基于USB HID類(lèi)數據通信的直流電源監控設計

3．1 接口硬件設計
STM32F107X擁有符合USB 2．0(全速12 MB／s)并支持主從設備轉換(On-The-Go)的標準外設，在本設計中USB外設只工作在設備模式下，但在接口硬件設計時(shí)為主機模式留了余地，方便以后設備升級為OTG USB。STM32F107的PA10、PA11和PA12引腳分別對應OTG USB的ID、DM和DP信號線(xiàn)，設計時(shí)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(xiàn)是用于兩個(gè)OTG USB互連時(shí)協(xié)調主從關(guān)系的，另外OTG USB的電源需要是可控的：可以選擇由總線(xiàn)供電又可以由自己供電；所以設計時(shí)USB電源需經(jīng)一個(gè)IO控制的開(kāi)關(guān)(三極管即可)上拉到電源。
3．2 下位機軟件設計
本設計利用ST公司為STM32系列提供的USB固件庫(本設計采用USB-FS Device library V3．3)完成下位機HID類(lèi)程序的編寫(xiě)。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動(dòng)層(STM32_USB-FS_Device_Driver)和應用接口層(Application Interlace layer)，硬件驅動(dòng)層管理USB的硬件設備和USB標準協(xié)議的直接交互，它又由Low Layer和Medium Layer兩個(gè)層組成，應用接口層在最終應用和USB固件庫核心之間為用戶(hù)提供了一個(gè)完整的接口，我們只需要修改和使用應用接口層的的函數即可完成下位機的HID類(lèi)程序編寫(xiě)，整個(gè)固件庫中應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設備描述文件、usb_prop(．h，．c)是USB設備特定屬性設置文件、usb_endp．c是非控制端點(diǎn)的正確傳輸中斷服務(wù)文件、usb_istr(．h，．c)是USB設備中斷處理文件和usb_pwr(．h，．c)是USB設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、主機請求響應和通信數據收發(fā)3個(gè)部分：USB控制器的初始化包括端點(diǎn)的使能、中斷方式、數據緩存的設置等；USB HID類(lèi)設備固件程序至少需要響應獲取描述符(GET_DESCRIPTOR)、設置地址(SET_ADDRESS)、設置配置(SET_CONF IGURAT ION)、設置閑置(Set_Idle)四種請求；通信數據收發(fā)部分的主要工作是以中斷方式向數據緩沖區讀寫(xiě)數據。另外ST公司提供了Custom _HID案例，只需要在此基礎上修改就可實(shí)現本設計的HID類(lèi)。
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)函數使其初始化端點(diǎn)的數據量達到自己的需求。主機請求響應和通信數據收發(fā)本設計都是采用的中斷方式，下位機程序在Stm32f10x_it．c文件內處理下位機所有中斷，USB中斷的情況下程序會(huì )跳轉到usb_istr．c文件中處理所有USB中斷，USB中斷分為端點(diǎn)中斷和非端點(diǎn)中斷，非端點(diǎn)中斷主要包括各種協(xié)議上的中斷(總線(xiàn)掛起、復位、喚醒，幀起始、應答等)，非端點(diǎn)中斷程序將會(huì )跳轉其他文件處理，端點(diǎn)中斷的情況下程序會(huì )跳轉到otgd_fs_int．c文件處理所有端點(diǎn)中斷，端點(diǎn)中斷分為控制端點(diǎn)中斷和其他端點(diǎn)中斷，控制端點(diǎn)主要用于枚舉它的處理程序我們不需要改動(dòng)，我們的數據通信使用的是其他端點(diǎn)中斷，其他端點(diǎn)中斷的情況下程序將跳轉到usb_endp．c文件使用自定義的用戶(hù)處理函數，本設計需要編寫(xiě)這些自定義的用戶(hù)處理函數完成通信數據收發(fā)部分設計，例如如在接受中斷中使用USB_SIL_Read(EP1_OUT，Receive_Buffer)函數可以將端點(diǎn)1(OUT)的數據讀到Receive_Buff er[]數組中。對于主機請求程序在Custom_HID案例的基礎上需要修改usb_desc(．h，．c)中的設備、配置和報告描述符后由程序內部函數(控制端點(diǎn)中斷的處理函數)使用這些描述符完成USB枚舉過(guò)程，修改比較多的是端點(diǎn)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(xiě)
本設計的USB HID上位機應用程序是在VC2010集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下，利用Windows自帶HID類(lèi)驅動(dòng)的API和PlotLab(一個(gè)快速信號繪圖和可視化的VCL組件)開(kāi)發(fā)的多線(xiàn)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(huà)框程序，程序的界面負責顯示和接受用戶(hù)的輸入，在程序的開(kāi)始建立了兩個(gè)線(xiàn)程和一個(gè)多媒體定時(shí)器，兩個(gè)線(xiàn)程分別為讀數據和寫(xiě)數據服務(wù)，多媒體定時(shí)器的中斷為顯示波形服務(wù)。