USB系统范文

USB系统范文（精选12篇）

USB系统 第1篇

电脑公司安装操作系统的方法

第一种是利用光盘来安装。该方法首先要准备好一张带有引导功能的光盘, 可以去, 也可以到网上下载系统安装盘的ISO文件, 然后用刻录机把这个ISO文件刻成一张具有引导功能的系统盘。

第二种是利用U盘来安装。该方法就是要准备好一个U盘, 并把它做成一个带有系统引导功能的U盘, 然后把扩展名为.GHO的系统ghost文件复制到U盘中。具体的操作将在下文中详细介绍。

利用USB启动盘来安装操作系统的好处

利用光盘来安装操作系统的缺点:1、光盘的读写速度比U盘要慢;2、光盘很容易损坏, 当光盘表面磨损后可能会导致读盘错误;3、光盘体积大, 携带不方便。

USB启动盘的优点:1、U盘读写速度相对比较快;2、U盘一般不太容易损坏;3、U盘体积小, 携带方便。

如何制作USB启动盘

目前, 用于制作U盘启动盘的工具软件很多, 我将以电脑店U盘启动盘制作工具V3.3版本为例, 来介绍一下如何制作USB启动盘。

1从电脑店U盘工具官方网站http://u.diannaodian.com下载电脑店U盘启动盘制作工具V3.3。

2下载完成之后Windows XP系统下直接双击运行即可, Windows Vista或Windows7/8系统请右键点以管理员身份运行。

3打开主程序, 插入你的U盘, 在磁盘列表里会自动列出当前电脑中所有的可移动磁盘的盘符、型号、容量等信息。

4选择你要制作启动盘的U盘, 启动模式USB-HDD或USB-ZIP可选, 默认采用USB-HDD模式。

5点击“一键制作启动盘”按钮, 程序会提示是否继续, 确认所选U盘无重要数据后点“是”开始制作。

6制作过程中不要进行其它操作以免造成制作失败, 整个制作过程是全自动的, 只需耐心等待即可。

7制作完成后, 会在U盘自动生成“GHO”和“我的工具”两个文件夹, 把需要的系统文件 (GHOST版的ISO或者GHO格式都可支持) 放置在“GHO”文件夹;

设置从U盘启动

整个U盘启动里最关键的一步就是设置U盘启动了, 总的来讲, 设置电脑从U盘启动一共有两种方法, 第一种是进Bios然后设置U盘为第一启动项。第二种是利用某些电脑现成的启动项按键来选择U盘启动。下面分情况介绍:

方法一、利用按键选择U盘启动:开机的时候在键盘上按某些功能键 (一般按ESC、F8、F9、F10、F11、F12等) , 会出现启动项选择界面, 从中我们可以选择电脑从什么介质启动, 一般可供选择的有光驱、硬盘、网络、可移动磁盘 (U盘) 。还有一些电脑是没有热键选择启动项功能的, 对于这种电脑只能通过下面的第二种方法来设置了。

方法二:这种方法没有统一的步骤, 因为某些BIOS版本不同设置也不同, 总的来说方法二也分两种:

一种是没有硬盘启动优先级“Hard Disk Boot Priority”选项的情况, 直接在第一启动设备“First boot device”里面选择从U盘启动;

另一种是存在硬盘启动优先级“Hard Disk Boot Priority”选项的情况, 必须在这里选择U盘为优先启动的设备, ;然后, 再在第一启动设备“First Boot Device”里面选择从硬盘“Hard Disk”或者从U盘启动。

如何利用USB启动盘来安装操作系统

1一键全自动安装操作系统

1.1按照前面所说先用U盘启动盘引导启动计算机, 选择第一项进入WINPE系统。

1.2进入PE桌面后会自动搜索U盘是否存在名为GHO的文件夹, 如果存在继续检测此GHO文件夹下GHO和ISO镜像文件, 然后程序弹出主界面提示进行选择安装, 安装完毕会自动提示重启。

1.3如果想使用本地硬盘的GHO文件进行系统恢复, 可以点击程序主界面上的更多按钮进行浏览和选择。

简单的总结说明一下:如果想使用自动安装功能, 在U盘根目录建立一个名为GHO的文件夹, 然后在其中放置gho/iso文件, 可以自定义名称。

2手动安装操作系统

2.1用U盘启动盘引导启动计算机, 选择第1项进入WINPE系统。

2.2运行“手动GHOST”程序, 选择“Local”→“Partition”→“From Image”;

USB设备全控制 系统安全乐无忧 第2篇

1、过滤USB存储设备

USB存储设备安全专家能阻止所有的USB存储设备。进入软件主界面后，依次执行“USB存储安全设置/安全设置”操作，随后将“USB读写默模式”选择为“阻止”(如图1)。现在开始你的系统将完全阻止USB设备的使用。如果选择“只读”的话，系统可以识别设备，单只能对其进行读操作。除了USB设备之外，软件还能对其他非标准USB设备进行设置(只需在相关区域设置即可)。

小贴士：第一次启动需要输入密码，默认为111111，进入软件之后可以在“USB安全设置-修改密码”中重新设定自己的密码。

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分享到2、启动标识功能

直接禁止USB设备虽然简单而有效，但如果你自己要经常使用USB设备，那就显得有些麻烦了，需要不断的进行来回设置是否启用过滤功能。其实USB存储设备安全专家已经替我们想到了该问题，其提供了一项安全标识功能，

启动该功能之后，你自己的USB存储设备就能如平常一样使用，而其他用户的USB设备照样被禁止。

写入标识：进入“USB存储安全设置/高级设置”，此事你将在“系统中的存储设备”列表框中看到当前系统中已接入的所有存储设备的详细信息。随后，选择需要放行的USB设备，并右键点击执行“写入USSE安全标识”(图2)，这样就成功完成存储设备标识的写入。

启用标识：执行完写入操作之后，直接点击“添加选定的标识到列表中”即可。现在，你就能在“USB安全标识设置”中看到刚才写入的标识。

小贴士：写入的标识可以导出单独保存备份，以便日后不时之需。直接执行“USB安全标识设置”处的“导出标识”即可，要想导入标识的话，则点击“导入标识”。

3、设置为加密盘

很多用户可能会出现USB存储设备丢失(或被偷窃)，这就产生了数据或个人隐私可能被泄露的问题。USB安全存储专家为此提供了一个加密盘功能，可使USB存储设备处于不可使用状态(如U盘设备显示没有格式化，移动硬盘找不到分区等)。依旧在“USB存储安全设置/高级设置”的“系统中的存储设备”列表中选择需要加密的盘符，随后执行右键菜单中的“设置为加密盘”(图3)。接着按软件提示依次操作即可。

小贴士：由于设置加密的过程中会要求用户格式化，所以一定要将数据备份后再操作!

如果你正在为USB设备所带来的安全问题而烦恼，那么相信USB存储设备安全专家的以上措施定能满足你对USB存储设备的有效控制。

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USB系统 第3篇

改造优盘成USB启动盘

要将一只普通的优盘改造成合格的USB启动盘，需要做好大量的准备工作。首先要从网上下载适合优盘的专用系统制作安装压缩包，这里使用的压缩包程序叫“一键GHOST优盘版”安装包，将该压缩包临时解压之后，获得两个主要文件，一个文件是exe格式的可执行文件，该文件是专门用来安装外壳的，另外一个是img格式的系统映像文件，该文件到时需要通过专业工具写入优盘。此外，需要从网上下载得到UltraIs。刻录程序，该程序主要是用来将之前获得的img格式的系统映像文件刻录到优盘中。完成上面的各项准备工作之后，现在就能将一只空优盘改造成USB启动盘了。

首先要执行优盘初始化操作，确保USB启动盘日后可以获得不错的系统引导成功率。在对优盘进行格式化操作时，可以先将空白的优盘插入到本地系统中，打开“我的电脑”窗口，从其后弹出窗口中找到优盘对应图标，用鼠标右键单击该图标，从弹出的快捷菜单中执行“格式化”命令，打开如图1所示的格式化设置界面；将文件系统格式选择为“FAT32”，同时取消“快速格式化”选项的选中状态，其他参数保持默认设置，单击“开始”按钮，这样Windows系统会自动对优盘执行低级格式化操作。当然，需要提醒各位注意的是，如果优盘中保存有数据信息，最好在进行格式化操作之前，对优盘中的数据信息执行备份操作。

其次需要将DOS引导文件刻录到优盘中，保证优盘可以顺利引导计算机系统。大家知道，DOS引导文件包括msdos.sys、command.com、i0.sys等三个文件，而这些文件都已经被集成到之前获得的img格式系统映像文件中，我们现在只要使用UltralSO刻录程序将这个系统映像文件

