基于USB HID類數(shù)據(jù)通信的直流電源監(jiān)控設(shè)計

3．1 接口硬件設(shè)計
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)的標準外設(shè)，在本設(shè)計中USB外設(shè)只工作在設(shè)備模式下，但在接口硬件設(shè)計時為主機模式留了余地，方便以后設(shè)備升級為OTG USB。STM32F107的PA10、PA11和PA12引腳分別對應(yīng)OTG USB的ID、DM和DP信號線，設(shè)計時只要連接到USB的接插件即可。OTG USB比其他USB多出的ID信號線是用于兩個OTG USB互連時協(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)計時USB電源需經(jīng)一個IO控制的開關(guān)(三極管即可)上拉到電源。
3．2 下位機軟件設(shè)計
本設(shè)計利用ST公司為STM32系列提供的USB固件庫(本設(shè)計采用USB-FS Device library V3．3)完成下位機HID類程序的編寫。USB固件庫在下位機中的具體運用方法可參考文獻，USB固件庫被分為硬件驅(qū)動層(STM32_USB-FS_Device_Driver)和應(yīng)用接口層(Application Interlace layer)，硬件驅(qū)動層管理USB的硬件設(shè)備和USB標準協(xié)議的直接交互，它又由Low Layer和Medium Layer兩個層組成，應(yīng)用接口層在最終應(yīng)用和USB固件庫核心之間為用戶提供了一個完整的接口，我們只需要修改和使用應(yīng)用接口層的的函數(shù)即可完成下位機的HID類程序編寫，整個固件庫中應(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下位機程序分為3部分：USB控制器的初始化、主機請求響應(yīng)和通信數(shù)據(jù)收發(fā)3個部分：USB控制器的初始化包括端點的使能、中斷方式、數(shù)據(jù)緩存的設(shè)置等；USB HID類設(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)上修改就可實現(xiàn)本設(shè)計的HID類。
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)使其初始化端點的數(shù)據(jù)量達到自己的需求。主機請求響應(yīng)和通信數(shù)據(jù)收發(fā)本設(shè)計都是采用的中斷方式，下位機程序在Stm32f10x_it．c文件內(nèi)處理下位機所有中斷，USB中斷的情況下程序會跳轉(zhuǎn)到usb_istr．c文件中處理所有USB中斷，USB中斷分為端點中斷和非端點中斷，非端點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)，非端點中斷程序?qū)D(zhuǎn)其他文件處理，端點中斷的情況下程序會跳轉(zhuǎn)到otgd_fs_int．c文件處理所有端點中斷，端點中斷分為控制端點中斷和其他端點中斷，控制端點主要用于枚舉它的處理程序我們不需要改動，我們的數(shù)據(jù)通信使用的是其他端點中斷，其他端點中斷的情況下程序?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)計需要編寫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，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1(OUT)的數(shù)據(jù)讀到Receive_Buff er[]數(shù)組中。對于主機請求程序在Custom_HID案例的基礎(chǔ)上需要修改usb_desc(．h，．c)中的設(shè)備、配置和報告描述符后由程序內(nèi)部函數(shù)(控制端點中斷的處理函數(shù))使用這些描述符完成USB枚舉過程，修改比較多的是端點描述符和報告描述符，具體修改可以參考文獻。
3．3 PC上位機程序編寫
本設(shè)計的USB HID上位機應(yīng)用程序是在VC2010集成開發(fā)環(huán)境下，利用Windows自帶HID類驅(qū)動的API和PlotLab(一個快速信號繪圖和可視化的VCL組件)開發(fā)的多線程人機交互界面。上位機程序流程圖如圖5所示，上位機程序是MFC的對話框程序，程序的界面負責顯示和接受用戶的輸入，在程序的開始建立了兩個線程和一個多媒體定時器，兩個線程分別為讀數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)服務(wù)，多媒體定時器的中斷為顯示波形服務(wù)。