基于USB HID类数据通信的直流电源监控设计

3．1 接口硬件设计
STM32F107X拥有符合USB 2．0(全速12 MB／s)并支持主从设备转换(On-The-Go)的标准外设，在本设计中USB外设只工作在设备模式下，但在接口硬件设计时为主机模式留了余地，方便以后设备升级为OTG USB。STM32F107的PA10、PA11和PA12引脚分别对应OTG USB的ID、DM和DP信号线，设计时只要连接到USB的接插件即可。OTG USB比其他USB多出的ID信号线是用于两个OTG USB互连时协调主从关系的，另外OTG USB的电源需要是可控的：可以选择由总线供电又可以由自己供电；所以设计时USB电源需经一个IO控制的开关(三极管即可)上拉到电源。
3．2 下位机软件设计
本设计利用ST公司为STM32系列提供的USB固件库(本设计采用USB-FS Device library V3．3)完成下位机HID类程序的编写。USB固件库在下位机中的具体运用方法可参考文献，USB固件库被分为硬件驱动层(STM32_USB-FS_Device_Driver)和应用接口层(Application Interlace layer)，硬件驱动层管理USB的硬件设备和USB标准协议的直接交互，它又由Low Layer和Medium Layer两个层组成，应用接口层在最终应用和USB固件库核心之间为用户提供了一个完整的接口，我们只需要修改和使用应用接口层的的函数即可完成下位机的HID类程序编写，整个固件库中应用接口层的文件及其各自作用：usb_conf．h是配置文件、usb_desc(．h，．c)是USB设备描述文件、usb_prop(．h，．c)是USB设备特定属性设置文件、usb_endp．c是非控制端点的正确传输中断服务文件、usb_istr(．h，．c)是USB设备中断处理文件和usb_pwr(．h，．c)是USB设备电源和连接管理文件。
USB下位机程序分为3部分：USB控制器的初始化、主机请求响应和通信数据收发3个部分：USB控制器的初始化包括端点的使能、中断方式、数据缓存的设置等；USB HID类设备固件程序至少需要响应获取描述符(GET_DESCRIPTOR)、设置地址(SET_ADDRESS)、设置配置(SET_CONF IGURAT ION)、设置闲置(Set_Idle)四种请求；通信数据收发部分的主要工作是以中断方式向数据缓冲区读写数据。另外ST公司提供了Custom _HID案例，只需要在此基础上修改就可实现本设计的HID类。
USB控制器的初始化我们需要修改usb_prop(．h，．c)文件中的CustomHID_Reset(void)函数使其初始化端点的数据量达到自己的需求。主机请求响应和通信数据收发本设计都是采用的中断方式，下位机程序在Stm32f10x_it．c文件内处理下位机所有中断，USB中断的情况下程序会跳转到usb_istr．c文件中处理所有USB中断，USB中断分为端点中断和非端点中断，非端点中断主要包括各种协议上的中断(总线挂起、复位、唤醒，帧起始、应答等)，非端点中断程序将会跳转其他文件处理，端点中断的情况下程序会跳转到otgd_fs_int．c文件处理所有端点中断，端点中断分为控制端点中断和其他端点中断，控制端点主要用于枚举它的处理程序我们不需要改动，我们的数据通信使用的是其他端点中断，其他端点中断的情况下程序将跳转到usb_endp．c文件使用自定义的用户处理函数，本设计需要编写这些自定义的用户处理函数完成通信数据收发部分设计，例如如在接受中断中使用USB_SIL_Read(EP1_OUT，Receive_Buffer)函数可以将端点1(OUT)的数据读到Receive_Buff er[]数组中。对于主机请求程序在Custom_HID案例的基础上需要修改usb_desc(．h，．c)中的设备、配置和报告描述符后由程序内部函数(控制端点中断的处理函数)使用这些描述符完成USB枚举过程，修改比较多的是端点描述符和报告描述符，具体修改可以参考文献。
3．3 PC上位机程序编写
本设计的USB HID上位机应用程序是在VC2010集成开发环境下，利用Windows自带HID类驱动的API和PlotLab(一个快速信号绘图和可视化的VCL组件)开发的多线程人机交互界面。上位机程序流程图如图5所示，上位机程序是MFC的对话框程序，程序的界面负责显示和接受用户的输入，在程序的开始建立了两个线程和一个多媒体定时器，两个线程分别为读数据和写数据服务，多媒体定时器的中断为显示波形服务。