刻录到优盘中，优盘就能具有引导系统的功能了。在刻录引导文件时，先启动运行UltraISO刻录程序(如图2所示)，在对应程序界面中将之前获得的系统映像文件导入进来，再点选该界面启动莱单下的“写入硬盘映像”命令，弹出映像文件刻录界面，在这里需要选中“USB-HDD”刻录模式，之后单击“写入”按钮，UltralSO刻录程序就能自动将DOS内核程序刻录到优盘中了。

第三要将外壳程序安装到优盘中，保证优盘支持系统还原功能。单纯的USB启动盘功能不是很强大，只能简单地引导系统，为此我们需要对优盘进行更进一步的改造，其中一项很重要的改造就是让系统还原功能集成到优盘中。要做到这一点，我们只要双击先前获得的exe格式可执行外壳文件，该文件会自动搜索出插入到本地系统中的所有优盘，同时弹出安装文件向导对话框，在这里必须将USB启动盘选中，确保安装文件能够直接复制到USB启动盘中，之后按照默认设置完成剩余安装操作，这样一来USB启动盘日后就具有GHOST系统还原功能了。

第四将其他常用功能集成到优盘中，让USB启动盘成为万能盘。大家知道，当系统发生突然崩溃现象时，很多用户都会选用WinPE系统，来将计算机启动到模拟系统状态，在该状态下将硬盘中的重要数据文件转移到其他安全位置；如果想让自己的USB启动盘也具有这样的功能时，我们可以从网上下载获得USB—H DD-WinPE系统压缩包程序，对该压缩包程序进行临时解压之后，将所有文件拷贝到USB启动盘的根目录下面，当然在拷贝文件的过程中，一定不能将之前刻录的DOS内核文件覆盖掉，否则USB启动盘日后就不能成功引导计算机系统了。在完成文件拷贝任务之后，我们会发现USB启动盘根目录下面存在一个“grub.exe”的可执行文件，通过该文件USB启动盘就能将系统引导到WinPE系统界面了。

另外，不少用户常常会忘记系统登录密码，那么能不能将这种常见的系统登录密码破解功能，也集成到自己的USB启动盘中呢?答案是肯定的!大家只要从网上下载得到DOSPAS$32具的压缩包，并将其中的dospass.exe文件直接拷贝到USB启动盘根目录下面，那么USB启动盘日后就能具有破解系统登录密码的功能了。

经过上面的改造之后，一只普通的优盘就会被成功改造成具有引导系统、破解登录密码、恢复还原系统、进入WinPE系统等多种功能的USB启动盘了，善于使用这只全能的优盘，可以大大提升系统控制的灵活性。

设置系统支持usB启动

在制作成功USB启动盘后，用户还需要对计算机系统的BIOS参数进行适当设置，以便让系统支持USB启动方式，从而保itl!USB启动盘能够有用武之地。在进行这种设置操作时，只要重新启动系统，在启动过程中及时按下类f以DEl的功能键(不同品牌的计算机，进入BIOs配置界面的切换方式不同)，进入BIOS配置界面，从中找到系统启动选项，将其设置成为“USB-HDD”启动模式，再保存好设置操作，这样一来用户日后插入自己改造的USB启动盘后，系统启动成功后的画面应该是“C：＼>”或“A：＼>”，如图3所示。

当然，也有一些品牌的计算机，不需要设置BIOS参数，就能让系统支持USB启动盘了；例如，类似IBM之类的笔记本电脑，大家只要在系统启动的过程中，及时按下F12功能键，就能切换到系统启动选项莱单，在这里用户只要选择通过优盘启动系统就可以了。不过，需要提醒各位朋友注意的是，要想让计算机系统支持USB启动盘，前提是对应系统的主板事先已经集成了USB启动功能。

善用启盘动控制系统

转移重要数据

朋友有一台IBM品牌的笔记本电脑，由于操作不当，意外出现了蓝屏现象，多次尝试硬关机来重新启动系统时，蓝屏现象仍然无法消失。由于这台电脑的系统分区中还保存有重要的数据资料，如果直接使用Windowsg统安装光盘重新安装系统的话，可能会造成这些重要数据信息的丢失，那么此时我们该如何才能将这些重要的数据信息安全转移出

来呢?

很简单，我们只要使用前面制作好的USB启动盘重新启动系统，将系统切换到DOS命令行状态，在命令行提示符下执行与WinPE系统有关的“grub.exe”命令，弹出WinPE系统引导莱单，在这里选择标准PC模式启动选项，这样笔记本电脑就被启动到模拟Windows系统界面，在该界面中，我们可以将系统分区中的重要数据拷贝到其他分区，或者转移到移动硬盘中，从而保证了重要数据信息的安全。

快速还原系统

笔者在管理、维护局域网的时候，曾经遇到一台老式的笔记本电脑由于遭遇病毒攻击，无法正常启动的现象；为了恢复该电脑的上网状态，笔者尝试利用该电脑自带的光驱设备，来重新安装GhostN本的Windows操作系统，可是操作几次，发现该光驱设备由于工作时间较长，发生了激光头老化现象，无论什么样的光盘都不能被光驱设备识别。

不得已，笔者只好使用自己手中的USB启动盘，来重新启动这台老式电脑，可是初次启动没有成功。后来，经过仔细检查发现，默认状态下该系统没有启用USB启动功能；于是再次启动系统，切换进入到系统的BIOS参数配置界面，将系统引导模式选择为“USB-HDD”模式(如图4所示)，再保存好设置退出BIOS配置界面，这次旧电脑果然可以通过USB启动盘正常启动了；之后，笔者又通过USB启动盘中的GHOST系统还原功能，快速地将旧电脑系统还原到了正常的工作状态，从而有效地提高了系统维护效率。

破解登录密码

某单位领导由于经常出差在外，平时使用电脑的次数很少，以至于有一天他想上网接收邮件时，发现自己无法登录系统了。笔者赶到故障现场，了解了故障现象后，发现是领导同志忘记了自己的系统登录密码，从而无法进入系统进行上网。虽然重新安装系统可以解决问题，但是这种办法需要耗费很长时间，那么能否快速地将遗忘的系统登录密码删除掉呢?很简单!笔者将自己的万能USB启动盘，插入到领导的电脑系统中，重新启动计算机系统，进入DOS命令行状态，并在该状态下直接执行集成在启动盘中的“dPosass.exe”命令，弹出如图5所示的破解界面，选择“1”或“2”选项，这样一来领导电脑中的所有账号信息全部被自动清除了，日后领导不需要输入登录密码，就能进入到自己的电脑系统中了。最后的总结

USB系统 第4篇

电脑公司安装操作系统的方法

第一种是利用光盘来安装。该方法首先要准备好一张带有引导功能的光盘,可以去,也可以到网上下载系统安装盘的ISO文件,然后用刻录机把这个ISO文件刻成一张具有引导功能的系统盘。

第二种是利用U盘来安装。该方法就是要准备好一个U盘,并把它做成一个带有系统引导功能的U盘,然后把扩展名为.GHO的系统ghost文件复制到U盘中。具体的操作将在下文中详细介绍。

利用USB启动盘来安装操作系统的好处

利用光盘来安装操作系统的缺点:1、光盘的读写速度比U盘要慢;2、光盘很容易损坏,当光盘表面磨损后可能会导致读盘错误;3、光盘体积大,携带不方便。

USB启动盘的优点:1、U盘读写速度相对比较快;2、U盘一般不太容易损坏;3、U盘体积小,携带方便。

如何制作USB启动盘

目前,用于制作U盘启动盘的工具软件很多,我将以电脑店U盘启动盘制作工具V3.3版本为例,来介绍一下如何制作USB启动盘。

1从电脑店U盘工具官方网站http://u.diannaodian.com下载电脑店U盘启动盘制作工具V3.3。

2下载完成之后Windows XP系统下直接双击运行即可,Windows Vista或Windows7/8系统请右键点以管理员身份运行。

3打开主程序,插入你的U盘,在磁盘列表里会自动列出当前电脑中所有的可移动磁盘的盘符、型号、容量等信息。

4选择你要制作启动盘的U盘,启动模式USB-HDD或USB-ZIP可选,默认采用USB-HDD模式。

5点击“一键制作启动盘”按钮,程序会提示是否继续,确认所选U盘无重要数据后点“是”开始制作。

6制作过程中不要进行其它操作以免造成制作失败,整个制作过程是全自动的,只需耐心等待即可。

7制作完成后,会在U盘自动生成“GHO”和“我的工具”两个文件夹,把需要的系统文件(GHOST版的ISO或者GHO格式都可支持)放置在“GHO”文件夹;

设置从U盘启动

整个U盘启动里最关键的一步就是设置U盘启动了,总的来讲,设置电脑从U盘启动一共有两种方法,第一种是进Bios然后设置U盘为第一启动项。第二种是利用某些电脑现成的启动项按键来选择U盘启动。下面分情况介绍:

