60000字论文范文肺功能机原理及单片机通用串行总线模块的研究
论文类型：论文范文
论文字数：60000字
论点：单片机,功能,总线
论文概述：
本论文首先对USB总线的特点和总线结构进行了分析，并介绍了肺功能机的原理和PIC单片机USB模块的结构和相关寄存器定义。
论文正文：
第一章绪论
1.1选题依据和研究现状
本研究课题的任务是升级和改进普利曼公司原有的CMS-2肺功能测试仪。改进的目的是保持其固有的显示和打印等功能。同时，它可以通过计算机操作和使用标准打印机与计算机连接以打印测试报告。考虑到目前计算机上的异步串行端口正在减少，甚至便携式计算机也没有这样的接口，而是使用通用串行总线接口。因此，基于通用性和可移植性的考虑，本课题的主要研究任务是开发一个通用的USB接口，并在肺功能机上实现。通用串行总线是通用航空总线的缩写，最早提出于1995年。1996年1月，通用串行总线接口框架发布了通用串行总线规范白皮书1.0版，随后是几年的开发和预发布。
1998年10月发布了1.1版，相对于1.0版进行了修订和扩展。随着1998年6月Windows98的发布，个人电脑开始支持通用串行总线。此时，许多制造商提供了通用串行总线外设，通用串行总线已经成为一种流行的接口。视窗98第二版修复了许多缺陷，并进一步加强了对通用串行总线的支持。支持USB2.0的版本于2000年4月27日发布。其速度达到480Mb/s，是USB1.1设备的40倍！和向后兼容的通用串行总线1.1版设备[2】。随后，在2001年12月底，USBOTG推出，使通用串行总线设备既可以作为主机，也可以作为设备[3]。USB总线具有通信速度快、连接方便、使用方便、数据传输可靠、省电等优点。它可以连接各种外部设备，如键盘、鼠标、手机、扫描仪、打印机、无线网卡等。通用串行总线在中低速外围设备方面有着广泛的发展，但最近引入了USB3.0，在大数据传输和高速领域也取得了快速发展。USB3.0标准接口的实际传输速率约为3.2Gb/s，而理论最大速率为4.8 GB/s，与USB2.0半双工传输接口不同，USB3.0接口采用全双工数据传输。
其电缆有五条数据线，其中两条用于发送数据，两条用于接收数据，另一条用作参考地。电源的负载能力已经增加到150毫安(USB2.0为100毫安)，最小工作电压已经从4.4V降低到4V，从而节省了更多的功率。USB3.0将在未来应用于外部硬盘、高分辨率网络摄像头、视频显示器、蓝光光驱和其他设备。PIC单片机是美国微芯片公司生产的高性能单片机。在众多的单片机系列中，PIC单片机以其低功耗、高性能、低价格的优势在单片机市场迅速崛起。1989年，Microcore公司推出了第一台8位单片机，随后连续几年不断创新。2003年，Microcore公司在8位单片机年度生产和销售中占据世界第一位。PIC单片机采用精简指令集的单片机结构，采用哈佛总线结构，程序空与数据空完全分离。目前，PIC单片机的应用已经非常普及，如家用电器、超速报警装置、小型控制系统等地方已经被[4] [5]所采用。
1.2肺功能机简介
肺功能测量是一项常规临床检查。它可以在早期检测肺和气道疾病，并评估疾病的严重性和治疗方法。肺功能机是一种通过检测呼气流速然后计算多个医学参数进行评估的仪器，[6][7]。原有肺功能机主要由键盘、显示器、指示灯、蜂鸣器、微型打印机和微控制器组成。
当测试仪通过呼气嘴快速呼气时，气体通过导流框形成强大的“灾难势”，灾难核在中心，循环在外。前进的“灾害势”从测量传感器外壳的收缩部分开始，灾害核的直径沿着流动方向收缩，而灾害旋转的强度相应地增加。靠近传感器触点；润轩进入展开部分。由于流速急剧下降，灾难涡中心的压力低于周围压力，从而产生回流。由于回流的产生，像刚体一样旋转的原子核被迫执行类似于膨胀截面中陀螺仪的强制稳定进动。原子核的进动靠近放大截面的壁，进动频率与流速成正比。..安装在外壳上的传感器触点由稳定的恒流源加热。当核灾难进动带走传感器触点周围的热量，从而导致触点两端的电势产生相应的周期性变化时，这种频率相对较高的微弱信号通过电子检测电路检测到，并以脉冲信号的形式传输到微处理器。经过处理器的分析计算，可以得到各种通风性能参数，显示器可以显示所有的测试过程和医疗参数，自备微型打印机可以打印所有的测试结果。
1.3本课题的研究内容
本课题基于对通用串行总线技术规范的分析和研究，结合传输特性，选择高强度气体放电类进行硬件和通信程序设计。肺功能机的改进主要从以下几个方面进行:下位机硬件改进设计、下位机程序改进设计和上位机应用程序设计。改进的目的是实时采集测试数据，并通过USB总线及时发送给计算机。设计了上位机人机界面，主要包括肺功能测试曲线显示和打印功能，进一步增强了肺功能机在人机界面和通信中的功能。
