有的各种优越性能,也必将使这种接口电路在数据传输中得到更广泛的应用。

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