基于usb和labview的虚拟仪器的设计

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1、［公司名称］虚拟仪器技术分析与设计基于USB和LabVIEW的虚拟仪器的设计基于USB和LabVIEW的虚拟仪器的设计虚拟仪器和USB的接口技术在仪器研发领域受到了密切关注。数据采集及控制的智能外设采川USB按口改善了其瓶颈现象，也加强了它与通用计算机的“亲和力”。普通的MCS-51单片机没有USB接口，作为虚拟仪器应用软件开发平台之一的LabVIEW也没有提供USB接口的驱动程序。为此,介绍了基于USB和LabVIEW的虚拟仪器的设计原理以及USB开发的方法，提出一种开发简单的设计方案。阐述了利用FT245BM进行USB开发的过程，给出FT245与AVR单片机AT90S1200接门的

2、电路图和编写的程序。介绍了安装两种不同驱动吋编写IabVTEW应用程序的方法，并给出编写的LabVIEW应用程序，经过调试，给出测试结果。自20世纪90年代以來，在计算机技术的推动下，以虚拟仪器为标志的通用化、钙能化和网络化测娬仪器及测试系统得到了迅速发展，使得测:U:仪器和数裾采集系统的设计方法和实现技术发生了深刻变化。在虚拟仪器系统屮，硬件仅仅是为了解决信号的输入输出，软件赋予仪器生命，是整个仪器系统设计的关键，任何一个使用者都可以通过修改软件的方法，很方便地改变、增减仪器系统的功能与规模，所以有“软件就是仪器”之说。NI公司的LabVIEW是当前流行的图形化开发环境，同时它也是一

3、种功能强大的编程语言亦被称为G语言）。它是一套专为数椐采集与仪器控制、数据分析和数据表达而设计的阁形化编程软件，使创建的程序模块化，易于调试、理解和维护，而且程序编程简单、直观。因此它特别适用于数据采集处理系统。而USB总线以其使用方便、传输速度快、即插即用、通用性强、扩展性好和性价比高等优点得到广泛的应川。把LabVIEW语言和USB总线紧密结合起来的数据采集系统，将集成两者的优点。LabVIEW软件本身免费提供RS232、GPIB、VXI等总线的驱动程序，却并不提供USB驱动程序。对于自己制作的USB接口采集系统，一般认为必须编制上位机USB驱动程序;也可不写USB驱动程序，利用虚

4、拟端n技术完成。本文介绍了几种设计方案，就一种简单、易行的方法进行了设计。1.没计原理虚拟仪器由计算机、仪器硬件和应用软件组成。从构成方式讲，有多种方式，主要取决于系统所采用的接口硬件:有以信号调理电路和数据采集卡为硬件组成的插卡式虚拟仪器，有以各种标准总线仪器为硬件组成的虚拟仪器系统。设计基于USB总线的数据采集硬件时，USB与单片机接LI可以采用带USB接LI的单八机（如:EZ-USB）或采用USB接口控制芯片（如:PDIUSBD12）。要实现LabVIEW应用程序与基于USB总线的仪器的通讯，上位机需要添加USB驱动程序，LabVIEW通过调用动态链接库的方式来与下位机进行数据交

5、互。对于USB驱动程序，可以自行研发，也可采用虚拟端口技术，利用芯片厂家提供的驱动程序。其中利用虚拟端口技术的USB控制芯片进行USB通讯的开发过程最为简单，本文将详述。1.FT245BM与单片机的接口设计本文采用了FTDI（FutureTechnologyDe-viceslntl。Ltd。）公司推出的USB接口芯片ET245BM进行USB接口的设计。2.1FT245BM的功能简介及使用方法FT245BM的主要功能是进行USB和并行I/O口之间的协议转换。芯片一方面可从主机接收USB数据，并将其转换为并行I/O口的数据流格式发送给外没;另一方面外设可通过并行I/O口将数据转换为USB的

6、数据格式传回主机。中间的转换工作全部巾芯片A动完成，开发者无须考虑固件的设计。FT245BM内部主要由USB收发器、串行接门引擎（SIE）、USB协议引擎和先进先出（FIFO）控制器等构成，如图1所示。USB收发器提供USB2.0的全速物理接口到USB总线，支持UHCI/OHCI主控制器；串行接口引擎主要用于完成L’SB数据的串/并双向转換，并按照USB1。1规范来完成USB数据流的位填充/位反填充，以及循环冗余校验码(CRC5/CRC16)的产生和检错;USB协议引擎管理来自USB设备控制端II的数据流;FTFO控制器处理外部接II和收发缓冲区间的数据转换。另外，FT245BM还包括

7、1个内置的3.3V的稳压器，1个6MHz的振荡器、8倍频的时钟倍频器、USB锁相环和EEPROM接口。VCC-USBDP~USBDM—聊协议弓1擎J-48MHZ-12MHz«>D0-D7XTOUT一XTIN一一EEDATAGND图1FT245BM芯片功能框图FIFO控制器实现与单片机的接口，主要通过8根数据线DO〜D7及读写控制线(WK、RD、TXE和RXF)来完成和单片机的数据交互。FT245BM内含两个FIFO数据缓冲区，一个是128字节的