本文提出了一种基于PC机上Microsoft Windows98／2000平台的USB总线接口方式家庭监护数据采集系统的设计与实现，其目的主要是将其应用在家庭监护系统中，使家庭监护系统更易于操作，经济实用。通用串行总线(USB)作为一种崭新的微机总线接口规范，其特点使其非常适合作为主机与医学仪器之间的通讯接口。本系统充分利用了现代PC机所具备的通用串行总线的数据传输功能，可与带USB接口的各种台式计算机，笔记本机连接构成高性能的数据采集测量设备，且具有USB设备体积小巧，连接方便，无需外接电源，即插即用，支持热插拔(PNP)，动态加载驱动程序，方便使用等特有优点，在主机和家庭监护系统之间，可以实现简单、快捷、可靠的连接和通讯。所以基于USB总线的数据采集方式非常适用于家庭监护系统。 本系统包括硬件设计、FirmWare(固件)程序设计、基于Windows98／2000驱动程序模型(WDM)的设备驱动程序设计。最多支持8个通道的数据采集，采样频率可调(20～1KHz)，采样精度为8bit。 本数据采集系统的硬件构成主要有三部分。第一部分为A／D转换芯片，我们采用八位逐次逼近式A／D转换器ADC0809。它包括8通道多路转换器、8位模／数转换器和与微处理器兼容的控制逻辑；第二部分为数据缓冲存储器，采用8K×9先进先出(FIFO)缓冲存储器IDT7205，其读和写操作可同时进行，可实现数据块的连续采集；第三部分为USB接口芯片，主要负责与主机间的USB通讯。接口芯片采用PHILIPS公司的并行USB接口芯片PDIUSBD12，符合USB1．1版本规范，支持12Mbps全速传输，支持四种传输方式，提供3个端点(Endpoint)，除端点0外，每个端点的传输类型、传输方向均可自由配置。另外，它还具有320字节FIFO数据缓冲区。设备的工作原理是：8路模拟输人信号由89C52控制将其中的某一路信号接人 ADC0809并启动 A／D，A／D转换的结果自动写人 FIFO存储器 ID’17205，89C52将数据从 FIFO存储器中读出并通过PDIUSBD12送到主机。 Firmware固件程序设计采用CSI语言编写。89C52单片机的固件程序主要完成两个方面的工作：一是控制A／D以要求的采样频率进行采样，并控制采样通道的选择；二是控制仍B接口芯片与主机间进行通讯。对于89C52单片机控制A／D采样的工作，我们采用定时器TI定时中断的方法，将定时器TI设置为模式2，其中断优先级为高。每次定时中断产生时，89 C52将采样通道更新，并触发A／D开始采样。对于 89C52单片机控制 USB接口芯片与主机间的通讯的固件程序设计成完全的中断驱动方式。当CPU处理前台任务时，USB的传输可在后台运行，这就确保了最佳的传输速率和更好的软件结构，同时简化了编程和调试。后台中断服务程序（IS）和前台主循环之间的数据交换通过事件标志和数据缓冲区来实现。由于这种结构，主程序不关心数据是来自USB、串口还是并口，它只检查循环缓冲区内需要处理的新数据，这样主循环程序专注于数据的处理，而ISR能够以最大可能的速度进行数据的传输。控制端点在数据包处理时采用了同样的概念，ISR接收和保存数据缓冲区中的控制传输并设置相应的标志寄存器，主循环向协议处理程序发出请求，由于所有的标准设备。接口和厂商请求都是在协议处理程序中进行处理，ISR得以保持它的效率。而且一旦增加新的请求，只需要在协议层进行修改。 设备驱动程序的设计采用 WDM模型（Windows Driver Mod－el人 WDM是微软公司为当前主流操作系统 Win98和 Win 2000的驱动程序设计的一种构架。WDM采用分层驱动程序模型，对于USB设备来说，可分为USB总线驱动程序（USBD）和USB功能驱动程序。USB总线驱动程序由操作系统提供，他位于USB功能 ·2·驱动程序的下面，负责与实际的硬件打交道，实现烦琐的低层通讯。USB功能驱动程序由设备开发者编写，位于USB总线驱动程序的上面，不与实际的硬件打交道，而是通过向USB总线驱动程序发送包含URB（USB Request Block，USB请求块）的IRP（I／OReqUest Packet人O请求包X来实现对 USB设备信息的发送和接收。当应用程序想对设备进行I／O操作时，它便使用Wi叫OOSAPI函数对hN32子系统进行WIN32调用。此调用由I／O管理器将此请求构造成一个合适的Ign并把它传递给USB功能驱动程序。USB功能驱动程序接收到这个IRP后，根据Ign中包含的具体操作代码，构造相应的URB并把它放到一个新的IRP中，然后把此 IRP传递到 USB总线驱动程序，USB总线驱动程序根据Iny中所包含的URB执行相应的操作，并把操作结果通过IRP返还给USB功能驱动程序。USB功能驱动程序接收到此IRP后，将操作结果通过IRP返还给I／O管理器，最后I／O管理器将此Igy中操作结果返还给应用程序，至此应用程序对USB设备的一次l／O操作完成。驱动程序的入口函数是DriverEnny（厂所有对各种IRP的处理例程都在此人口函数中做出定义。本系统的驱动程序采用Numega公司的DriverstudioZ．5开发工具通用内核模式的开发包 Driverworks 和Mc。soft，公司的 2