發布日期：2022-04-18 點擊率：81
1 引言
同步相量測量單元(PMU)測量裝置與上位計算機之間的通訊速率普遍較低，不能將測量數據及時傳送到上位機進行分析處理，通訊接口已成為整個系統性能提高的一個瓶頸，因此有必要使用一種傳輸速率、時延、穩定性均能滿足同步相量測量數據傳輸的通用接口。
采用USB接口作為上位機與下位機的通訊接口方式可以解決這些問題。利用USB接口中斷傳輸速率大，時延小，差錯率極低的特點來完成實時相量數據的傳輸。在USB接口的實際應用中，驅動程序的開發是最為困難的部分，由于USB接口誕生較晚，目前尚未成為多數單片微機的標準設備，還需要使用專門的接口芯片進行連接，用戶必須編寫相應的驅動程序將數據轉化為符合USB系統協議的格式進行傳輸。
本文敘述了ATMAGE128單片機使用PDIUSBD12接口芯片完成USB接口數據通訊的過程。通過驅動程序完成對相關硬件設備的操作。該驅動程序完成USB接口的中斷傳輸功能，用戶調用通用命令就可以像使用一個普通的存儲器一樣使用USB接口芯片。該接口實現了各采樣點的低延時上傳功能，可以在1ms內完成一個工頻周期全部采樣值的傳輸。
2 USB系統及其器件選擇介紹
2.1 USB體系概述
USB(Universal Serial Bus)是一種通用串行總線，為了實現整個計算機系統中總線的一致性，由COMPAQ/ INTEL/MICRSOFT和NEC等公司共同開發出的一種新的、快速的、雙向的、同步傳輸的并可以熱拔插的數據傳輸總線，簡稱USB總線。USB總線由以下四個主要部分構成：①主機和設備：是指USB系統中的主要構件。②物理構成：是指USB元件的連接方法。③邏輯構成：不同的USB元件所擔當的角色和責任，以及從主機和設備的角度出發USB總線所呈現的結構。④客戶軟件與設備功能接口的關系。
USB總線有四種數據傳輸方式：①控制傳輸：主要用于主機把命令傳給設備以及設備把狀態返回給主機。②中斷傳輸：用來支持那些偶然需要少量數據通信，但服務時間受限制的設備。③批量傳輸：用來傳輸大量的數據而沒有周期和傳輸速率的設備上。批量傳輸方式并不能保證傳輸的速率，但可以保證傳輸的可靠性，當出現錯誤的時候會要求發送方重發。④同步傳輸：以一個恒定的速率進行傳輸。同步傳輸的方式的發送和接收方都必須保證傳輸速率的匹配，不然會造成數據的丟失。
2.2 USB器件簡介及應用
實現USB傳輸的方法主要有使用接口轉換芯片和專用的接口芯片兩種。前者就是將USB接口轉換為標準的RS232接口使用，在操作方式和傳輸速度上與RS232接口完全相同。后者則可以實現真正的USB傳輸，使用USB1.1標準的接口芯片如PDIUSBD12可以達到最高12Mb/s的傳輸速率，使用USB2.0標準的接口芯片如ISP1581則可以達到480Mb/s的傳輸速率。如果要使用專用的USB接口芯片就必須編寫相應的下位機與上位機驅動程序，由于USB傳輸不同于串口傳輸，USB傳輸的方式都是通過協議規定的數據包來完成的，所以下位機的軟件必須實現對接口器件的硬件管理功能，及對協議發出的各種請求作出響應。而上位機驅動程序需完成對接口芯片的枚舉、地址分配等工作。
2.3 USB接口在本系統中的作用
USB接口在本系統中用來完成下位機與上位機的通訊，具體就是連接AVR單片機與PC，將下位機采集的數據及一些相關信息傳送到PC進行處理。傳輸的數據包括：①電壓值(每周期采樣64個點，12位數據)。②電流值(每周期采樣64個點，12位數據)。③同步時間信號(取自GPS)。
上位機在接收到這些信息后將會對其進行描點，故障錄波，遠程傳送等處理。12位的電壓電流數據都要經過變換，成為16位數據，占一個字節。每通道1秒鐘傳輸的數據在6KB以上，多個通道合計，接口的傳輸速率至少要40KB/s，這一要求已經超過RS232接口所能提供的傳輸速率。如果使用CAN總線進行傳輸，則硬件設備較為復雜。綜合比較后，采用PDIUSBD12作為接口芯片進行數據傳輸是較合適的選擇。采用塑料極小封裝的PDIUSBD12可以很容易安置在電路板上。而且對上位機的要求也較為寬松，只要有USB接口的計算機都可以作為本系統的上位機。
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