基于USB接口的電化學沉積儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究
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①設(shè)備枚舉，這個固件主要完成對USB標準請求的響應(yīng)。系統(tǒng)通過發(fā)送USB標準請求來獲得USB設(shè)備的配置和設(shè)備信息，并按照這些信息對USB進行資源分配。
②數(shù)據(jù)采集。
③響應(yīng)設(shè)備請求，即響應(yīng)設(shè)備的讀寫請求，USB主機通過IN端口向USB采集系統(tǒng)發(fā)送控制數(shù)據(jù)采集的指令，通過OUT端口接收USB設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)。
對于USB采集系統(tǒng)，通過IN端口接收USB主機發(fā)給控制器的命令，這些命令信息包含采樣信號類型、采樣啟動／停止標志位等。其中采樣信號類型用第一個字節(jié)表示，采樣啟動／停止標志用第二個字節(jié)表示。IN端口也是USB的任務(wù)處理端口，接收命令碼通過對IN端口的事件處理程序?qū)崿F(xiàn)。當IN端口接收到數(shù)據(jù)后，控制器讀出接到的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進行解碼和處理。
USB主機通過OUT端口接收AT90USB1287發(fā)送給USB主機的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)采用中斷的方法通過A／D轉(zhuǎn)換而得到結(jié)果。
2．2 USB驅(qū)動程序
USB驅(qū)動程序的作用是連接主機和USB設(shè)備。常用的Windows系統(tǒng)USB驅(qū)動程序設(shè)計軟件有DDK，DriverStudioS和WINDRIVER等。本文采用了開發(fā)相對靈活的DriverStudioS，該軟件配合DDKXP可以生成驅(qū)動程序框架。通過添加和修改生成的驅(qū)動程序框架即可完成該系統(tǒng)驅(qū)動程序開發(fā)。由固件程序可知，電化學沉積儀器需要三個USB端口，即：控制端口0、IN端口1以及OUT端口2。利用Driver-StudioS的開發(fā)包DriverWorks生成的驅(qū)動程序并加以修改實現(xiàn)了對兩個端口的讀寫操作。在這里定義IN端口和OUT端口的類型均為BULK類型。通過修改、安裝INF文件，最終完成驅(qū)動程序的開發(fā)。
2．3 終端應(yīng)用程序
終端應(yīng)用程序流程圖見圖5。該應(yīng)用程序采用VC 6.0編譯器進行編程，當下位機上電并與計算機連接之后，應(yīng)用程序首先要判斷電化學沉積實驗儀器是否和主機連接正常。如果出現(xiàn)異常就要求系統(tǒng)重新連接，直到檢測到設(shè)備能正常通信為止。該應(yīng)用程序的界面操作不受后臺數(shù)據(jù)處理的影響，具體過程為；首先查找USB設(shè)備(電化學沉積儀器的設(shè)備句柄)，獲得設(shè)備句柄，封裝對USB設(shè)備操作的動態(tài)鏈接庫，最后對采集的數(shù)據(jù)進行處理和顯示。應(yīng)用程序和下位機之間的通信通過命令解析協(xié)議進行。應(yīng)用程序可以設(shè)定試驗類型，并對試驗進行控制。這些操作實際上是向緩沖區(qū)讀寫數(shù)據(jù)的過程。根據(jù)通信協(xié)議，該過程中每一種命令都有其對應(yīng)的轉(zhuǎn)義字符。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/188868.htm
系統(tǒng)需要采集實時數(shù)據(jù)并實時顯示，因此系統(tǒng)需使用WM TIMER消息來觸發(fā)設(shè)置定時器事件，以實現(xiàn)USB采集系統(tǒng)1 s采集100組電壓、電流信號的數(shù)據(jù)。在利用這些數(shù)據(jù)進行實時繪圖顯示時，由于系統(tǒng)不斷更新屏幕，會出現(xiàn)視圖閃爍的情況。為了解決屏幕閃爍問題，現(xiàn)在最常用的方法就是采用雙緩存的繪圖方法。具體做法如下：在OnDraw()函數(shù)中，在圖形繪制以前使用函數(shù)CreateCompatibleDC()和CreateCompatible-Bitmap()創(chuàng)建內(nèi)存設(shè)備上下文以及系統(tǒng)將要繪制到的位圖對象，然后執(zhí)行所有的繪圖操作，最后使用Bitmap()將整個內(nèi)存位圖移到可視窗口上。這樣就完全消除了屏幕抖動的現(xiàn)象，可以看到曲線平穩(wěn)的移動。
3 實驗結(jié)果
軟、硬件及系統(tǒng)綜合調(diào)試之后，進行試驗測試。配置不同濃度的溶液進行實驗，用ITO玻璃作為工作電極(陰極)，甘汞電極作為參比電極，鉑片作為對電極。先進行試驗參數(shù)設(shè)置(包括：實驗類型、工作電壓電流值、工作頻率及試驗時間等)。點擊完成設(shè)置，開始試驗，即得到試驗動態(tài)曲線。
圖6是恒電位條件下的I-t實時曲線的圖形界面。同樣可以得到恒流和脈沖電位實驗的V-t，I-t曲線圖形。由于試驗的需要，試驗人員往往需要保存每次的實驗結(jié)果和圖形，以便對數(shù)據(jù)進行分析整理。因此，該應(yīng)用程序添加了圖形保存功能。只要在需要保存的圖形上點擊鼠標左鍵，即可把試驗圖形保存成BMP格式的圖片，并帶有試驗的詳細信息。
4 結(jié) 語
在實時的電化學沉積試驗監(jiān)測中，該接口具有速度快、性能高、占CPU資源少的特點。USB 2．0協(xié)議的理論傳輸速度為480 Mb／s，實際傳輸速度往往要低于理論傳輸速度，但完全能滿足實驗室電化學試驗數(shù)據(jù)通信的需要。該接口使用方便、成本低，屬于小型高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它為電化學沉積實驗系統(tǒng)在線的精確監(jiān)測診斷提供了數(shù)據(jù)支持。
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