方法一、利用按键选择U盘启动:开机的时候在键盘上按某些功能键(一般按ESC、F8、F9、F10、F11、F12等),会出现启动项选择界面,从中我们可以选择电脑从什么介质启动,一般可供选择的有光驱、硬盘、网络、可移动磁盘(U盘)。还有一些电脑是没有热键选择启动项功能的,对于这种电脑只能通过下面的第二种方法来设置了。

方法二:这种方法没有统一的步骤,因为某些BIOS版本不同设置也不同,总的来说方法二也分两种:

一种是没有硬盘启动优先级“Hard Disk Boot Priority”选项的情况,直接在第一启动设备“First boot device”里面选择从U盘启动;

另一种是存在硬盘启动优先级“Hard Disk Boot Priority”选项的情况,必须在这里选择U盘为优先启动的设备,;然后,再在第一启动设备“First Boot Device”里面选择从硬盘“Hard Disk”或者从U盘启动。

如何利用USB启动盘来安装操作系统

1一键全自动安装操作系统

1.1按照前面所说先用U盘启动盘引导启动计算机,选择第一项进入WINPE系统。

1.2进入PE桌面后会自动搜索U盘是否存在名为GHO的文件夹,如果存在继续检测此GHO文件夹下GHO和ISO镜像文件,然后程序弹出主界面提示进行选择安装,安装完毕会自动提示重启。

1.3如果想使用本地硬盘的GHO文件进行系统恢复,可以点击程序主界面上的更多按钮进行浏览和选择。

简单的总结说明一下:如果想使用自动安装功能,在U盘根目录建立一个名为GHO的文件夹,然后在其中放置gho/iso文件,可以自定义名称。

2手动安装操作系统

2.1用U盘启动盘引导启动计算机,选择第1项进入WINPE系统。

2.2运行“手动GHOST”程序,选择“Local”→“Partition”→“From Image”;

USB系统 第5篇

1.1 USB摄像头驱动的一般编写方法

摄像头属于视频类设备。在目前的Linux核心中，视频部分的标准是Video for Linux(简称V4L)。这个标准其实定义了一套接口，内核、驱动、应用程序以这个接口为标准进行交流。目前的V4L涵盖了视、音频流捕捉及处理等内容，USB摄像头也属于它支持的范畴。

因此，USB摄像头的驱动应当与内核提供的视频驱动挂钩。即首先在驱动中声明一个video_device结构，并为其指定文件操作函数指针数组.fops，向系统注册。在应用程序发出文件操作的相关命令时，核心根据这些指针调用相应函数，并将该结构作为参数传递给它们。这样，就完成了驱动和核心之间的通信。例如：(本网网收集整理)

static struct video_device vdev_template={};

//声明video_device，指出挂接驱动

static struct file_operations ov511_fops={};

//声明本驱动的文件操作函数指针

struct video_device*vdev=video_devdata(file);

//从文件指针中提取出video_device结构

在video_device结构中，有一个私有指针priv，可以将它指向一块保留内存。在这块内存中，保存着本驱动、本设备的相关初始化信息。这块内存的申请、初始化、指针指向等工作都是在USB驱动的枚举函数.probe中完成。这样，在枚举函数将控制权返还给系统后，因为内核不销毁保留内存，所以驱动仍然保留着自己的信息。这点与Windows系统中WDM驱动有异曲同工之处。当然，在驱动卸载函数中，应当将申请的各块内存全部释放。

1.2 使用双URB轮流通信

众所周知，USBl.1总线标准定义了控制、中断、批量、等时等四种管道。对于时间性极强但是准确度要求不高的视频捕捉应用来说，摄像头应当使用等时传输方式。为了尽可能快地得到图像数据，应当在URB中指定USB_ISO_ASAP标志。

urb->transfer_flags=USB_ISO_ASAP;//尽可能快地发出本URB

Linux系统中任何USB传输都通过URB实现。为提高速度，可以考虑扩大URB的`缓冲，这样可以降低每个USB事务中握手信息所占比例，提高有效数据的传输速度。但是受限于总线带宽和具体的USB设备芯片，单纯扩大URB的缓冲不能无限制地解决问题。具体分析一下USB传输在操作系统中的实现：每次传输都要包括URB的建立、发出、回收、数据整理等阶段，这些时间不产生有效数据。因此可以建立两个URB，在等待一个URB被回收时，也就是图像正在被传感器采集时，处理、初始化另一个URB，并在回收后立刻将其发出。两个URB交替使用，大大减少了额外时间。工作流程如图1所示。

这个过程是在URB的完成例程中实现的，有两点需要注意：首先处理再次初始化的代码时间不能长，否则会造成完成例程的重人，如果确实来不及，可以在完成例程中设定标志，例如“数据采集好”旗语，由应用程序使用阻塞ioctl()来查询该旗语并做处理;其次由于CPU可能会在完成例程中停留较长时间，系统负担较大，可以在.open函数中初始化两个URB并将其发出，有限度地减轻系统负担。

1.3 使用双帧缓冲提高效率

Linux系统中，文件操作通常是由read、write等系统调用来完成。这些系统调用在驱动中的解决方法就是用copy_to_u

ser()、copy_from_user()等函数在核态、户态内存空间中互相拷贝。但是对于大批量的图像数据，采用拷贝的方法显然会增加时间开销，因此用内存映射的方法解决。首先使用vmalloc()申请足够大的核态内存，将其作为图像数据缓冲空间，两个URB带回的图像数据在这里暂存;然后使用remap_page_range()函数将其逐页映射到用户空间中。户态的图像处理程序使用mmap()函数，直接读写核态图像缓冲内存，大大减少额外开销。

图2

图像数据的处理可能要花费比较长的时间，不同的算法对于数据保留时间的要求也不一样。因此可以申请两帧图像缓冲，在处理一帧图像的同时，将两个URB带回的数据全部填充到另一帧缓冲中，这样可以免去时间冲突上的麻烦。

值得注意的是：这种方法要求时刻持有当前帧的序号、每一帧的起始地址等信息，不能将两帧图像混淆。这些信息可以保存在保留内存中，当前帧的数据整理、序号改变在URB完成例程中实现。

2 V4L标准的改进

V4L标准目前已经发展到第二版V4L2，其基本思路与V4L相同。

2.1 标准分析

根据V4L标准，户态程序在需要一帧图像时，CPU的走向如图2。CPU按照123456的顺序完成一个循环。在这里，有一个细节被忽略：在完成例程中，也就是图2中步骤6，该URB被立刻发出，但是由于这时用户程序正在阻塞等待，没办法再次提出获得图像的申请，因此在判断有无新请求时，判断的结果必然是当前无请求，导致下一个URB带回的数据被驱动丢弃;由于核态、户态的切换需要一定的时间，加上户态多进程同步等开销，等到应用程序能够再次发出获得一副图像的申请时，已经有不止一个URB带回的数据被丢弃掉，这些URB包含的数据正好是新一帧图像的开始部分。因此驱动必须等到再下一帧图像才能保存数据、缓冲。这样凭白损失了一帧图像，帧速最少下降一半。

2.2 改进思路：不间断采集

为了解决这个问题，可以改进V4L标准作，使其增加新的功能：通过新的参数，让ioetl()函数通知驱动不间断采集、缓冲图像数据，轮流保存在两帧缓冲区中，并在一帧图像采集好后，设定“图像采集好”旗语。户态程序只需要发出一次“获得图像”请求，就可以通过阻塞等待该旗语，不断获得图像。在采集结束后，再次通过新的参数，让驱动停止缓冲即可。CPU工作流程图如图3。

图3

注意到图2、图3，两种“判断有无新请求”的不同，即可发现新方法假定一直有请求，因此不丢弃每个URB带回的数据，轮流保存在两个帧缓冲内。

V4L已经作为约定俗成的标准被内核支持，因此如果使用全新的参数，工作量将相当巨大，并且不能和现有的应用程序兼容。考虑到现有的图像采集应用程序使用VIDIOCMCAPTURE作为参数，并提供帧序号，要求驱动将图像保存到指定序号的帧缓冲内。由于驱动通常仅仅提供几帧缓冲，因此该序号不会大于某个数字，如10。因此可以继续使用VIDIOCMCAPTURE参数，搭配较大的序号来表示新增的功能，例如用10000和10001来分别表示开始和停止缓冲图像数据的要求。驱动在收到VIDIOCMCAPTURE要求后，检查这个序号。如果小于10000，则按照正常的方法处理，否则按照改进方法。这种思路可以有效解决兼容性问题。

2.3 实验结果

USB系统 第6篇

关键词：综合自动化；串口通讯；USB

变电站综合自动化系统的稳定运行及维护水平的高低对整个电力系统的安全运行起着至关重要的作用，而在该系统中计算机串口承担着与各种智能设备的通讯、与后台监控机以及调度端通讯等多种任务，在串口通讯中断的情况下如何能快速恢复通讯保证综自系统的正常运行就非常重要。

