USB总线在同步相量测量单元中的应用.docVIP

USB总线在同步相量测量单元中的应用摘? 要? 本文提出使用USB总线来进行下位机与上位机之间的数据通讯，以满足同步相量测量单元对数据传输高速率、低延时和高可靠性的要求。这里主要解决的是USB接口驱动程序的问题，通过编写上位机与下位机的硬件驱动程序，实现利用USB接口进行ATMAGE128与上位微机之间数据传输的工作。 ??? 关键词? USB总线；同步相量测量单元；数据通讯；通讯接口 ? 1? 引言 ??? 同步相量测量单元(PMU)测量装置与上位计算机之间的通讯速率普遍较低，不能将测量数据及时传送到上位机进行分析处理，通讯接口已成为整个系统性能提高的一个瓶颈，因此有必要使用一种传输速率、时延、稳定性均能满足同步相量测量数据传输的通用接口。 ??? 采用USB接口作为上位机与下位机的通讯接口方式可以解决这些问题。利用USB接口中断传输速率大，时延小，差错率极低的特点来完成实时相量数据的传输。在USB接口的实际应用中，驱动程序的开发是最为困难的部分，由于USB接口诞生较晚，目前尚未成为多数单片微机的标准设备，还需要使用专门的接口芯片进行连接，用户必须编写相应的驱动程序将数据转化为符合USB系统协议的格式进行传输。 ??? 本文叙述了ATMAGE128单片机使用PDIUSBD12接口芯片完成USB接口数据通讯的过程。通过驱动程序完成对相关硬件设备的操作。该驱动程序完成USB接口的中断传输功能，用户调用通用命令就可以像使用一个普通的存储器一样使用USB接口芯片。该接口实现了各采样点的低延时上传功能，可以在1ms内完成一个工频周期全部采样值的传输。 2? USB系统及其器件选择介绍 2.1? USB体系概述 ??? USB(Universal Serial Bus)是一种通用串行总线，为了实现整个计算机系统中总线的一致性，由COMPAQ/ INTEL/MICRSOFT和NEC等公司共同开发出的一种新的、快速的、双向的、同步传输的并可以热拔插的数据传输总线，简称USB总线。USB总线由以下四个主要部分构成：主机和设备：是指USB系统中的主要构件。物理构成：是指USB元件的连接方法。逻辑构成：不同的USB元件所担当的角色和责任，以及从主机和设备的角度出发USB总线所呈现的结构。客户软件与设备功能接口的关系。 ??? USB总线有四种数据传输方式：控制传输：主要用于主机把命令传给设备以及设备把状态返回给主机。中断传输：用来支持那些偶然需要少量数据通信，但服务时间受限制的设备。批量传输：用来传输大量的数据而没有周期和传输速率的设备上。批量传输方式并不能保证传输的速率，但可以保证传输的可靠性，当出现错误的时候会要求发送方重发。同步传输：以一个恒定的速率进行传输。同步传输的方式的发送和接收方都必须保证传输速率的匹配，不然会造成数据的丢失。 2.2? USB器件简介及应用 ??? 实现USB传输的方法主要有使用接口转换芯片和专用的接口芯片两种。前者就是将USB接口转换为标准的RS232接口使用，在操作方式和传输速度上与RS232接口完全相同。后者则可以实现真正的USB传输，使用USB1.1标准的接口芯片如PDIUSBD12可以达到最高12Mb/s的传输速率，使用USB2.0标准的接口芯片如ISP1581则可以达到480Mb/s的传输速率。如果要使用专用的USB接口芯片就必须编写相应的下位机与上位机驱动程序，由于USB传输不同于串口传输，USB传输的方式都是通过协议规定的数据包来完成的，所以下位机的软件必须实现对接口器件的硬件管理功能，及对协议发出的各种请求作出响应。而上位机驱动程序需完成对接口芯片的枚举、地址分配等工作。 2.3? USB接口在本系统中的作用 ??? USB接口在本系统中用来完成下位机与上位机的通讯，具体就是连接AVR单片机与PC，将下位机采集的数据及一些相关信息传送到PC进行处理。传输的数据包括：电压值(每周期采样64个点，12位数据)。电流值(每周期采样64个点，12位数据)。同步时间信号(取自GPS)。 ??? 上位机在接收到这些信息后将会对其进行描点，故障录波，远程传送等处理。12位的电压电流数据都要经过变换，成为16位数据，占一个字节。每通道1秒钟传输的数据在6KB以上，多个通道合计，接口的传输速率至少要40KB/s，这一要求已经超过RS232接口所能提供的传输速率。如果使用CAN总线进行传输，则硬件设备较为复杂。综合比较后，采用PDIUSBD12作为接口芯片进行数据传输是较合适的选择。采用塑料极小封装的PDIUSBD12可以很容易安置在电路板上。而且对上位机的要求也较为宽松，只要有USB接口的计算机都可以作为本系统的上位机。 3? ATMAGE128单片机 3.1? ATMAGE128单片机介绍 ??? ATMAG