文章编号：1007-9416（2017）11-0125-02
一般综合性仪器由上位机和下位机等系统构成。上位机用于为用户提供可视化界面，设置参数，数据处理和分析，记录实验结果，向下位机发送指令等工作；下位机根据上位机指令执行后续工作系统，向上位机发送相关信息和数据[1]。可见，可靠高速的数据通信是实现仪器高稳定性高性能的必要条件。
USB总线采用串口方式[2]，具有集成化程度高、支持热插拔、即插即用、无需外接电源和连接简单等优点[3]。在设计全自动酶免分析系统的通信系统中，采用USB总线实现上位机和下位机的连接，作为全自动酶免分析系统与PC通信的总线接口。
1 总体结构
酶免分析仪主要由如图1所示各部分构成。USB通信接口由PC的USB接口，存储程序的EEPROM，USB的控制器，DSP和电源等组成。
2 USB总线接口硬件设计
USB控制器与PC间电路设计。USB插座与CY7C68013芯片之间连接两条传输线，即插座的D+、D-引脚分别和CY7C68013芯片差分数据线相连，实现PC与USB总线接口的通信。
USB控制器与DSP间电路设计。主控器芯片选用TMS320F 2812。TMS320F2812产生片选信号、端点选择和读写信号，控制CY7C68013进行消息传输。CY7C68013经过16位双向数据总线FD连接至TMS320F2812，通过SLOE引脚控制输出。FIFOADR[1：0]引脚用于选择4个FIFO端点缓冲区中的一个与XD总线连接[4]。FLAGA-C用于表示CY7C68013芯片内部数据缓冲区的状态，其直接与DSP的IO引脚相连。
USB控制器与EEPROM间电路设计。Microchip公司生产的24LC64芯片采用IIC总线接口，抗干扰能力强，数据双向传送，功耗低，工作电压范围2.5V—5V，可以擦写多次，断电后数据可长时间保留，选其存储CY7C68013芯片的固件程序[5]。24LC64芯片的SDA和SCL管脚为IIC总线，为了降低噪声干扰分别经一个22K的上拉电阻连接到3.3V，同时接到CY7C68013芯片的双向串行数据总线上和串行时钟线上。
电源电路设计。USB总线接口外接电压40V。设计采用LT1076-5芯片将外接电源转换成USB控制器需要的5V，使用TPS767D318芯片将5V转换成DSP需要的3.3V和1.8V。硬件电路如图2所示。
3 USB总线接口的软件设计
通过配置寄存器的IFCLKSRC位为1设定系统的时钟频率为48MHz。固件程序是指存储在USB接口芯片内部，用于辅助设备完成预期的功能。该程序主要完成USB接口芯片内部的初始化，处理主机的设备请求，以及完成外围电路的控制等。实现特定的功能，需要在TD_Init（）、TD_Poll（）等函数中配置需要使用的端点，选择合适的传输方式，添加实现功能的代码等。
系统上电后，固件程序首先初始化内部的状态变量，然后调用初始化函数TD_Init（），当程序从此函数返回后，固件程序就会设置USB接口成为未配置的状态并且使能中断，接下来，在1s的间隔内重新列举设备，并直到端点0接收到设置封包为止。一旦设置封包被检测到，固件程序将开始交互的任务调度[6]。采用自动批量传输，将端点2设置为OUT型，负责传输PC的消息；将端点6设置为IN型，负责接收CAN总线上的消息。
USB驱动程序由3个部分组成：USB总线驱动程序、USB主控制驱动程序和USB设备驱动程序，其中，Windows操作系统提供了USB总线驱动程序和USB主控制驱动程序，用户只需要开发USB设备驱动程序。本设计中，采用Cypress公司提供的通用驱动程序，该驱动程序提供标准的USB设备请求和数据通信的用户接口模式，符合本系统传输数据的要求。
DSP采用中断方式接收CY7C68013芯片中的数据。通过CY7C68013芯片产生中断信号，该信号只在端点2满的时候产生。根据CY7C68013芯片固件程序的配置，端点2中存放的是PC发送给DSP主控模块的数据，端点6中存放的是DSP主控模块发送给PC的数据。
4 通信测试
将USB总线接口电路板安装在全自动酶免分系统中。如图3所示。
以复位指令为例进行说明。PC发送复位指令，经过USB总线接口传输给DSP，DSP收到指令后，将指令返给PC，PC界面将显示复位指令已发出；DSP将指令传输给系统的相应模块，模块收到指令之后，会返回收到指令的信息给DSP，DSP通过USB总线接口将信息传输给PC，PC界面将会显示复位命令发送正确。图4所示是调试通信接口时PC显示的界面。
从图中可以看出，PC界面显示的信息与预期的结果一致。经过多次试验，PC界面显示的信息与预期的结果均一致，从而可以说明设计的USB总线接口在全自动酶免分析系统中可以实现通信的功能。
5 结语
本文设计并制作了全自动酶免分析系统通信接口的硬件电路，编写了相关的软件程序，最后进行了调试。经过多次试验，可以得知设计的USB总线接口可以实现通信的功能。
参考文献
[1]刘新华.全自动酶联免疫分析系统的应用[J].中国医药导报，2006，3（20）：128-131.
[2]龙章涌.浅谈几种串行通信总线接口技术[J].科技资讯，2010：10.
[3]刘吉名，裘东兴.基于CY7C68013的USB2.0数据传输模块设计[J].电子测量技术，2008，（3）：94-96.
[4]田拥军，曾建平，赵光强. 智能限电电表的开发研究[J].机械与电子，2006（7）：74.
[5]孟浩等.基于EZ-USB FX2的CMOS图像采集系统设计与实DSP现[J].仪器仪表学报，2007，4（28）：333-334.
[6]郭裕兰，欧建平，陈付彬，张军.USB2.0在DSP调试系统中的应用设计[J].国外电子测量技术，2008，27（9）：52-54.
Abstract：This paper builds a USB communication interface based the full-automatic ELISA system，expounds the overall design of the USB communication interface and gives the hardware circuit design and software of the interface. The USB communication interface uses a differential way communication with PC and SLAVE FIFO communication with DSP. After many experiments in the full-automatic ELISA system ， the USB communication interface can fulfill the data communication.
Key Words：USB communication interface；Differentially；SLAVE FIFO mode 0
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