一、运行维护中的问题

从上面的分析可以看出计算机串口在监控系统中起着非常重要的作用，但是经过这几年的应用发现计算机串口由于其工作电压低，并且都是与其它智能设备相连，外部的强电如果窜入就会烧毁串口，有时也可能因为传输距离远串口工作电源不稳而影响传输质量，特别是现在大量使用的FDK系统投运时间过长，随着后台监控机因老化严重，给维护带来很大工作量，因此六个采用FDK监控系统的110kV变电站近年实行了逐步更换监控机的计划，在更换的过程中我们发现：计算机一般只有一个串口，如果主板自带一个扩展串口也只有两个，不能满足数据采集的需要。以前使用的扩展串口卡是ISA插槽的，而目前的计算机主流主板都采用了更为先进的PCI扩展插槽没有ISA插槽了，如果再配置一块MOXA/PCI扩展卡则存在着以下诸多问题：

（一）一块MOXA/PCI扩展卡购买需要一千元多元，而现在一台电脑主机也才四千元，相比而言扩展卡费用太高，太贵。

（二）如果我们依旧使用原有的ISA插槽的扩展卡，则必须使用带ISA插槽的主板也就是非主流主板，肯定会为今后的维护带来麻烦，也是不可取的。

（三）由于串口扩展卡是计算机专用板卡，一般只有工业上才会使用，所以宜昌卖电脑配件的商店都没有现货，只有从武汉或其它地方调货，但一般时间都很长，曾经有一次花了一个多月才到，致使监控系统后台机与保护装置的通讯也中断了一个月，影响了系统的稳定运行。

（四）串口扩展卡的驱动及说明书使用的都是英文，安装过程中又有许多选项，只要有一项选错就会使扩展卡不能正常工作，如果是没有接触过的人来安装就会很麻烦。

（五）现在监控系统主机都有许多数据线与外部连接，如果要更换扩展卡的话就要拆除所有数据线打开机箱才能更换，非常不方便，而且这些数据线如果恢复时有错或接触不良造成通讯不上后果就更严重。

二、寻找解决方案并实施

针对这种情况，我们对计算机的硬件配置进行了仔细研究发现现在的计算机主机一般都配有较多USB口，而且这些USB口的使用率也很低，如果我们能够充分利用这些USB口把它转换成串口则可以轻松解决上述问题：

（一）一根USB转串口线只需要几十元，费用要比专用的扩展卡便宜了许多，而且又使计算机硬件资源得到了充分的利用。

（二）USB转串口的驱动都是中文说明，驱动安装起来简单方便。

（三）安装USB转串口线时也不需要拆除计算机，只需要把USB線往计算机USB端口上一插就行，免除了拆除计算机的麻烦。

（四）USB转串口线现在使用的比较普遍，卖电脑配件的商店都有出售，如果再有损坏更换起来也可以保证快速性，保障系统能够在最短的时间内恢复运行。

（五）USB转串口的通讯传输速率现在已经可以达到1Mbps，而现在系统使用的串口的通讯传传输速率最高才是9600bps，因此USB转串口可以充分的满足现有系统的传输要求。

这种新方式的可行性在实践中得到了验证，首先这种新方式的是大公桥变电站，在完成新机器的系统重装后，配合全站预试工作，经过调试系统恢复正常运行，效果很令人满意。随后，宝塔河、伍家岗、茶庵子相继完成了更换工作。

南瑞的RCS9600系统中只需两个串口，因此我们选用了主板另带一个扩展串口的机型，可以满足运行需要，但是在运行过程中发现因机器性能差别或通讯距离较远造成的串口发送电平不够而导致通讯异常的问题，因为没有备用串口又不能因为一个串口问题就更换监控机而导致问题无法解决，所以这次利用USB转串口的经验也成功解决了这个难题。

四方、许继公司的数据采集装置与后台监控机之间采用了网络通讯方式，但是在南瑞、四方、许继三个公司的远动系统中还是采用了工控机ISA扩展串口来实现与GPS对时及与调度之间的通讯，前几个站换下来的ISA扩展串口卡没有损坏完全可以作为这些系统的备件，一旦有损坏情况发生可以减少购买备件这个花费时间最长的环节，能使远动系统在最短时间内恢复正常运行。

三、结束语

这次成功的创新，既降低了后台监控机的配置费用，降低了维护费用，对综自站来说USB口成为系统所需串口的很好的备件，远动系统若有更换需要也不用另外购买串口卡，特别是还大大提高了异常处理的效率，为系统安全稳定运行提供了可靠的技术支持，真可谓一举三得。

参考文献：

[1]史素华.无人值班变电站综合自动化系统研究[D].华北电力大学（北京），2007.

基于USB的矿井气体检测系统 第7篇

关键词：矿井,气体,自动检测,USB,ARM,实时显示

0 引言

长期以来, 我国煤矿安全事故频频发生, 原因之一是煤矿安全检测系统不可靠。井下CH4、CO、H2S、O2等气体浓度是煤矿安全检测的关键参数, 对相应气体传感器的准确度和精度要求非常高。然而, 目前我国煤矿中使用的气体传感器的校验和分析大多采用纯手工操作, 原始数据量大, 校验时间长, 往往给煤矿安全带来很大隐患。基于此, 笔者采用目前流行的USB接口技术设计了一种矿井气体检测系统, 可实现井下气体的数据采集、存储及传输功能, 并可在上位机上实时显示。

1 硬件设计

1.1 系统结构

本系统分为下位机和上位机2个部分。下位机负责数据采集及转换, 并通过核心微处理芯片S3C44B0X进行数据存储、处理以及打印输出和液晶显示。上位机 (PC) 通过USB接口接收下位机传来的数据, 并以各种图形界面的形式显示。系统硬件可分为数据采集及A/D转换电路、微处理芯片S3C44B0X及外围电路、USB接口电路这3个部分, 如图1所示。

本系统采用韩国三星半导体公司生产的基于ARM920T内核的S3C44B0X作为中央处理芯片。S3C44B0X集成了64 M SDRAM、64 M NAND FLASH、1 M NOR FLASH以及1个LCD控制器, 支持STN和TFT液晶显示屏, 具有2个USB主机接口、1个USB设备接口等外围资源。

USB处理芯片采用CYPRESS公司生产的EZ-USB FX2系列芯片CY7C68013。CY7C68013支持12 Mbps全速传输和480 Mbps的高速传输, 内部包括USB2.0收发器、串行接口引擎 (SIE) 、增强型8051、8.5 KB的RAM、4 KB的FIFO存储器以及1个通用可编程接口 (GPIF) 等资源。

1.2 硬件接口电路

本系统硬件接口电路如图2所示。

A/D转换芯片ADC0809采集8路模拟量。S3C44B0X将转换后的数据存储于K9F1208UDMYC80中, 并对数据进行分析处理后通过CY7C68013传输至上位机。USBCONNECTOR起连接线的作用。

2 软件设计

2.1 USB固件程序

USB固件程序负责USB设备软件系统的运行以及处理上位机发来的各种USB标准请求, 以完成它们之间的数据传输任务。CY7C68013的固件程序可基于固件框架:首先初始化内部状态变量, 调用初始化函数TD_Init () , 初始化USB接口并使能中断, 然后每隔1 s进行1次设备重枚举, 直到端点0接收到1个SETUP包, 接下来框架将开始交互的任务调度, 其步骤:

(1) 调用用户函数TD_Poll () , 实现USB外设的主要功能;

(2) 判断是否有USB标准请求等待处理, 如果有, 则分析该请求并响应;

(3) 判断是否收到USB挂起信号。如果收到, 则调用用户函数TD_Suspend () , 若该函数返回值为TRUE, 再检测是否有USB唤醒事件, 如果没有, 则处理器进入挂起状态, 否则调用用户函数TD_Resume () , 程序继续运行;如果TD_Suspend () 函数返回值为FALSE, 则程序继续运行。

2.2 USB驱动程序

USB驱动程序是连接上位机系统软件与下层USB固件程序的桥梁。目前USB驱动程序的开发大多遵循WDM (Windows Driver Model) 方式, 采用Driver Studio软件编写, 主要包括以下部分:

(1) 驱动程序入口例程:处理驱动程序的初始化, 通过调用DriverEntry () 函数实现。

(2) 即插即用例程:处理PnP设备的添加、删除和停止, 通过调用TestAddDevice () 和TestPnpIrp () 函数实现。

(3) 分发例程:处理用户应用程序发出的各种I/O请求, 通过调用TestCreate () 、TestClose () 、TestRead () 、TestCreateWrite () 、TestIOCTL () 等函数实现。

(4) 卸载例程:处理驱动程序的卸载, 通过调用TestDrvUnload () 函数实现。

2.3 上位机应用程序

上位机应用程序采用Visual C++6.0语言编写, 主要负责读取从USB传输过来的数据, 并根据这些实时数据在屏幕上动态显示气体传感器的各种相关参数, 一旦发现不合格参数, 立即显示报警画面, 并且保存数据。系统还可以根据客户要求保存历史数据及打印数据。上位机应用程序主要包括:

(1) 监测界面模块:显示气体传感器各种相关参数。

(2) 数据处理模块:主要完成各种参数计算、报警设置等。

(3) 报警系统模块:当系统报警时, 系统自动显示报警画面。

(4) 趋势走线模块:提供历史数据趋势分析, 以趋势曲线方式显示数据。

3 结语

基于USB的矿井气体检测系统采用ARM芯片S3C44B0X和USB2.0接口控制芯片CY7C68013, 实现了井下气体的数据采集、存储和传输功能, 并可在上位机实时显示。该系统已在煤矿安全监测系统中试运行, 结果表明, 该系统数据处理速度快, 方便可靠, 实时性好。

参考文献

[1]刘严岩.多传感器数据融合中几个关键技术的研究[D].合肥:中国科技大学, 2006.

