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随着计算机技术的发展,USB成为了计算机与外部设备连接普遍使用的标准。它最大的特点是速度快、易于使用、易于拓展、支持热插拔,且很多操作系统对其提供了支持。随着USB速率的不断提高,稳定性不断地增强,其用途将越来越广。不仅是在非PC应用领域,也将成为嵌入式领域的发展趋势。USB接口技术将为PC主机和外设之间的数据传输提供更便捷的解决方案。论文分析了USB协议,研究了USB总线的系统拓扑结构,阐述了USB主机和USB设备所实现的功能。介绍了USB的数据传输类型和USB通信协议,并对设备架构进行了解析,对设备状态、描述符、标准请求及HID类设备等分别做了介绍。USB协议层是整个USB设备的核心单元,负责处理USB协议所规定的大部分内容。根据USB2.0协议层体系结构,分析收发器和串行接口引擎在USB系统中实现的功能。除此之外,研究了UTMI协议以及USB微控制器芯片。在对USB协议体系结构进行详细分析后,选用片上集成USB控制器的C8051F系列单片机,设计一个USB HID类设备系统,实现综测仪主控与其前面板的数据通讯。在设计之前,对智能仪表的发展背景及计算机外总线的分类进行了深入地讨论。将USB总线与传统仪表选用的GPIB总线和RS232总线等进行对比,体现了USB总线极大的速度优势。进行USB系统软件设计,包括设备固件程序和上位机端软件。设备固件程序采用前后台的设计理念,划分为2个模块:USB通用模块和USB设备协议模块。通用模块实现设备的初始化、按键扫描及发送报表;协议模块完成了中断处理,及主机与HID设备之间命令的发送与应答。上位机端软件包括设备驱动程序和客户应用程序。本文利用NI公司提供的NI-VISA驱动软件,针对此HID类设备生成一个适合Windows系统下的驱动INF文件,并进行安装实现设备驱动程序,以便主机能正确识别该设备。客户应用程序是利用USBXpress开发包中的上位机动态链接库实现。USB系统设计完成后,利用BUS HOUND软件抓取总线数据包,成功实现了USB数据通讯。