基于MAX125芯片和串行总线实现同步数据采集系统的设计方案

　　通用串行总线（USB，Universal Serial Bus）是现代PC数据传输的发展趋势，PC的所有外设，包括键盘、鼠标、显示器、打印机、录音机、数字音响、电视机顶盒、数码相机、扫描仪、MODEM及各种多媒体音频、视频设备均可通过USB接口接入PC。USB总线同步数据采集系统即为这种总线接入系统。

　　硬件方案
　　本系统采用MAXIAM公司的MAX125四路12位同步采集芯片，只需一个启动信号即可实现同步采集、数据转换，完成后给出一个转换完成信号，可从端口依次读取A/D转换数据，送入单片机处理；USB接口芯片采用PHILIPS 公司的PDIUSBD12，此芯片单片集成SIE、FIFO存储器、收发器及电压变换器，并严格遵从USB1.1协议，PHILIPS SIE完成USB协议层，并且完全高速硬连接，无须任何软件干预。此模块功能包括：同步模式识别，并/串转换，位填充/解填充，CRC检验/产生，PID 确认/产生，地址识别，握手响应/产生；类似于控制其它接口芯片（如并口芯片）一样控制此接口芯片，单片机将A/D转换结果送至PIDUSBD12， PIDUSBD12将自动完成通过USB接口传输数据至PC的功能（按USB1.1协议），
　　具体实现电路如图1：
　　
　　

　　软件接口程序
　　虽然Win95 OSR2.1 支持USB，但微软推荐在win98或win2000上使用USB。软件部分由WDM驱动程序和应用程序组成。对于USB客户驱动程序，主要是与 USBDI打交道，下面的代码完成了对于IRP_MJ_READ和IRP_MJ_WRITE的响应。
　　/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
　　// U***gatherRead：
　　//
　　// Description：
　　// Handle IRP_MJ_READ requests
　　//
　　// Arguments：
　　// Pointer to our FDO
　　// Pointer to the IRP
　　// IrpStack-》Parameters.Read.xxx has read parameters
　　// MdlAddress （direct I/O）
　　//
　　// Return Value：
　　// This function returns STATUS_XXX
　　NTSTATUS U***gatherRead（ IN PDEVICE_OBJECT fdo，
　　IN PIRP Irp）
　　{
　　PUSBgather_DEVICE_EXTENSION dx = （PUSBgather_DEVICE_EXTENSION）fdo-》DeviceExtension;
　　if（ dx-》IODisabled）
　　return CompleteIrp（ Irp， STATUS_DEVICE_NOT_CONNECTED， 0）;
　　if （！LockDevice（dx））
　　return CompleteIrp（ Irp， STATUS_DELETE_PENDING， 0）;
　　PIO_STACK_LOCATION IrpStack = IoGetCurrentIrpStackLocation（Irp）;
　　NTSTATUS status = STATUS_SUCCESS;
　　ULONG BytesTxd = 0;
　　// 得到参数
　　LONGLONG FilePointer = IrpStack-》Parameters.Read.ByteOffset.QuadPart;
　　ULONG ReadLen = IrpStack-》Parameters.Read.Length;
　　// 检查文件指针
　　if（ FilePointer0）
　　status = STATUS_INVALID_PARAMETER;
　　else
　　{
　　status = U***DoInterruptTransfer（ dx， Irp-》AssociatedIrp.SystemBuffer， ReadLen）;
　　BytesTxd = ReadLen;
　　}
　　// 完成 IRP
　　CompleteIrp（Irp，status，BytesTxd）;
　　UnlockDevice（dx）;
　　return status;
　　}
　　/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
　　// U***gatherWrite：
　　//
　　// Description：
　　// Handle IRP_MJ_WRITE requests
　　//
　　// Arguments：
　　// Pointer to our FDO
　　// Pointer to the IRP
　　// IrpStack-》Parameters.Write.xxx has write parameters
　　// User buffer at： AssociatedIrp.SystemBuffer （buffered I/O）
　　// MdlAddress （direct I/O）
　　//
　　// Return Value：
　　// This function returns STATUS_XXX
　　NTSTATUS U***gatherWrite（ IN PDEVICE_OBJECT fdo，
　　IN PIRP Irp）
　　{
　　PUSBgather_DEVICE_EXTENSION dx = （PUSBgather_DEVICE_EXTENSION）fdo-》DeviceExtension;
　　if（ dx-》IODisabled）
　　return CompleteIrp（ Irp， STATUS_DEVICE_NOT_CONNECTED， 0）;
　　if （！LockDevice（dx））
　　return CompleteIrp（ Irp， STATUS_DELETE_PENDING， 0）;
　　PIO_STACK_LOCATION IrpStack = IoGetCurrentIrpStackLocation（Irp）;
　　NTSTATUS status = STATUS_SUCCESS;
　　ULONG BytesTxd = 0;
　　// 得到参数
　　LONGLONG FilePointer = IrpStack-》Parameters.Write.ByteOffset.QuadPart;
　　ULONG WriteLen = IrpStack-》Parameters.Write.Length;
　　if（ FilePointer0 || WriteLen1）
　　status = STATUS_INVALID_PARAMETER;
　　else
　　{
　　// 仅写一个字节
　　BytesTxd = 1;
　　PUCHAR pData = （PUCHAR）Irp-》AssociatedIrp.SystemBuffer;
　　U***SendOutputReport（ dx， *pData）;
　　}
　　// 完成 IRP
　　CompleteIrp（Irp，status，BytesTxd）;
　　UnlockDevice（dx）;
　　return status;
　　}
　　应用程序采用标准的文件操作方法。使用CreateFile API打开文件。使用WriteFile API发出开始命令，启动ADC，使用ReadFile读回采样值。

　　USB数据采集系统设计上严格遵循USB1.1协议，实现了USB的即插即用特性，可热插拔，使用便捷；扩展能力强，可扩展多达127个外设，总带宽达12Mbs；实现容易，为特殊设计PC提供了一种简便易行的外设扩展方案。