第二章通用串行总线简介..............................11-19
2.1 USB总线拓扑..............................11-13
2.2 USB物理接口..............................13
2.3 USB总线协议..............................13-19 [/BR/] 2.3.1数据包标识符..............................14-15 [/BR/] 2.3.2数据包格式..............................15-17
2.3.3交易格式..............................17
2.3.4 USB传输..............................17-19
第三章肺功能机下位机的设计..............................19-40
3.1 PIC单片机通用串行总线模块..............................19-21 [/BR/] 3.2硬件改进设计..............................21-25 [/BR/] 3.2.1电力DC/DC设计..............................21-23
3.2.2接口电路设计..............................23-25 [/BR/] 3.3 PIC单片机固件开发和编译工具..............................25-26 [/BR/] 3.4 USB设备识别..............................26-33
3.5固件编程..............................33-38
3.6系统流程和采集..............................38-40
第4章电脑应用程序设计..............................40-52
4.1读取和写入气体放电设备报告..............................40-45[/比尔/] 4.1.1开放式气体放电设备..............................40-44 [/BR/] 4.1.2读写气体放电报告..............................44-45[/br/ ] 4.2绘制曲线..............................45-50[/溴/] 4.2.1绘制曲线..............................46-48 [/BR/] 4.2.2打印预览和打印曲线..............................48-50[/溴/] 4.3测试结果输出……M......50-52
4.3.1列表输出..............................50-51
4.3.2主界面测试结果..............................51-52
小结
首先，分析了通用串行总线的特点和总线结构，介绍了肺功能机的原理、PIC单片机通用串行总线模块的结构以及相关寄存器的定义。然后，给出了肺功能机通信接口的设计方案。DC-DC转换芯片由5V变为3.3V，为单片机供电，增加电平转换芯片连接液晶屏和微型打印机。同时根据单片机引脚的耐压和驱动能力选择引脚。下层计算机程序首先根据通用串行总线协议编译数据结构，例如设备描述符和配置描述符。？然后，从PIC单片机的通用串行总线模块的中断响应出发，判断状态寄存器的标志位，并进入设置、输入和输出事务处理功能。解析设置事务包命令并响应请求命令。设置地址或状态，准备请求描述符数据，并将缓冲描述符表的控制权移交给SIE，以启用发送。HID类设备通过中断传输通过端口轮询总线状态。
当仪器操作命令发送到下位机时，下位机对该命令做出响应并进行测试。上位机程序是一个基于MFC向导的对话应用程序。包括测试仪信息输入模块、仪器操作和结果显示模块以及容量/时间图和流量/容量图的输出。结果显示模块通过添加到对话框资源的列表控件将测试参数以表格的形式输出到显示屏上，同时通过TeeChart控件完成两个图形的绘制。对话框应用程序支持打印预览和打印功能，所有测试结果都可以打印。