基于AVR USB接口的温度测量系统下位机设计

分享到:

孙福文
(鲁东大学 物理与电子工程学院,山东 烟台 264025)

0引言

近年来,随着集成电路以及芯片制造技术的不断发展,不同的USB通信芯片不断涌现,目前典型的USB通信芯片有CH375、PDIUSBD12等,这些器件的特点是功能较为强大,但价格较高,很难在中低价位的产品开发中使用。而AVR USB技术则是利用高性能的8位RISC架构的AVR单片机的IO口来模拟USB的通信端口,并由软件来实现USB通信协议,以将普通的AVR单片机模拟成一个USB低速设备,从而实现AVR单片机与计算机之间的通信和控制。尽管这种方式只能实现低速传输,但对常用数据量不是十分巨大的系统而言,它已经足够使用了,且其速度远远高于传统的串口传输速度,因而在产品开发中具有广阔的应用前景。本文便是利用AVR USB技术来实现对温度的测量和显示功能。

1 系统下位机软件流程

下位机软件设计及其实现可基于WINAVR编程环境,代码则可利用C语言实现。AVR单片机主要完成两个功能:温度测量和数据传送。温度测量主要是对电压信号进行采样,以确定温度的离散数值。传送数据则是将测量的数据通过AVR所模拟的USB端口传至PC端,以便PC端进行数据的显示和处理。其主要流程如图1所示。

2软件功能的实现

2.1温度数据的采集

ATmega8内含一个10位逐次逼近型ADC。该ADC可与一个8通道的模拟多路复用器连接,以对来自端口C的8路单端输入电压进行采样。单端电压输入以0 V(GND)为基准。AD转换的时序图如图2所示。

对于连续AD数据采集,可采用查询法和中断法,该程序中采用的是中断法,即一次AD转换结束后便产生中断。设计时可利用如下函数对电压数值进行采集:

首先定义全局变量Value,储存所测量到的温度数值,并将该值作为USB端口的发送数值。

2.2 USB数据传输

为了利用ATMEGA8模拟"软USB",应在WINAVR将AVRUSB的文件配置文件夹USBDRV放置在源文件目录下,在该目录下,编程中所需要的文件如表1所列。

该设计只要对usbconfig.h的内容进行配置,便可减小代码量。其主要参数配置如表2所列。

一般情况下,每种USB设备都有一个PID和VID。其中VID是生产商的代号,PID是产品的代号,每个代号都是一个双字节的整数。PID和VID不能随意设置,它是由USB标准协会进行分配的(0x16C0、0x05DC),并在用户配置文件中要遵循低位在前高位在后的原则。

2.3 USB数据传输的接口函数

(1)初始化函数

使用AVRUSB前,通常都要通过调用初始化函数usbInit ()来对USB端口进行初始化,调用该函数之前,考虑到该程序可能由其他程序段跳转而来,因此,初始化之前,一般要将USB端口进行重新复位,复位只需要将D-和D+端口的电平拉低即可,利用如下语句便可实现上述功能:

DDRD=0x14;PORTD=0x00;

通常可在程序其他部分初始化完成后再调用函数usbInit (),最后再调用sei ()函数允许中断。在main.c文件中的实现代码如下:

(2)事件处理函数

用户程序的主循环中需要定期调用USB事件处理函数usbPoll ()。USB事件处理函数usbPoll ()在没有USB事件需要处理时将直接返回,否则将调用内部函数来进行相应的事件处理,最后再将数据传递到用户接口函数中。通常的方法是:

一次USB通信的超时时间是50ms。所以,在编程时应注意其他事件不要占用太长的时间,以勉usbPoll ()函数不能及时执行。

(3)事件接口函数

在用户程序中,需要编写USB用户事件接口函数,以完成USB通信。AVRUSB将用户接口简化为以下3个函数:

上述三个函数需要用户进行编程处理,它们将完成USB通信的数据处理。

为了使代码最优化,本系统只使用usbFunctionSetup函数,而屏蔽了usbFunctionWrite和usbFnctionRead函数,方法是在usbconfig.h中设置相应的位为0或1即可(参见表2)。

函数usbFunctionSetup负责传递USB请求,其参数存放在一个8字节的数组中(uchar data [8]),其含义是:

由于该系统功能只需要将测得的温度值传送到PC端,因此,该函数中只需做数据传送即可,而无须作不同指令的辨识,设计时可使用如下代码来实现上述功能:

2.4编译文件的配置

在WINAVR软件环境下,还需要配置MakeFile,以用于编译编程文件:



经过上述过程的配置和编程后,即可实现下位机的数据采样和USB端口的数据传输。

3 结束语

基于AVRUSB技术的温度测量和显示系统由于使用了一体的软USB技术,其硬件电路设计更加小巧稳定。经使用和测试证明:该系统具有性能稳定、价格低廉等特点。重要的是,本系统提供了一种低成本的USB设计方案,同时较详细的提供了下位机的设计流程和部分代码,从而为中低成本的USB设备开发提供了一个较好的思路。

本文摘自《电子元器件应用》
继续阅读
51单片机、AVR单片机和PIC单片机IO口的操作

51单片机、AVR单片机和PIC单片机IO口结构的均不同,导致了IO口操作也不同。操作单片机IO口的目的是让单片机的管脚输出逻辑电平和读取单片机管脚的逻辑电平。下面我们来看看51单片机、AVR单片机和PIC单片机IO口的操作的方法。

一个小经验,让你的AVR单片机功耗超低

休眠电流要最小:掉电模式必须的,然后能关闭的功能全部关闭,关闭BOD检测,关闭看门狗,电压越低越好,1.8V,频率越低越好。

51、AVR与PIC,三种单片机IO口的操作

51单片机、AVR单片机和PIC单片机IO口结构的均不同,导致了IO口操作也不同。操作单片机IO口的目的是让单片机的管脚输出逻辑电平和读取单片机管脚的逻辑电平。下面我们来看看51单片机、AVR单片机和PIC单片机IO口的操作的方法。

14个官方视频教程,助您学习AVR系列单片机

AVR® Insights — 第1集 — AVR存储器 AVR® Insights — 第2集 — 边写边读存储器 AVR® Insights — 第3集 — 端口 AVR® Insights — 第4集 — 休眠模式 AVR® Insights — 第5集 &mdash

关于AVR单片机,你了解多少?

什么是AVR单片机?AVR单片机有什么优点?为什么要选择AVR单片机?

©2018 Microchip Corporation
facebook google plus twitter linkedin youku weibo rss