[2]孙君曼, 孙慧君, 黄晓曼.一种瓦斯报警器的设计[J].工矿自动化, 2008 (5) :96~100.

[3]廖济林.USB2.0应用系统开发实例精讲[M].北京:电子工业出版社, 2006.

[4]萧世文, 宋延清.USB2.0硬件设计[M].北京:清华大学出版社, 2006.

基于USB接口的数据采集系统 第8篇

基于USB接口的数据采集系统由3部分组成:数据采集卡, 数据采集卡驱动程序和用户应用程序。数据采集卡包括系统硬件电路及固件程序, 它是本采集系统系统的基础。它用来完成信号的A/D转换, 并把转换好的信号传给USB接口。

数据采集卡驱动程序完成数据采集卡和应用程序之间的通信, 它提供了应用程序与采集卡之间的软件接口, 在装入后成为操作系统内核信任的部分, 供用户应用程序使用标准的WIN32API函数对硬件进行FO操作。用户应用程序是整个采集卡的最高层, 直接与用户进行交互。主要功能是与采集卡驱动程序接口来获得数据, 并把得到的数据进行处理、显示等操作, 同时把用户命令通过驱动程序传递给采集卡, 从而控制采集卡的参数设置。

2 系统硬件电路设计

本课题选取了PHILIPS公司的PDIUSBD12, M A X I M公司的M A X 1 1 6 6和A T M E L公司的89C52芯片作为整个采集系统的核心芯片。

2.1 系统硬件总体设计

本系统硬件电路包括:时钟电路、按键复位电路、电源电路、A/D转换电路、USB接口电路、串口电路。如图1所示。

2.2 A/D转换电路设计

模拟电源A V D D和数字电源D V D D应分别通过0.1uF的担电容与模拟地和数字地相连接。而数字地D G N D和模拟地A G N D 1、A G N D 2通常共地。

2.3 USB接口电路设计

采取总线形式传输, 硬件连接:PDIUSBD12 (简称D12) ALE与89C52 (简称52) 的ALE相连, D12数据口与P0口相连D12的CS、INT、WR、RD分别和52的P1.6、INT0、WR、RD脚相连;D12的D+、D一接18欧姆限流电阻, D 1 2的I N T、S U S P E N D、R E S E T、D M A C K、EOT接上拉电阻。

3 USB驱动程序

USB驱动程序入口程序DriverEntry () 的主要功能是告诉系统那些IRP由哪个例程处理也就是对驱动程序初始化, 它的作用相当于C/C++的main () 或Windows编程下的WinMain () 。

初始化派遣例程

在驱动程序初始化之后, PnP管理器调用AddDevice例程来初始化由该驱动程序所控制的设备。AddDevice例程的基本职责是创建一个设备对象并把它连接到以PDO (Physics Device Object) 为底层的设备堆栈中, 具体步骤如下。

(1) 创建设备对象, 并建立一个私有的设备扩展对象。 (2) 寄存一个或多个设备接口, 以便应用程序知道设备的存在。另外还可以给出设备名并创建符号连接名。 (3) 初始化设备扩展对象和设备对象的标志位。 (4) 把新设备对象添加到设备堆栈中。

4 结语

本文以基于USB接口的数据采集平台为研究对象, 选取了通用U S B接口芯片P D I U S B D 1 2, A/D转换芯片M A X 1 1 6 6和89C52单片机作为系统核心芯片, 设计并研制了一套基于USB接口的数据采集硬件板卡, 并开发了相应的VC++开发环境下的用户应用程序, 实现了从底层单片机到以WindowsXP操作系统为基础的PC机的USB双向通信, 最终构建了一个基于USB接口的数据采集平台。

本课题的难点在于对协议的理解和驱动程序的编写, 详细研究了USB通讯协议、操作系统原理及内核, 通过大量的实践与总结完成了PC机与USB之间的通讯。系统设计中对系统软件的测试没有什么非常有效的方法, 对其问题进行有效的定位, 只能通过示波器及BUSHOUND软件来进行一些初步判断。

摘要：数据采集系统广泛应用于信息检测、信号处理、自动控制系统等领域。为了提高数据采集的数据传输速率, 降低开发成本, 节约能源, 本文设计了基于USB总线的数据采集系统。本文概述的基于USB总线的数据采集系统是以AT89C52单片机为核心, 采用PDIUSBD12通用USB接口芯片作为通信接口, 通过A/D转换芯片MAX1166实现模拟量到数字量转换, 进行了系统硬件设计;并进行了相应的固件程序、驱动程序和应用程序开发, 给出了程序流程图和部分程序代码。该系统特点是连接方便, 支持即插即用, 数据传输速度远远高于普通的串口和并口。

关键词：数据采集,USB总线,PDIUSBD12,驱动

参考文献

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[6]晃建刚, 魏安阳等.通用串行总线 (USB) 设备的驱动[J].电子技术应用, 2002, 22 (13) :77～86.

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[8]郭四稳.WDM驱动程序的开发与实现[J].电脑与信息技术, 2006, 11 (7) :63～75.

基于USB的晶片分选系统的设计 第9篇

在石英晶体器件的生产过程中, 通过对石英晶片的频率响应特性进行严格的测试和分选, 可以起到从源头控制产品的质量和生产工艺, 提高产品产能的关键作用。目前已无法通过人工分选的方式满足对晶体器件质量和需求量的不断提升的要求, 只有采用大量的自动分选设备才能完成分选任务。本文提出的分选系统通过自主研发的USB设备和上位机应用程序的互相配合, 通过并发控制, 使外部动作机构产生高效的协同动作, 极大地提高设备工作效率和分选质量, 同时还有效减少了设备维护的工作量, 保证了设备在24小时不停机状态下连续稳定工作。

系统原理及构成

本系统的主要工作原理是, 通过螺旋送料器和直线送料器的间歇式高频定向振动, 将同一批次且堆放在一起的石英晶片分离开来, 并且排列成一个有序队列, 向转运工位输送。采用光纤传感器、高精度分度盘以及必要的搬运机构, 将队列中的每一片石英晶片转运至测试工位处。待测晶片到达测试工位后, 系统启动扫频测试模块对被测晶片实施扫描测试, 并实时采集测试结果。扫描测试结束后, 将采集到的测试结果通过USB接口发送给计算机。计算机对测试结果进行分析, 并计算该被测晶片的各项性能指标参数。根据该计算结果, 并依据预先设定的判别策略, 给出该被测晶片所属的储料盒位置。然后通过USB接口将储料盒位置数据发送给运动控制模块, 由运动控制模块发出控制指令, 使已测晶片进入翻转落料机构。随后, 该晶片通过翻转落料机构运送并放入相应的储料杯中, 从而完成对石英晶片的分类。

本系统由两个主要模块构成, 分别为运动控制模块和扫频测试模块, 如图1所示。

其中, 运动控制模块接受上位机发出的控制指令, 根据指令要求对相应的外围动作机构发出控制信号, 并驱动外围动作机构实现相应的动作。同时, 读取外部传感器信号, 以便对外围动作机构和被测晶片进行实时检测。扫频测试模块主要用来向被测石英晶片发送测试信号, 并检测晶片的响应信号。运动控制模块和扫频测试模块都通过USB接口与计算机进行通讯。

运动控制模块设计

运动控制模块采用T I公司的LM3S3749作为主控芯片, 利用芯片上的通用I/O口读入光电传感器信号, 并通过一级达林顿驱动电路输出控制信号控制螺旋送料器和直线送料器的起停、落料翻斗的翻转以及发送步进电机脉冲信号。由于测试电极和分度盘都采用步进电机带动, 为防止在高速启动和停止时发生抖动甚至失步, 在设计时, 采用了脉宽调制图2扫频测试流程图 (PWM) 技术控制步进电机的运转, 以保证测试电极和分度盘能够精确平稳地完成预定动作。在LM3S3749上集成有8个脉宽调制模块[1], 本设计采用PWM0和PWM1通过PG0和PG1端口输出脉宽调制信号分别驱动测试电极模块电机和分度盘电机。

