自制便携式虚拟仪器的一种快速实现方法

　　数据采集卡的工作原理：

　　首先，PC机上发出启动数据采集的请求，MAXIM114开始进行信号采样以及模数转换，模数转换后的结果存储到双端口存储器IDT7024 中，IDT7024的存储深度为2K，单片机SST89E564通过轮询计数器54HC4040的BA10位，一旦发现此位变为高电位，便从双端口数据存储器中读出数据，并把数据传给USB接口送往PC机。其中，当双端口存储器IDT7024存满2K个数据时便给计数器54HC4040发出清零信号，从此双端口存储器IDT7024进行下一轮的2K数据存储的过程。USB接口中的数据传输方式有控制传输、中断传输、批量传输和同步传输。根据USB接口芯片 PDIUSBD12的特点，在此，USB数据传输采用非同步的批量传输方式，单片机SST89E564一次只能发送64字节的数据给USB接口芯片 PDIUSBD12。

　　B） 软件设计

　　软件部分的设计分为：数据采集板卡底层固件开发、板卡的驱动程序的开发和上层应用程序的开发。

　　（1）对于带有USB接口的数据采集板卡的固件开发，主要有主循环程序（发送USB请求、处理USB总线事件和自定义功能处理）、硬件提取层程序（对单片机的I/O口、数据总线等硬件接口进行操作）、PDIUSBD12命令接口程序（对PDIUSBD12器件进行操作的模块子程序集）、中断服务程序（当PDIUSBD12向单片机发出中断请求时，读取PDIUSBD12的中断传输来的数据，并设定事件标志和Setup包数据缓冲区传输给主循环程序）和标准请求处理程序（对USB的标准设备请求进行处理）。全部的程序都是用C51编写的，在这不列出具体的程序。

　　（2）在编好了单片机中的固件程序以后，进行USB板卡的驱动程序编写。开发驱动程序的工具有windriver、微软提供的DDK和 Compuware的DriverStudio工具包，我们使用DriverStudio驱动程序开发工具，对于熟悉面向对象编程的软件开发员，DriverStudio是一个良好的驱动开发工具，并且开发时间比较短。DriverStudio工具包中的DriverWorks提供了三个类：KDriver、KPnpDevice和KPnpLowerDevice，这三个类用于实现WDM驱动程序的框架结构。

　　在用到以上类外，开发USB驱动程序还用到了DriverWorks提供的三个用于实现USB设备操作的类：KUsbLowerDevice、 KUsbInterface和KUsbPipe类。其中，KPnpLowerDevice实例代表端点0,允许USB驱动程序通过默认控制管道控制USB 设备，如配置USB设备，传输各种控制和状态请求;KusbInterface类的作用更多是结构上的而非功能上的，其成员函数几乎不与实际物理设备交互作用，驱动程序用这个类获取接口和管道信息;KusbPipe类对应与管道，管道是主机和一个端点的信息连接，这个类用于初始化管道信息和管道操作控制。驱动程序代码在此略。

　　（3）虚拟仪器软面板的开发在LABWINDOWS提供的CVI环境下完成的。这种图形开发环境比其它高级语言（C和VC）开发的图形界面不仅容易而且效果更好。并且这个工具提供了许多信号处理算法的功能模块。用户可以在应用控制面板上自由组合所需要的信号处理功能。能够实现数据处理和信号较正确的实时显示的效果。如果有C或者VC编程基础，可以在较短时间编写出比较完美的所要的应用程序。在这不列写出具体的程序。

　　3. 总论

　　自制便携式虚拟仪器设计已经完成，基本上能满足我们所需的工程项目的测试要求，而且运行良好。证实了一种快速的、经济的和有效的虚拟仪器设计方法。但是在虚拟仪器精度和实时显示功能方面还是有待提高，这是在和大公司的虚拟仪器相比下的不足之处。这些值得我们继续深入钻研的地方。

　　参考文献：

　　[1] 沈兰荪 高速数据采集系统的原理与应用 人民邮电出版社，1995

　　[2] 邱寄帆 虚拟数字存储示波器高速数据采集卡的设计与实现 电测与仪表，2001年第6期

　　[3] 张风均等 LabWindows/CVI 开发入门和进阶 .北京:北京航空航天大学出版社，2001

　　[4] Walter Oney Programming the Windows Driver Model MicroSoft Press ，1999