孫福文　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

(魯東大學 物理與電子工程學院，山東 煙臺 264025)


　　近年來，隨著集成電路以及芯片制造技術的不斷發展，不同的USB通信芯片不斷涌現，目前典型的USB通信芯片有CH375、PDIUSBD12等，這些器件的特點是功能較為強大，但價格較高，很難在中低價位的產品開發中使用。而AVR USB技術則是利用高性能的8位RISC架構的AVR單片機的IO口來模擬USB的通信端口，并由軟件來實現USB通信協議，以將普通的AVR單片機模擬成一個USB低速設備，從而實現AVR單片機與計算機之間的通信和控制。盡管這種方式只能實現低速傳輸，但對常用數據量不是十分巨大的系統而言，它已經足夠使用了，且其速度遠遠高于傳統的串口傳輸速度，因而在產品開發中具有廣闊的應用前景。本文便是利用AVR USB技術來實現對溫度的測量和顯示功能。

1 系統下位機軟件流程

　　下位機軟件設計及其實現可基于WINAVR編程環境，代碼則可利用C語言實現。AVR單片機主要完成兩個功能：溫度測量和數據傳送。溫度測量主要是對電壓信號進行采樣，以確定溫度的離散數值。傳送數據則是將測量的數據通過AVR所模擬的USB端口傳至PC端，以便PC端進行數據的顯示和處理。其主要流程如圖1所示。
 

2軟件功能的實現

2.1溫度數據的采集

對于連續AD數據采集，可采用查詢法和中斷法，該程序中采用的是中斷法，即一次AD轉換結束后便產生中斷。設計時可利用如下函數對電壓數值進行采集：
首先定義全局變量Value，儲存所測量到的溫度數值，并將該值作為USB端口的發送數值。

2.2 USB數據傳輸

　　為了利用ATMEGA8模擬"軟USB"，應在WINAVR將AVRUSB的文件配置文件夾USBDRV放置在源文件目錄下，在該目錄下，編程中所需要的文件如表1所列。

　　該設計只要對usbconfig.h的內容進行配置，便可減小代碼量。其主要參數配置如表2所列。

　　一般情況下，每種USB設備都有一個PID和VID。其中VID是生產商的代號，PID是產品的代號，每個代號都是一個雙字節的整數。PID和VID不能隨意設置，它是由USB標準協會進行分配的(0x16C0、0x05DC)，并在用戶配置文件中要遵循低位在前高位在后的原則。

2.3 USB數據傳輸的接口函數

(1)初始化函數

　　使用AVRUSB前，通常都要通過調用初始化函數usbInit ()來對USB端口進行初始化，調用該函數之前，考慮到該程序可能由其他程序段跳轉而來，因此，初始化之前，一般要將USB端口進行重新復位，復位只需要將D-和D+端口的電平拉低即可，利用如下語句便可實現上述功能：

　　DDRD=0x14；PORTD=0x00；

　　通常可在程序其他部分初始化完成后再調用函數usbInit ()，最后再調用sei ()函數允許中斷。在main.c文件中的實現代碼如下：

2)事件處理函數

　　用戶程序的主循環中需要定期調用USB事件處理函數usbPoll ()。USB事件處理函數usbPoll ()在沒有USB事件需要處理時將直接返回，否則將調用內部函數來進行相應的事件處理，最后再將數據傳遞到用戶接口函數中。通常的方法是：

　　一次USB通信的超時時間是50ms。所以，在編程時應注意其他事件不要占用太長的時間，以勉usbPoll ()函數不能及時執行。

(3)事件接口函數

　　在用戶程序中，需要編寫USB用戶事件接口函數，以完成USB通信。AVRUSB將用戶接口簡化為以下3個函數：

　　上述三個函數需要用戶進行編程處理，它們將完成USB通信的數據處理。

　　為了使代碼最優化，本系統只使用usbFunctionSetup函數，而屏蔽了usbFunctionWrite和usbFnctionRead函數，方法是在usbconfig.h中設置相應的位為0或1即可(參見表2)。

　　函數usbFunctionSetup負責傳遞USB請求，其參數存放在一個8字節的數組中(uchar data [8])，其含義是：

　　由于該系統功能只需要將測得的溫度值傳送到PC端，因此，該函數中只需做數據傳送即可，而無須作不同指令的辨識，設計時

　　可使用如下代碼來實現上述功能：

2.4編譯文件的配置

　　經過上述過程的配置和編程后，即可實現下位機的數據采樣和USB端口的數據傳輸。

3 結束語

　　基于AVRUSB技術的溫度測量和顯示系統由于使用了一體的軟USB技術，其硬件電路設計更加小巧穩定。經使用和測試證明：該系統具有性能穩定、價格低廉等特點。重要的是，本系統提供了一種低成本的USB設計方案，同時較詳細的提供了下位機的設計流程和部分代碼，從而為中低成本的USB設備開發提供了一個較好的思路。