基于NI-VISA與LabVIEW的 USB接口應用設計

USB(Universal Serial Bus)接口是近年來應用在PC領域的新型接口技術。它基于單一的總線接口技術來滿足多種應用領域的需求;它的即插即用、支持熱插拔、易于擴展等特性極大地方便了用戶的使用,已逐漸成為現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)展趨勢。

傳統(tǒng)的開發(fā)USB應用系統(tǒng)的步驟是,先用windowsDDK(設備驅(qū)動程序開發(fā)包)或第三方開發(fā)工具(如DriverSt LJdic))開發(fā)LJSB驅(qū)動程序,然后用Visual C++編寫DLL(動態(tài)連接庫),最后再調(diào)有DLL來開發(fā)應用程序。顯然,這對windows編程不熟悉的人來說有一定的難度,何況USB驅(qū)動程序的開發(fā)難度很大。本文介紹一種簡單、快速開發(fā)USB接口應用系統(tǒng)的方法。它直接在LabVIEW環(huán)境下通過NI-VISA開發(fā)能驅(qū)動用戶USB系統(tǒng)的應用程序,完全避開了以前開發(fā)USB驅(qū)動程序的復雜性,大大縮短了開發(fā)周期。

1 N1-VISA簡介

NI-VISA(VirtualInstrumentSoftwareArchitecture,以下簡稱為"VISA")是美國國家儀器NI(National1nstrLlrnent)公司開發(fā)的一種用來與各種儀器總線進行通信的高級應用編程接口。VISA總線1/()軟件是一個綜合軟件包,不受平臺、總線和環(huán)境的限制,可用來對USB、GPIB、串口、VXI、PXI和以太網(wǎng)系統(tǒng)進行配置、編程和調(diào)試。VISA是虛擬儀器系統(tǒng)I/O接口軟件。基于自底向上結構模型的VISA創(chuàng)造了一個統(tǒng)一形式的I/O控制函數(shù)集。一方面,對初學者或是簡單任務的設計者來說, VISA提供了簡單易用的控制函數(shù)集,在應用形式上相當簡單;另一方面,對復雜系統(tǒng)的組建者來說,VISA提供了非常強大的儀器控制功能與資源管理。

2 LabVIEW及其調(diào)用VISA的條件

LabVIEW(Laboratory Virtual InstrumentEngineeringWorkbench)是NI公司開發(fā)的一種基于圖形程序的編程語言。用戶利用創(chuàng)建和調(diào)用子程序的方法編寫程序,使創(chuàng)建的程序模塊化,而且程序編制簡單、直觀。一個LabVIEW程序分為3部分:前面板、框圖程序和圖標/接線端口。前面板用于模擬真實儀器的前面板;框圖程序是利用圖形語言對前面板上的控件對象(分為控制量和指示量兩種)進行控制;圖標/接線端口用于把LabVlEW程序定義成一個子程序,從而實現(xiàn)模塊化編程。

當進行USB通信時,VISA提供了兩類函數(shù)供LabVIEW調(diào)用,USB INSTR設備與USB RAW設備。USB INSTR設備是符合USBTMC協(xié)議的USB設備,可以通過使用USB INSTR類函數(shù)控制,通信時無需配置NI-VISA;而USB RAW設備是指除了明確符合USBTMC規(guī)格的儀器之外的任何USB設備,通信時要配置NI-VISA。
(1)配置NI-VISA的步驟

①使用Driver Development wizard(驅(qū)動程序開發(fā)向?qū)?創(chuàng)建INF文檔;

②安裝INF文檔,并安裝使用INF文檔的USB設備

③使用NI-VISA InteractiveControl(NI-VISA互動控制工具)對設備進行測試,以證實USB設備已正確安裝,并獲得USB設備的各屬性值。

詳細過程可參考NI官方網(wǎng)站上免費提供的文檔《使用NI-VISA控制USB設備》。

(2)與Nl-VISA相配合的LabVIEW模板中VI子節(jié)點

ViOpen,打開并指定VISA resource name的設備的連接。
ViProperty,VISA設備的屬性子節(jié)點,可以設置端點或傳輸方式。
ViWrite,向VISA resource name指定的設備寫入數(shù)據(jù)。
ViRead,從VISA resource name指定的設備讀出數(shù)據(jù)。
ViClose,結束設備讀寫并關閉與指定設備的連接。

(3)USB RAW設備讀寫的操作次序

USB RAW設備的讀寫次序如圖1所示。

3系統(tǒng)硬件結構

系統(tǒng)以Philips公司的增強型80C51單片機為核心,如圖2所示。這是一個多點溫度采集系統(tǒng),核心器件是含有8 KB非易失Flash程序存儲器的P89C52,與標準80C51完全兼容。USB通信控制芯片采用Philips公司的PDIUSBDl2芯片(簡稱"D12")。它是一款較新型的專用 USB通信控制芯片,符合通用串行總線USBl.1版規(guī)范,內(nèi)部集成有串行接口引擎SIE、320字節(jié)FIFO存儲器、收發(fā)器和電壓調(diào)節(jié)器。前端溫度傳感器采用Dallas公司生產(chǎn)的DSl8B20。它是一線式數(shù)字溫度傳感器,直接以數(shù)字量輸出給微處理器,可節(jié)省大量的引線和信號調(diào)理電路。DSl8B20內(nèi)部有一個光刻ROM。這個ROM中存有64位序列號。它可以看作是該DS18B20的地址序列碼,所以多路溫度傳感器可以掛在1條總線上,共同占用單片機的1條I/O線即可實現(xiàn)接口。在提升單片機I/O線驅(qū)動能力的前提下,理論上可以任意擴充檢測的溫度點數(shù)。

D12與單片機的接口共有兩種方式:多路地址/數(shù)據(jù)總線方式和單地址/數(shù)據(jù)總線方式。這里選擇了單地址/數(shù)據(jù)總線方式,因此,D12的ALE接為低電平,而A0腳與P89C52X2的端口P3.3相連。該端口控制D12的命令和數(shù)據(jù)狀態(tài)：A0=1,表示數(shù)據(jù)總線上是命令;A0=O,表示數(shù)據(jù)總線上是數(shù)據(jù)。D12的數(shù)據(jù)總線直接與P0口相連,D12的中斷引腳INT_N與:P89C52X2的INTO相連。當D12的外部中斷有一位為1時,INT_N輸出低電平,觸發(fā)P89C52X2的外部中斷。因為系統(tǒng)未采用DMA,所以D12的DMACK_N引腳接高電平,EOT_N引腳通過電阻接到USB的+5V,以正確檢測到USB連接;INT_N引腳加一個上拉電阻。因為D12有片內(nèi)上電復位電路,故引腳RESET_N直接與電源引腳VCC相連。溫度傳感器DSl8B20工作在外接電源工作方式,DQ引腳直接和P89C52X2的P1.O相連。