扫频测试模块设计

该模块的扫频信号源采用专用的数字信号合成器 (DDS) AD9852产生高频正弦波通过一个120MHz的三级无源椭圆低通滤波器滤除高频噪声后, 由于AD9852输出的信号幅度是非线性的, 随着输出频率逐渐升高, 输出信号的幅度便会迅速下降, 因此设计时通过一片程控可变增益放大器AD8370[4]实现对信号的放大后施加给被测晶片。由于单片机的片上ADC精度不够, 因此在电路设计时增加了一片专用数模转换器AD7651[3], 该芯片将晶片的激励响应转换为16位数字量输出给单片机LM3S3749。通常一个被测晶片需要测试2000个不同的频率点, 当所有频率点都测试完成后, 由单片机将所有测试数据, 通过USB接口发送给上位机分析处理。其程序流程如图2所示。其中, 控制AD9852发出每一个频率点的控制字根据公式[2]计算得出。该固件程序采用C语言, 并在KeilμVision集成环境中开发。为了加快项目研制进度, 同时也为将来在软硬件的升级上提供方便, 在固件程序开发中引入了TI公司针对Cortex M系列单片机提供的外设驱动开发库driverlib-cm3.lib和usblib-cm3.lib, 这两个库对单片机片上外设控制寄存器底层和USB接口的应用进行了封装, 在程序中只要调用相应的封装函数即可, 提高了代码的可维护性。

驱动程序设计

本系统的运动控制器和扫描测试仪都是自行研发的非标准的USB设备, 上位机与其通讯必须通过驱动程序来进行。上位机应用程序在WindowsXP系统中运行, 因此USB驱动程序采用WDF (视窗驱动程序基础) 提供的KMDF (内核模式驱动程序框架) 开发。通过定义驱动入口函数DriverEntry[4]和设备加载函数USBDevAdd, 生成驱动对象和设备对象。并且注册USBDevFileCreate, 在队列中登记U S B D e v R e a d和USBDevWrite等回调函数, 以响应系统发出的IRP_MJ_CREATE[5]、IRP_MJ_READ[5]和IRP_MJ_WRITE[5]等请求。

系统应用程序只需调用CreateFile[6]、ReadFile[6]、WriteFile[6]等API函数, 即通过驱动程序可与USB设备进行通信。

上位机应用程序设计

本系统上位机应用程序采用Visual C++语言在Visual Studio 2005集成环境中编写。操作人员通过上位机应用程序, 可以完成对整个系统操控, 包括启动系统运行, 系统检测, 参数设置等功能模块。

其中, 为了提高整个系统的运行效率, 将系统运行划分为两个并发执行的线程:晶片位置检测线程和主控线程。晶片位置检测线程负责实时查询晶片到位信号, 当检测到该信号时, 关闭直线送料器, 并向主控线程发送同步事件信号量。主控线程等待到该信号量时, 发送控制命令驱动分度盘、测试电极和落料翻斗动作, 并向扫频测试仪发送启动测试指令, 对待测晶片实施测试。测试结束后发送控制码复位测试电极, 并控制分度盘将已测晶片向落料翻斗运送, 随后复位同步事件信号。晶片位置检测线程发现该信号量被复位, 则启动直线送料器并检测下一个晶片的位置。系统启动分选时的工作界面如图3所示。

结论

由于石英晶体器件是数字电子产品中必不可少的关键器件, 其市场需求量日益增长。晶体生产厂家为了扩大产能, 在提高其生产线工作效率的同时, 急需大量的晶片分选设备以从根本上提高产品的质量和产量。本文所讨论的晶片分选系统在对晶片进行自动分选的同时, 还可对晶片的电性能参数进行统计分析, 为生产企业调整生产工艺控制产品质量提供重要的依据。本系统在设计时通过对硬件和软件在任务上的合理划分, 充分发挥出了单机的工作效率。由于测试和控制电路都是通过USB接口与计算机连接, 当控制电路出现故障, 设备检修人员能够在不断电的情况下直接更换故障电路板, 在极短的时间内便可排除设备故障, 保证生产的连续性。满足了大规模生产的需求。同时采用安装有Windows系统的计算机作为上位机, 在方便操作人员使用的同时, 还能接入生产企业的生产管理网络, 方便企业的设备管理。

参考文献

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[2]Analog Devices, Inc.AD9852data sheet[DB].http://www.analog.com, 2007-05

[3]Analog Devices Inc.AD7651data sheet[DB].http://www.analog.com, 2003-09

[4]Analog Devices Inc.AD8370data sheet[DB].http://www.analog.com, 2007-12

[5]Windows Driver Kit Help for WDK7600[EB/OL].http://msdn.microsoft.com

USB系统 第10篇

心电图分析是诊断心脏疾病的一种重要手段。简单地说, 心电图是心肌细胞的综合电活动在体表地的一种反映。心肌活动所产生的微小电流可经过身体组织传导到体表, 使体表的不同部位产生不同的电位, 将体表两点间的电位记录下来, 就会按照心脏激动的时间顺序形成一条连续的曲线, 这就是心电图 (Electrocardiogram, ECG) 。

USB (Universal Serial Bus) , 中文含义是“通用串行总线”。它不是一种新的总线标准, 而是应用在PC领域的接口技术。USB是在1994年底由英特尔、康柏、IBM、Microsoft等多家公司联合提出的。不过直到近期, 它才得到广泛地应用。从1994年11月11日发表了USB V0.7版本以后, USB版本经历了多年的发展, 到现在已经发展为2.0版本, 成为目前电脑中的标准扩展接口。USB自从1996年推出后, 已成功替代串口和并口, 并成为当今个人电脑和大量智能设备的必配的接口之一。

虚拟仪器技术是计算机技术、现代测控技术和电子仪器技术相互结合、渗透的产物。在虚拟仪器系统中, 所有的数据采集、分析、控制、结果输出和用户界面等功能都由软件完成, 硬件仅仅是为了解决信号的输入输出, 因此, 软件是整个仪器系统的核心, 从某种意义上可以说:“软件即仪器”。

本文介绍的基于USB接口的虚拟心电采集记录系统实现了一种心电电极到计算机USB接口的数据采集, 可将人体心电信号通过计算机的USB接口方便地传入计算机, 并利用Lab View软件进行虚拟心电记录系统设计用于显示、存储和分析。这种设备成本低, 便于携带, 配备装有虚拟仪器软件的便携式电脑可方便用于医生出诊。

1 系统构成

基于USB接口的虚拟心电采集记录系统如图1所示, 主要由硬件、软件两大部分组成。硬件主要包括多路心电放大器、USB数据采集卡和PC机组成。其主要功能是实现心电信号的采集、处理和A/D转换以及将信号通过USB数据采集卡送入PC机进行处理。软件采用Lab VIEW对采集到的心电信号进行显示、分析和处理。

该系统多路心电放大器主要包括前置放大器、带通滤波器、工频滤波器、主放大器和光电耦合电路组成。前置放大主要满足高输入阻抗、高增益、低噪声、低漂移等技术指标;带通滤波器实现对干扰信号的滤除和让0.05-100Hz的心电信号无失真地通过;工频干扰的滤除由采用双T有源滤波形式的50Hz陷波器完成;主放大器用来对处理过的心电信号进行调理, 以满足USB接口数据采集卡对输入信号的电平要求;光电耦合用来实现人体与电器上的隔离, 保证人体安全。

数据采集 (DAQ) , 是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采非电量或者电量信号, 送到上位机中进行分析, 处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。通常, 必须在数据采集设备采集之前调制传感器信号, 包括对其进行增益或衰减和隔离, 放大, 滤波等。本系统基于NI的USB数据采集卡进行设计与开发。

2 系统软件设计

Lab VIEW虚拟仪器设计平台的应用范围广泛, 目前很多的电子仪器都采用该平台进行开发和设计, 基于对该软件平台的了解, 在相关硬件的支持下本文研究采用该平台来进行虚拟心电采集记录系统的开发设计。

2.1 USB通信模块

利用USB数据采集卡自带的Lab View驱动程序, 完成USB通信模块的设计。利用该模块, 实现对多路数据的分时采集。

2.2 前面板

虚拟仪器的前面板是仪器与用户交互的可视化操作界面, 用户通过操作前面板的各种开关和按钮, 可以实现心电信号的实时采集、心率计算与显示、波形存储和回放等各项功能。前面板中设置了两个波形显示控件, 左上面用来实时显示采集到的心电波形, 左下面用来现实回访的波形, 以利于医生观察、诊断所需的心电图。

