基于USB HID類(lèi)數(shù)據(jù)通信的直流電源監(jiān)控設(shè)計(jì)

3．1 接口硬件設(shè)計(jì)
STM32F107X擁有符合USB 2．0(全速12 MB／s)并支持主從設(shè)備轉(zhuǎn)換(On-The-Go)的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)，在本設(shè)計(jì)中USB外設(shè)只工作在設(shè)備模式下，但在接口硬件設(shè)計(jì)時(shí)為主機(jī)模式留了余地，方便以后設(shè)備升級(jí)為OTG USB。STM32F107的PA10、PA11和PA12引腳分別對(duì)應(yīng)OTG USB的ID、DM和DP信號(hào)線，設(shè)計(jì)時(shí)只要連接到USB的接插件即可。OTG USB比其他USB多出的ID信號(hào)線是用于兩個(gè)OTG USB互連時(shí)協(xié)調(diào)主從關(guān)系的，另外OTG USB的電源需要是可控的：可以選擇由總線供電又可以由自己供電；所以設(shè)計(jì)時(shí)USB電源需經(jīng)一個(gè)IO控制的開(kāi)關(guān)(三極管即可)上拉到電源。
3．2 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)利用ST公司為STM32系列提供的USB固件庫(kù)(本設(shè)計(jì)采用USB-FS Device library V3．3)完成下位機(jī)HID類(lèi)程序的編寫(xiě)。USB固件庫(kù)在下位機(jī)中的具體運(yùn)用方法可參考文獻(xiàn)，USB固件庫(kù)被分為硬件驅(qū)動(dòng)層(STM32_USB-FS_Device_Driver)和應(yīng)用接口層(Application Interlace layer)，硬件驅(qū)動(dòng)層管理USB的硬件設(shè)備和USB標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的直接交互，它又由Low Layer和Medium Layer兩個(gè)層組成，應(yīng)用接口層在最終應(yīng)用和USB固件庫(kù)核心之間為用戶提供了一個(gè)完整的接口，我們只需要修改和使用應(yīng)用接口層的的函數(shù)即可完成下位機(jī)的HID類(lèi)程序編寫(xiě)，整個(gè)固件庫(kù)中應(yīng)用接口層的文件及其各自作用：usb_conf．h是配置文件、usb_desc(．h，．c)是USB設(shè)備描述文件、usb_prop(．h，．c)是USB設(shè)備特定屬性設(shè)置文件、usb_endp．c是非控制端點(diǎn)的正確傳輸中斷服務(wù)文件、usb_istr(．h，．c)是USB設(shè)備中斷處理文件和usb_pwr(．h，．c)是USB設(shè)備電源和連接管理文件。
USB下位機(jī)程序分為3部分：USB控制器的初始化、主機(jī)請(qǐng)求響應(yīng)和通信數(shù)據(jù)收發(fā)3個(gè)部分：USB控制器的初始化包括端點(diǎn)的使能、中斷方式、數(shù)據(jù)緩存的設(shè)置等；USB HID類(lèi)設(shè)備固件程序至少需要響應(yīng)獲取描述符(GET_DESCRIPTOR)、設(shè)置地址(SET_ADDRESS)、設(shè)置配置(SET_CONF IGURAT ION)、設(shè)置閑置(Set_Idle)四種請(qǐng)求；通信數(shù)據(jù)收發(fā)部分的主要工作是以中斷方式向數(shù)據(jù)緩沖區(qū)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。另外ST公司提供了Custom _HID案例，只需要在此基礎(chǔ)上修改就可實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的HID類(lèi)。
USB控制器的初始化我們需要修改usb_prop(．h，．c)文件中的CustomHID_Reset(void)函數(shù)使其初始化端點(diǎn)的數(shù)據(jù)量達(dá)到自己的需求。主機(jī)請(qǐng)求響應(yīng)和通信數(shù)據(jù)收發(fā)本設(shè)計(jì)都是采用的中斷方式，下位機(jī)程序在Stm32f10x_it．c文件內(nèi)處理下位機(jī)所有中斷，USB中斷的情況下程序會(huì)跳轉(zhuǎn)到usb_istr．c文件中處理所有USB中斷，USB中斷分為端點(diǎn)中斷和非端點(diǎn)中斷，非端點(diǎn)中斷主要包括各種協(xié)議上的中斷(總線掛起、復(fù)位、喚醒，幀起始、應(yīng)答等)，非端點(diǎn)中斷程序?qū)?huì)跳轉(zhuǎn)其他文件處理，端點(diǎn)中斷的情況下程序會(huì)跳轉(zhuǎn)到otgd_fs_int．c文件處理所有端點(diǎn)中斷，端點(diǎn)中斷分為控制端點(diǎn)中斷和其他端點(diǎn)中斷，控制端點(diǎn)主要用于枚舉它的處理程序我們不需要改動(dòng)，我們的數(shù)據(jù)通信使用的是其他端點(diǎn)中斷，其他端點(diǎn)中斷的情況下程序?qū)⑻D(zhuǎn)到usb_endp．c文件使用自定義的用戶處理函數(shù)，本設(shè)計(jì)需要編寫(xiě)這些自定義的用戶處理函數(shù)完成通信數(shù)據(jù)收發(fā)部分設(shè)計(jì)，例如如在接受中斷中使用USB_SIL_Read(EP1_OUT，Receive_Buffer)函數(shù)可以將端點(diǎn)1(OUT)的數(shù)據(jù)讀到Receive_Buff er[]數(shù)組中。對(duì)于主機(jī)請(qǐng)求程序在Custom_HID案例的基礎(chǔ)上需要修改usb_desc(．h，．c)中的設(shè)備、配置和報(bào)告描述符后由程序內(nèi)部函數(shù)(控制端點(diǎn)中斷的處理函數(shù))使用這些描述符完成USB枚舉過(guò)程，修改比較多的是端點(diǎn)描述符和報(bào)告描述符，具體修改可以參考文獻(xiàn)。
3．3 PC上位機(jī)程序編寫(xiě)
本設(shè)計(jì)的USB HID上位機(jī)應(yīng)用程序是在VC2010集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下，利用Windows自帶HID類(lèi)驅(qū)動(dòng)的API和PlotLab(一個(gè)快速信號(hào)繪圖和可視化的VCL組件)開(kāi)發(fā)的多線程人機(jī)交互界面。上位機(jī)程序流程圖如圖5所示，上位機(jī)程序是MFC的對(duì)話框程序，程序的界面負(fù)責(zé)顯示和接受用戶的輸入，在程序的開(kāi)始建立了兩個(gè)線程和一個(gè)多媒體定時(shí)器，兩個(gè)線程分別為讀數(shù)據(jù)和寫(xiě)數(shù)據(jù)服務(wù)，多媒體定時(shí)器的中斷為顯示波形服務(wù)。