基于PIC单片机的数据采集系统设计

基本功能

在本设计中，数据的处理可以使用PC机的MATLAB等功能强大的软件，但是这类现有的数据处理软件并不能对特有的数据采集系统的下位机采集模块进行直接控制，因此需要针对特定的数据采集系统编写对应的上位机软件，上位机软件是针对上述目的而设计与编写的，是整个采集系统的控制前端和数据存储及处理中心。控制功能主要包括控制下位机采集的开始与终止，采集的频率等，数据处理功能主要包括绘制波形图，将数据显示于列表，将数据存储于文件，其中将数据存储于文件将便于使用现有的数据处理软件对数据进行一些数值算法处理，以达到科学研究，结论验证等目的。

开发环境

C++程序设计语言可以很好地实现面向对象的编程思想，采用C++编写上位机程序，可以将每一个功能模块封装成一个类，修改某个类的实现，增加类的功能不会影响整个程序的框架，这样就很容易维护和扩展功能；加之我们要实现的软件功能中需要调用大量的windows API函数库，所以采用VC++6.0作为上位机的开发环境。

程序功能模块划分

总的功能模块主要包括三个模块，即HID设备读写模块，数据采集模块，数据处理模块。

HID设备的查找与读写

（1）枚举

USB主机在检测到USB设备插入后，就要对设备进行枚举了。枚举就是从设备读取一些信息，知道设备是什么样的设备，如何进行通信，这样主机就可以根据这些信息来加载合适的驱动程序。

（2）HID

人机接口设备（HID）是指直接和人进行互动的设备，如鼠标、键盘等。 在Windows 中，具有相似属性和提供相似服务的设备被归为一种设备类型，一种类型的设备可以使用一个通用的设备驱动程序。 在运行Windows 98 或更高版本的PC 机上，应用程序可以使用操作系统内置的HID 类驱动程序与HID 通信。 这样使得符合HID 类的USB 设备很容易开发与运行。

（3）HID设备的查找

在Windows操作系统中内置很多与HID有关的API函数，调用这些函数，就可以开始对指定的HID设备进行查找，查找HID设备的最终目的是获得该设备的路径名，设备的存取容量等信息，为以后对该设备进行读写做好准备。

（4）HID设备的读写

在取得了HID设备的路径全面后，即可开始对HID设备进行读写，对设备的读写也是通过调用相应的函数来实现的。

控制下位机进行数据采集

上位机向下位机发送命令，控制下位机进行数据采集，并从下位机获取数据，在这个过程中，要处理好两个线程的同步的问题，即数据采集线程和数据处理线程能够协调工作，保正系统能正确稳定的工作。具体的解决方法是实现对某些数据访问的原子操作，即一个线程在对公共数据进行访问时，另一个线程不能打扰，直到操作线程操作完成，放弃对数据的使用权，另一个线程才能够访问数据。

下位机获取了关于采集的有关参数后，即可开始采集，每隔一定时间采集一个数据，当采集数据数目达到限制值个数后，本次采集完成，此时下位机才开始将采集数据发送给上位机。

上位机对采集的数据的处理

上位机在将数据采集命令发送给下位机后，所要做的就是等待下位机采集完成并接收数据，因此上位机将循环查询下位机工作状态，一旦检测到下位机采集结束的标志，上位机就开始对数据进行处理。

数据处理分为三种：

（1）绘制波形图

绘制波形图的要求有两点：第一是不能频繁闪烁，影响观察；二是波形图是动态的，因为绘制区域有限，而所采集的数据是源源不断增加的，因此要求波形图能够动态的更新。

（2）添加到列表显示

可直观地查看目前所采集的所有数据。

（3）保存到文件

运用功能强大的数据处理软件对数据进行更深的处理。

界面显示

采集单极性正弦波工作界面

代码：

1 HID设备通信模块实现代码/*hid.h头文件*/

2 #ifndef HID_H

3 #define HID_H

4 #include

5 #include

6 #include

7 #include “commonuse.h”

8 using std：：string;

9 #pragma comment（ lib， “setupapi.lib” ）

10 extern “C” {

11 #include “hidsdi.h”

12 }

13 #pragma comment（ lib， “hid.lib” ）

14

15

16 class Hid

17 {

18

19 public：

20 Hid（const string &DeviceIdStr = MY_DEVICE_ID）;

21 //Hid（DWORD Vid， DWORD Pid） {}

22 ~Hid（） ;

