基于USB接口的信号模拟器设计

　
3．1．2 单片机流程控制

MCU负责USB接口芯片FT245R的数据发送接收控制，单片机串口配置及串口接收发送任务。

整个程序的流程分为以下几个步骤：

①单片机和FT245R的初始化，启动看门狗程序。

②对FT245R接收缓冲区有无数据进行判断，若无数据，喂狗；若有数据，转向步骤③。

③对帧信息类型进行判断，若为命令配置帧，则读取FT245R接收缓冲区数据，然后对串口进行配置；若为数据帧，转向步骤④。

④串口数据发送接收采用查询方式，MCU读取FT245R接收缓冲区的1字节，然后通过串口进行发送。

⑤判断串口发送和接收是否完毕，若完成，将接收到的数据写入到FT245R发送缓冲区中；若未完成，喂狗，断续执行⑤。

⑥重复执行②～⑤，直到读出接收缓冲区里的所有数据。

3．2 PC机终端应用程序软件设计

PC机终端应用软件程序的主要目的是实现对USB接口芯片FT245R的接口控制和读写操作，提供友好的人机界面来设置串行通信参数、数据帧格式、帧发送方式等。计算机端有关USB通信的开发不需要了解USB底层驱动，FTDI公司已经以动态链接库的形式封装好了面向功能应用的API函数，开发者可以在多种高级语言中调用，功能强大且灵活方便。

FTDI公司为FT245R芯片提供了2种驱动程序：VCP驱动和D2XX驱动。使用VCP驱动程序，数据传输速率可达300 kb／s；使用D2XX驱动程序，数据传输速率可达1 Mb／s。下面分别介绍基于以上2种驱动的应用软件程序设计。

3．2．1 基于VCP驱动的应用程序设计

在PC机上安装一个由FTDI公司提供的虚拟串行口VCP(Virtual COM Port)驱动程序，它是将USB接口芯片虚拟成操作系统的一个串口通信口，对这一虚拟的串行口的操作等同于对该USB接口设备的操作。应用程序通过调用 Win32 COMM控件的API函数来完成对芯片的读／写操作。

VCP驱动由2部分组成：FTDIBUS和FTSER2K。FTDIBUS完成2个功能：控制虚拟串口的生成，以及与USB接口芯片进行通信。FTSER2K完成对串口的各种操作。

应用软件程序设计可以采用成熟的串行通信控件MSComm来完成对虚拟串口的各种操作。MSComm控件很好地封装了Windows API的串口通信函数，屏蔽了繁琐的通信细节，只需使用控件提供的接口即可。

3．2．2 基于D2XX驱动的应用程序设计

为了获得更快的数据传输速率，本文选择D2XX驱动来进行应用软件程序开发。D2XX驱动包括FTD2XX．DLL、FT2XX．SYS、USB Stack三部分。应用软件程序通过动态链接库文件FTD2XX．DLL可访问驱动程序FTD2XX．SYS的编程接口，进而可以对FT245R芯片进行各种操作。

FTD2XX．DLL提供了丰富的接口函数来对FT245R进行各种操作，主要函数如下：

FT_Open 用于打开USB接口设备

FT_Read 从USB接口芯片中读取数据

FT_Write 向USB接口芯片里写入数据

FT_Close 关闭USB接口设备

FT_SetTimeouts 设置读写FT245R缓冲区的超时时间设计中使用MFC作为计算机终端应用软件的开发平台。程序设计要点如下：

①新建一个工程文件，加载FTD2XX．H文件到工程中，在每一个CPP文件中都要加入头文件FTD2XX．H。在FTD2XX．H文件中可以查看动态链接库(FTD2XX．DLL)提供的接口函数。在新建的类中，用到哪个接口函数，需在该类的头文件中对接口函数进行声明。FTDI公司提供D2XX驱动的安装程序，进行安装后即可在Win-dow32下生成FTD2XX．DLL文件。

②应用程序须首先加载动态链接库文件Ftd2xx．dll，之后才能调用动态链接库的接口函数，对USB接口芯片进行各种操作。加载库命令即LoadLibrary("Ftd2xx．dll")。

③在打开USB接口设备之前，须先关闭USB接口设备。即先执行FT_Close函数，然后执行FT_Open函数。USB接口设备打开后，就可以对芯片缓冲区进行读／写操作。在完成终端应用软件对FR245R芯片的各种操作后，用户可根据不同需求，自行设计通信协议，包括串行通信参数、数据帧格式、数据帧发送方式等。终端应用软件界面如图4所示。


结 语

本文主要讨论了基于USB接口的RS485信号模拟器的软硬件设计。整个信号模拟器已经完成调试，经工程实际测试，终端应用程序运行可靠，信号模拟器数据发送正确无误。这种基于USB接口芯片FT245R的软硬件设计，可应用于其他基于USB接口的信号模拟器和数据采集领域，具有广泛的工程应用前景。

编辑：博子