2.3 数据处理模块

在信号调理和采集过程中, 信号必然受到噪声和干扰的影响, 虽然我们在硬件设计时采取了相应措施来抑制它, 但我们知道干扰可以消除, 但噪声只能抑制。为改善信号质量, 为后续准确分析判断做好准备, 在系统中使用五点平滑数字滤波。

2.4 心率计算模块

本模块的程序代替了传统心电图机硬件电路中的微分, 整形和计数器电路, 采用软件方法完成心电信号的R波检测、周期和心率计算功能。将采集到的实时心电信号接入该程序实现R波的检测, 从而计算出两个R波间期和心率。

2.5 波形检测与诊断模块

ECG自动检测技术的研究主要集中在QRS波检测, P波和T波检测, ST段检测等方面。QRS波检测是ECG检测中的首要问题, QRS波检测不仅是诊断心律失常的最重要根据, 而且只有在QRS波确定后才能分析EGC的其它细节信息。

3 心电信号处理

3.1 预处理

在心电信号中, 需要考虑的噪声来源有:工频干扰、呼吸引起的基线漂移、电极接触噪声、运动伪迹等。而其中又以工频干扰和呼吸引起的基线漂移是主要的噪声干扰, 本文主要考虑利用小波分解消除呼吸引起的基线漂移, 利用带通滤波器消解工频干扰的影响。

图2为系统使用五点平滑数字滤波的效果比较图。

该图证明此方法进行数据预处理简单有效。

3.2 QRS波群检测

QRS波是ECG中最显著的部分, 反映了心室收缩时心脏的电行为, 其能量占了心电信号能量的很大百分比。QRS波的检测是所有波形检测的基础, 而其准确检测一直是心电信号自动分析的焦点和难点。目前QRS波检测方法主要有:差分法、带通滤波法、小波变换、形态学运算、长度和能量变换等。本文采用小波变换进行QRS波群检测。

3.3 处理结果

经过数据预处理, 得到如图3所示结果及实时显示心电曲线。

4 结束语

将虚拟仪器技术与医疗装备中医学信号的采集、分析及结果显示结合起来为医疗装备的开发提供了一个很好的方向。利用高性能的模块化硬件, 结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。灵活高效的软件能创建完全自定义的用户界面, 模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成, 充分发挥虚拟仪器技术性能高、扩展性强、开发时间少, 集成的软硬件平台这4大优势。

本文介绍了基于USB接口的虚拟心电采集记录系统用于对人体心电信号进行采集、处理、显示及打印, 从而最终在屏幕上显示出心电波形及相关的重要心电特征参数。该系统的设计对虚拟仪器在医学生物信号处理和医疗仪器开发有一定的参考价值。

参考文献

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那些USB…… 第11篇

1.MINI--最Q的USB

MINI总是那么的Q，就连它的USB都充满了各种可爱的元素，本来就与众不同的钥匙和斗牛犬做成USB模样，更让你拿出使用它的瞬间，成为焦点。

2. 宾利USB

高端大气上档次的宾利当然也有自己专属的USB了，还不赶紧收藏起来！

3.奔驰USB

奔驰的钥匙变成USB，连样子都觉得是那么得天衣无缝。不过车主们注意，开车的时候别拿错哦。

4.保时捷USB

当经典的保时捷车型变成USB，当保时捷钥匙也成为USB，是不是USB也变成极具收藏价值的物品了呢？

5.玛莎拉蒂USB

各种高端品牌都有自己的USB，玛莎拉蒂也不例外，本来就很漂亮的车型微缩成USB，拿在手里都很有份量吧？

6.Fiat 500 USB

Fiat 500俏皮可爱的模样，让它变成小小的USB装在包包里，再合适不过了。

7.宝马钥匙USB

如果你是BMW车主，那么拥有这款宝马钥匙USB，更能够以假乱真了。

1.PonoPlayer音乐播放器

这个奇怪的三角柱状播放器，据说如此造型是为了让内部的原件保持足够的距离以减少干扰的缘故。它拥有128 GB 的储存空间，并且拥有自己的高质量数字音乐商店。

2.卡地亚

天体运转式万年历腕表

卡地亚Rotonde de Cartier Astrocalendaire天体运转式万年历腕表的设计宛如一座圆形剧场，让万年历各项功能逐层呈现，更加清晰易读。它搭载着卡地亚高级制表系列的标志性复杂功能——浮动式陀飞轮，9459 MC型机芯。

3. 全景摄像头

这款Bublcam 360度摄像头只比棒球稍微大一点，重量不到300克，它拥有4个190度的摄像头，能将全景一网打尽。

4.Thumbtrack：最小的可穿戴鼠标

它，的确看起来更像是个戒指，但它真的是个鼠标。Thumbtrack高度为28毫米，宽度为19毫米，重量也只有14克。需要将其戴到食指上，通过中间位置上一个突出的圆形触摸区域来浏览网页；左侧下方设计了长条形按钮，按压它来完成拖拽操作。

5.折叠+电动 JiveBike自行车

具有未来感的JiveBike独具特色的下沉式大梁内置了电池和中央处理芯片，并带有折叠功能。充电两小时可骑行32公里，最高时速可达到24Km/h。另外，JiveBike专门设计了与智能手机关联的应用程序，在骑行时可通过蓝牙连接获取有关信息，比如充电状态，剩余电量，更可以用来导航。

6.精准时计·与时并竞

天梭荣耀见证第十七届仁川亚运会倒计时100天

2014年6月18日，第十七届韩国仁川亚运会迈入100日倒计时，作为官方计时合作伙伴，瑞士著名钟表制造商天梭精准见证这一荣耀时刻。本届亚运会将于2014年9月19日至10月4日在韩国仁川市举办，天梭将为本届亚运会的各项比赛提供精准的计时和相关数据处理。

基于USB接口的数据采集系统设计 第12篇

关键词：通用串行总线,数据采集,通用可编程接口

随着大规模集成电路与计算机技术的飞速发展,数据采集在语音处理、智能仪器、工业自动化及生物医学工程等众多领域中的地位日益突出,并且对数据采集的各项技术指标要求越来越高。传统的数据采集卡主要有PCI卡或者ISA卡,这些采集卡都存在着各种各样的缺陷,比如传输速度慢、不支持热插拔、安装不方便、受计算机地址、中断和插槽的限制,可扩展性差等[1]。

近年来,USB接口以其传输速度快、成本低、可靠性高、支持即插即用和热插拔等优点[2],迅速成为数据传输的主流。因此,开发这种基于USB2.0的高速数据采集系统,代表了现代数据采集和传输的发展趋势,必将被越来越多的用户所接受。

1 系统工作原理与硬件结构

基于USB接口的数据采集系统的硬件部分主要包括信号调理电路、A/D转换电路、USB控制电路三部分。PC机端的应用程序通过USB主机发送控制信号,通知CY7C68013开始数据采集。当CY7C68013接收到控制信号以后,通过GPIF模式发送控制波形到MAX125,控制其开始的数据转换。当MAX125接收到控制信号以后,开始进行数据采集。采集完成后,在USB主机控制器的控制下,MAX125把转换后的数字信号发送到CY7C68013,最后通过USB总线把采集到的数据发送到PC机,并进行相应的处理。

系统硬件框图如图1所示。

1.1 信号调理电路和电源电路

信号调理电路主要对模拟信号进行滤波和放大,确保输出的电压在A/D允许的范围之内。MAX125的输入模拟电压范围为-5 V~+5 V,所以在输入信号进入之前必须进行相应的处理。本设计所采集的语音信号的电压范围是0~30 m V,初步调理之后的电压范围为0~2 V,为了得到所需的增益,采用同相输入放大电路对初步调理后的电压放大。完成电压转换后,还必须由低通滤波器滤除高频信号,在本设计中,采用4阶巴特沃斯滤波器。滤波电路和放大电路所采用的放大器为OP07,其输入电压范围为±3 V~±22 V。本设计采用开关电源供电,提供的输出电压为±5 V、12 V,其中,MAX125需要5 V的数字电源和±5 V的模拟电源工作,运算放大器的供电电压为5 V和-5 V,而系统中USB2.0芯片采用3.3 V供电,为此,需要电源转换模块以获得系统所需要的电源电压值,其中5 V转3.3 V电压用到AS1117-3.3系列芯片。

1.2 USB控制电路

USB2.0传输芯片采用CYPRESS公司的CY7C68013A-56PIN,芯片的商标号是FX2。EZ-USB FX2微处理器是世界上第一款集成USB2.0的微处理器,具有增强型的8051内核性能、集成度高、方便灵活的软配置和快捷的软件开发工具等主要特性[3]。该芯片的内部结构如图2所示,其中主要包括USB2.0收发器、串行引擎(SIE)、增强型的8051内核、16 KB的RAM、4 KB的FIFO存储器、I/O接口、8位数据总线、16位地址总线和通用可编程接口(GPIF)。