23 BOOL Connect（） ;

24 //BOOL ChangeDevice（） {}

25 BOOL WriteHid（const BYTE * WriteBuff）;

26 BOOL ReadHid（BYTE * ReadBuff）;

27 BOOL IsWriteValid（） const { return m_WriteValid ; }

28 BOOL IsReadValid（） const { return m_ReadValid ; }

29 BOOL IsConnected（） const { return m_IsConnected; }

30 const string & GetDeviceIDDesc（） const { return m_DeviceIdStr ;}

31 private：

32 BOOL GetWRHandle（） ;

33 private：

34 HANDLE m_WriteHandle;

35 HANDLE m_ReadHandle ;

36 string m_DeviceIdStr;//设备描述字符串

37 DWORD m_PID;

38 DWORD m_VID;

39 BOOL m_IsConnected ;//是否已连接上

40 BOOL m_ReadValid;//是否可进行读操作

41 BOOL m_WriteValid;//是否可进行写操作

42 BYTE m_RWBuff［USB_BUFF_SIZE+1］ ;//读写缓冲

43

44

45 } ;

46

47

48

49 #endif

50

51

52 /*hic.cpp源文件*/

53

54 #include “Hid.h”

55

56 Hid：：Hid（const string &DeviceIdStr）：

57 m_DeviceIdStr（DeviceIdStr）

58 {

59

60 m_WriteHandle = INVALID_HANDLE_VALUE ;

61 m_ReadHandle = INVALID_HANDLE_VALUE ;

62 m_PID = 0;

63 m_VID = 0;

64 m_IsConnected = FALSE ;

65 m_ReadValid = FALSE ;

66 m_WriteValid = FALSE;

67 strcpy（（char *）m_RWBuff，“”） ;

68 }

69

70 BOOL Hid：：GetWRHandle（）

71 {

72 GUID InterfaceClassGuid =

73 {0x4d1e55b2， 0xf16f， 0x11cf， 0x88， 0xcb， 0x00， 0x11， 0x11， 0x00， 0x00， 0x30};

74 HDEVINFO DeviceInfoTable = INVALID_HANDLE_VALUE;

75 PSP_DEVICE_INTERFACE_DATA InterfaceDataStructure = new SP_DEVICE_INTERFACE_DATA;

76 PSP_DEVICE_INTERFACE_DETAIL_DATA DetailedInterfaceDataStructure = new SP_DEVICE_INTERFACE_DETAIL_DATA;

77 SP_DEVINFO_DATA DevInfoData;

78

79 DWORD InterfaceIndex = 0;

80 DWORD StatusLastError = 0;

81 DWORD dwRegType;

82 DWORD dwRegSize;

83 DWORD StructureSize = 0;

84 PBYTE PropertyValueBuffer;

85 bool MatchFound = false;

86 DWORD ErrorStatus;

87 DeviceInfoTable = SetupDiGetClassDevs（&InterfaceClassGuid， NULL， NULL， DIGCF_PRESENT “ DIGCF_DEVICEINTERFACE）;

88 while（true）

89 {

90 InterfaceDataStructure-》cbSize = sizeof（SP_DEVICE_INTERFACE_DATA）;

91 if（SetupDiEnumDeviceInterfaces（DeviceInfoTable， NULL， &InterfaceClassGuid， InterfaceIndex， InterfaceDataStructure））

92 {

93 ErrorStatus = GetLastError（）;

94 if（ERROR_NO_MORE_ITEMS == ErrorStatus）

95 {

96 SetupDiDestroyDeviceInfoList（DeviceInfoTable）;

97 return FALSE;

98 }

99 }

100 else

101 {

102

103 ErrorStatus = GetLastError（）;

104 SetupDiDestroyDeviceInfoList（DeviceInfoTable）;

105 return FALSE;

106 }

107

108 DevInfoData.cbSize = sizeof（SP_DEVINFO_DATA）;

109 SetupDiEnumDeviceInfo（DeviceInfoTable， InterfaceIndex， &DevInfoData）;

110

111 SetupDiGetDeviceRegistryProperty（DeviceInfoTable， &DevInfoData， SPDRP_HARDWAREID， &dwRegType， NULL， 0， &dwRegSize）;

112 Pr