高小榕 中央財經(jīng)大學信息系 吳 靖

     國家醫(yī)藥管理局國際合作司 范曉東

     來源：《電子技術應用》

     摘要：通用串行總線（usb）作為一種嶄新的微機總線接口規(guī)范，其特點使其非常適合作為主機和醫(yī)學儀器之間的通信接口，從而實現(xiàn)主機和多臺醫(yī)學儀器之間簡單、快速、可靠的連接和通信。介紹了基于usb總線的數(shù)據(jù)采集設備的開發(fā)方法，包括硬件設計、firmware（固件）設計、基于windows驅動程序模型（wdm）的設備驅動程序設計以及應用軟件的設計。

     關鍵詞：通用串行總線

     數(shù)據(jù)采集

     隨著醫(yī)學信息網(wǎng)絡化的需要，經(jīng)常需要將各種醫(yī)學儀器（如腦電圖、心電圖等）與主機相加，以便于從這些醫(yī)學儀器獲得所需的各種醫(yī)學信息。同時，在需要的進修還可以通過主機對這些醫(yī)學儀器的操作進行控制。

     傳統(tǒng)的外設與主機的通訊接口一般是基于pci總線、isa總線或者是rs-232c串行總線。pci總線雖具有高的傳輸速度（132mbps），支持“即插即用”功能，但其缺點是插拔麻煩，且擴展槽有限（一般為5～6個）。isa總線顯然存在著同樣的問題。rs-232c串行總線雖然連接簡單，但其缺點是傳輸速度慢（56kbps），且主機的串行口數(shù)目有限。

     usb（universal serial bus，通用串行總線）是由intel、microsoft、ibm及nec等共同制定的微機總線接口規(guī)范[1]。由于usb具有較高的傳輸速度（usb協(xié)議1.1支持的最高傳輸速度為12mbps，而usb協(xié)議2.0支持的最高傳輸速度更為高達480mbps），支持即插即用和熱插拔功能，usb設備的連接電纜最長可達5m，且可通過usb集線器進行層式星形拓撲連接（一臺主機最多可連接127個usb設備，且可實現(xiàn)最多5級的拓撲連接），因此其非常適合作為主機和醫(yī)學儀器之間的通信接口。

     為便于臨床上采集病人的某些生理信號（如心電信號，腦電信號等）[2][3]，設計了基于usb總線的醫(yī)學數(shù)據(jù)采集設備，其最多支持32個通道的同步數(shù)據(jù)采集，最高采樣率為1khz，采樣精度為16bit，主機的操作系統(tǒng)為win98。主要完成了四個方面的工作：硬件設計、firmware(固件)設計、設備驅動程序設計以及應用軟件的設計。

     1 硬件設計

     usb數(shù)據(jù)采集設備的硬件構成見圖1.從圖1可知，32路模擬輸入信號由多路模擬開關控制將其中的某一路信號接入串行a/d（選用b-b公司的ads7809），a/d轉換的結構經(jīng)光電隔離后串行輸出到移位寄存器，移位寄存器將此結果轉為并行數(shù)據(jù)并寫入fifo存儲器，80c52系統(tǒng)將數(shù)據(jù)從fifo存儲器中讀出并通過usb控制器送到主機。

     當前可供選擇的usb控制器很多，如朗訊公司的uss820、國家半導體公司的usbn9602.另外，還有將微控制器和usb控制器集成在一起的芯片，如intel公司的8x930hx和8x930ax，其中8x930hx支持usb集線器功能。在實際開發(fā)中選擇了朗訊公司的uss820，其主要特點是完全遵循usb協(xié)議1.1，支持12mbps的全速傳輸，支持四種傳輸方式，提供8個端點（endpoint），且每個端點的傳輸類型、傳輸方向均可自由配置。另外，它還為每個端點提供兩套fifo數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，總的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大小可達2240字節(jié)。

     2 firmware設計

     此外firmware（固件）是指被固化到89c52e2prom中的程序。firmware主要完成兩個方面的工作：控制a/d的采樣和通過usb控制器與主機通信。由于89c52系統(tǒng)控制a/d采樣的工作非常簡單，此處不做介紹。詳細介紹89c52系統(tǒng)通過usb控制器與主機通信的工作。

     因為89c52系統(tǒng)對usb控制器的操作是嚴格按照usb協(xié)議1.1進行的，因此先對usb協(xié)議1.1做一簡單的介紹。按照usb協(xié)議1.1的規(guī)定，usb的傳輸方式分為4種：控制傳輸（control

     transfer），塊傳輸（bulk transactions），中斷傳輸（interrupt

     transactions）和等時傳輸（isochronous transactions）�？刂苽鬏斨饕脕硗瓿芍鳈C對設備各種控制操作（如獲取設備的設