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虛擬儀器的出現不僅大大降低實驗儀器成本且功能強大。串行總線USB具有高速穩定的傳輸能力，支持熱插拔等特點，采用USB接口總線已經是虛擬儀器技術發展的必然趨勢。MSP430F5529單片機集成了AD轉換器和USB2.0接口，硬件電路簡單，減少了信號干擾，易于實現。傳統的USB驅動程序開發難度大。而NI公司的NI-VISAdriverwizard軟件可幫助用戶快速生成USB驅動文件，開發者無須花費大量精力學習USB協議的細節，便能實現單片機與PC的通信。不過更簡單的方法是直接安裝TI公司提供的USB_CDC通信驅動文件MSP430_CDC.inf，利用虛擬串口實現USB通信。

1系統硬件組成

系統整個架構如圖1所示。MSP430F5529芯片是數據采集模塊的核心，該單片機是一種超低功耗的16位混合模擬控制器，內置12位SAR內核的AD轉換模塊，在沒有CPU干預下，該緩沖器允許對16路獨立采集而來的ADC信號進行轉化和存儲。最高采樣速度可達200kbps。轉換基準電壓均可軟件選擇內部或外部電壓源。該單片機內部的基準電壓可設置為1.5V或2.5V。信號調理電路應將信號控制在轉換基準電壓范圍內。同時該單片機還集成USB2.0接口模塊，其內部SRAM為8K，在使用USB通信時占用2K的SRAM。這樣的高度集成使得一個最小單片機系統就構成一個采集卡。用戶需注意ADC接地和干擾防范，具體硬件電路參考用戶手冊即可。

2系統軟件組成

系統軟件設計主要包括USB固件程序設計，USB驅動程序設計以及LabVIEW軟件程序設計三個部分。USB固件程序從功能上分為USB通信和AD數據采集兩部分。從最底層開發USB通信程序對不熟悉USB協議的人來講是不可能完成的任務。參考TI公司官方網站USB開發資源包使問題變得簡單，它包含了開發一個基于USB的MSP430項目所需的所有源代碼和示例應用程序。開發者可直接套用其框架和USBAPI庫函數完成，如果用戶使用的是CCS集成開發環境，通過Help-->WelcometoCCS打開歡迎界面，展開MSP430ware，在這里可導入相關例程。

固件開發的另一部分就是AD采集程序的編寫。MSP430的AD采集模塊功能強大，有四種轉化模式：單通道模式，重復單通道模式，序列模式和重復序列模式。本文用6.6端口實現單通道多次轉換采集端口，其相關控制寄存器設置語句如下。傳統USB驅動開發對于非計算機專業的用戶來講難度很大。但是利用NI-VISA提供的USB驅動程序生成軟件使得問題簡化。首先打開NI-VISADriverWizard開發向導，根據提示輸入USB設備相關信息，主要是VID（USBManufacturerID）和PID（USBModelCode）的正確填寫（MSP430F5529的VID為“0x2047”,PID為“0x0400”）。然后將配置好的INF文件安裝在Windows環境下，再將USB設備插入主機完成驅動程序的安裝。完成后可用NIMAX軟件做通信測試，打開NIMAX設備和接口項，發現MSP430F5529支持三種常見設備分別是通信設備類（CDC），人機接口設備類（HID），大容量存儲類（MSC），并顯示為USBRAW設備。對于USBRAW設備，每個設備可能使用它們自己的通信協議，用戶須了解相關USB通信協議，若程序中USB相關參數設置不正確會導致通信錯誤。還有沒有更簡單的方法？事實上，對于MSP430F5529的CDC通信，無須用VISA驅動向導生成USB驅動程序。TI公司提供了USB_CDC通信驅動程序文件MSP430_CDC.inf，用戶直接安裝就可以快速穩定的實現單片機與LabVIEW間的通信。安裝完畢，打開windows系統的設備管理器，在端口項目下顯示MSP430_F5529_UE_CDC(COMxx)，其中xx為串口號。這樣的虛擬串口使得用戶不需去了解USB協議，而數據的傳輸卻是通過USB接口完成的。

上位機LabVIEW軟件程序的編寫利用NI-VISA函數按串口通信編寫，采用順序結構：首先添加VISA資源名稱控件，配置串口函數，添加VISA打開函數。這樣通過串口資源選擇和相關參數設置，如波特率、數據位、停止位等，完成初始化VISA設備的過程。然后調用VISA寫入函數，向單片機寫入控制信息。單片機響應后采集數據并發送。再調用VISA讀取函數讀入采集的數據。要注意，VISA讀取函數前需通過使用VISABytesatSerialPort節點查詢當前串口接收緩沖區中的數據字節數。最后使用VISA關閉函數結束會話。圖2為LabVIEW讀取程序框圖。下位機是12位ADC轉換模塊，每發送兩位數據為一個采集點，上位機LabVIEW中需對數據進行變換，才能正確顯示。

3結束語

用信號發生器產生一個2V的正弦信號，LabVIEW顯示結果正確。該數據采集系統硬件上簡單可靠。軟件上，利用TI公司提供的USB_CDC通信驅動文件和USB_API庫函數，使得不了解USB通信協議的用戶也能快速實現與上位機LabVIEW的通信，極大的縮短開發時間。

作者：李飛 單位：泰州學院 江蘇省泰州