EZ-USB FX2是整个系统的控制核心,除了完成与上位机的USB总线通信,还要实现对A/D采样电路的控制。CY7C68013本身有一个4 KB的内部FIFO存储器,可以满足常规的数据采集的需求,更重要的是其内部还提供了一个用于控制FIFO存储器的通用可编程接口(GPIF),大大方便了用户的需求[4],而且在GPIF的控制下,内部的FIFO利用其高速缓冲区可以在不需要固件的参与下与USB之间进行自动高速通信。GPIF是一个内置接口控制器,用来取代外接的控制逻辑,可以工作在内部时钟(30 MHz或48 MHz),也可以由外部时钟驱动(5 MHz~48 MHz)。GPIF的核心实际上是一个可编程状态机,最多可产生6个控制信号和9位地址总线。4个用户定义的波形描述符控制这个状态机,一般来讲,有单次读取、单次写入、连续读取、连续写入4个波形[5]。在GPIF模式下,读和写的操作都是从EZ-USB的角度来说的。即一个读波形数据传输表示数据从外部逻辑传输到EX-USB的内部FIFO,而一个写波形数据传输表示数据传输从EZ-USB内部的FIFO发送到外部逻辑。FX2用4个波形描述符来控制各个状态,这些波形描述符可动态地配置给任何一个端点FIFO。配置后GPIF将依据波形描述符产生相应的逻辑控制CTL及握手信号RDY来和外界接口,以满足向FIFO读写数据的需要。GPIF的数据总线可以是8位,也可以是16位,本设计采用16位数据总线。

1.3 硬件连接图

EZ-USB FX2接口芯片和MAX125芯片的连接图如图3所示。

本文采用CY7C68013的GPIF工作模式,即WORD-WIDE为1,直接使用了GPIF的16位并行接口。如图3所示,本设计将MAX125的D[0:7]同CY7C68013的PB[0:7]相连,D[8:13]同PB[0:5]相连;将MAX125的分别同CY7C68013的CTL0、CTL1和CTL2相连,由GPIF的波形描述符所产生的时序控制MAX125的采集时序。将MAX125的引脚与CY7C68013的RDY0引脚相连,作为读取数据的使能条件。引脚接地,随时能够读取转换结果。当引脚的电平变低时,MAX125转换结束,CY7C68013开始读取数据。CH1A~CH4B是MAX125的8路输入转换通道,可对A0~A3地址线进行编程来指定通道。本设计中MAX125采用的是内部基准电压,所以将REFIN引脚通过0.1μF的电容接地、REFOUT引脚通过4.7μF电容接地。以上电路具备了对MAX125的A/D转换的控制功能,它利用内部FIFO存储器在GPIF控制下实现快速同步数据采集。

2 系统软件设计

系统的软件设计主要包括固件设计、驱动程序设计和应用程序设计3部分。

2.1 固件程序设计

固件程序是整个程序设计的核心,它主要负责处理PC机发送来的各种USB设备请求,并与外围电路进行交换,存放在主机上,当系统上电或连接时将其自动下载到芯片的RAM中,并由8051执行。固件程序主要包括设备初始化和GPIF波形控制。固件程序流程如图4所示。

USB的固件程序是由main主函数处开始执行的,在主函数中,主要的初始化有:初始化休眠模式、远程呼唤和自供电;初始化用户设备。其中设备初始化包括FX2工作模式的配置和数据采集参数的配置。FX2工作模式配置主要包括时钟模式和端点配置,用到的寄存器有CPUCS和EP2CFG。端点0作为控制传输,端点2作为输入端点,传输方式为批量传输。这部分程序主要位于TD_Init()中,此外还包括对生成的GPIF.C中的GPIF寄存器的初始化函数GPIFInit()的调用。

GPIF编程主要包括GPIF工作模式的初始化、GPIF波形描述符配置、GPIF触发三部分内容。GPIF工作模式初始化主要是对寄存器IFCONFIG、EP2FIFOCFG进行配置,即IFCONFIG=0x FA,EP2FIFOCFG=0x09。GPIF对MAX125的控制是按照GPIF波形描述符所表达的时序进行的。根据MAX125提供的读写时序,本系统利用CYPRESS提供的开发工具GPIF Designer设计了GPIF波形描述符。GPIF触发过程是在TD_Poll()中实现的,其中写AD控制字波形的代码为:XGPIFSGLDATLXH=gdata[13:8],XGPIFSGLDATLXL=gdata[7:0];启动GPIF FIFO读传输的代码为:GPIFTRIG=GPIFTRIGRD|GPIF_EP2。

2.2 驱动程序设计

设备驱动程序的主要作用是使操作系统能够识别USB设备,并建立起主机和设备之间的通信。USB驱动程序采用WDM驱动模型[6],支持即插即用功能。在WDM驱动程序模型中,每个硬件设备至少有两个驱动程序。其中一个驱动程序为功能驱动程序,即硬件设备驱动程序,它了解使硬件工作的所有细节,负责初始化I/O操作、处理I/O操作完成时所带来的中断事件,并为用户提供一种设备适合的控制方式。另一个为总线驱动程序,由操作系统提供,它位于USB功能驱动程序的下面,负责管理硬件与计算机的连接。

在Windows操作系统下,开发WDM驱动程序可以选择DDK开发工具。主要有4个驱动例程:入口例程、即插即用例程、分发例程以及电源管理例程。

入口例程,即Driver Entry例程,由操作系统的I/O管理器在设备驱动功能加载时进行调用,主要负责WDM驱动程序的初始化。

即插即用例程实现USB设备的热插拔和动态配置。当设备与计算机连接时,系统自动识别并调用其DriverEntry例程,自动选择并加载合适的驱动程序。当设备从系统中移除时,自动处理相应的清除工作。其驱动例程主要有两个:Add Device例程和IRP_MJ_PNP例程。Add Device例程用于完成设备的添加。IRP_MJ_PNP例程主要负责处理系统即插即用管理器发出的Pn P信息,包括启动设备、停止设备、删除设备等。

分发例程用于处理各种I/O请求,每个分发例程都对应一个Win32函数。常用的分发例程主要有IRP_MJ_CREATE例程和IRP_MJ_CLOSE例程。

电源管理例程负责设备的挂起与唤醒。

2.3 应用程序设计

上位机应用程序给用户提供一个操作采集系统的界面,将采集到的数据以多种方式显示给用户,用户也可以对采集到的数据进行分析处理。应用程序采用Visual C++集成开发环境,利用MFC编程,主要功能有:开启和关闭USB设备、检测USB设备、设置USB设备传输管道、设置数据采集端口、实时地从USB接口采集数据、显示并分析数据。应用程序流程图如图5所示。

应用程序使用Win32的API函数Create File()来创建和打开设备,并返回该设备的句柄。当对设备进行读取时,首先调用打开并获得指定的USB设备的句柄,然后对指定管道进行复位,准备接收数据,然后启动接收数据线程。应用程序通过使用标准的Win32 API函数De vice Io Control()调用驱动程序中定义的宏代码IO_PICUSB_CTRL_READ来执行这部分操作,而驱动程序与设备之间的通信中,Device Io Control()调用被转化成一个带有IRP_MJ_DEVICE_CONTROL功能代码的IRP。关闭USB设备需调用Close Handle()函数,其调用方式为Close Handle(h Device),其中h Device为在调用Create File()函数时返回的设备句柄。

3 试验结果与分析

图6为本数据采集系统在批量传输下的应用程序界面。图中曲线是对模拟语音信号采集生成的波形图。实验表明,该基于USB2.0接口的数据采集系统可实现对语音信号的采集,传输速度能达到30 Mb/s,具有很强的抗干扰性,完全满足设计和使用要求。在保存数据和退出应用程序前,应先停止采集。保存数据时,通过在“保存”栏中选择对应的选项,就可以保存数据。

本文所设计的基于USB2.0接口的数据采集系统具有8路输入14位分辨率的性能,可满足语音处理、工业自动化及生物医学工程中心电信号等领域中大多数场合的数据采集要求。不仅克服了传统采集系统的缺陷,而且充分利用USB优点,提高了传输速度,给用户带来许多方便。本文的创新点在于采用USB接口进行微处理器与上位机之间的通信,并结合CY7C68013特有的GPIF编程技术,有效提升了整个系统数据采集速率,在实际应用中取得了良好的效果。

参考文献

[1]肖忠祥.数据采集原理[M].西安:西北工业大学出版社,2001.

[2]边海龙.USB2.0设备的设计与开发[M].北京:人民邮电出版社,2004.

[3]钱峰.EZ-USB FX2单片机原理、编程及应用.北京:北京航空航天大学出版社,2006.

[4]尹伟,娄淑琴.基于GPIF模式的USB接口电路的设计和实现[J].仪器仪表用户,2008(2):61-62.

[5]Cypress Semiconductor Corporation.EZ-USB FX2technical reference manual[Z].2001.