2 軟件系統(tǒng)的設(shè)計

　　該電化學(xué)沉積試驗(yàn)儀器的軟件可分為三部分，固件程序、驅(qū)動程序和終端應(yīng)用程序。

　　2．1 固件程序

　　該USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)固件所完成的任務(wù)主要有以下兩項(xiàng)：

　?。?）響應(yīng)主機(jī)USB請求，獲得系統(tǒng)配置，實(shí)現(xiàn)電化學(xué)沉積儀器與主機(jī)之間的即插即用功能；

　　（2）以100次／s的采樣頻率對信號進(jìn)行采樣，并把采樣得到的電壓或者電流信號傳送給USB主機(jī)。

　　在該USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中用到三個端口：控制端口、IN端口和OUT端口。其中，控制端口完成響應(yīng)USB標(biāo)準(zhǔn)請求的功能，IN端口用于把采集到的數(shù)據(jù)傳送給USB主機(jī)，OUT端口接收USB主機(jī)發(fā)送的控制命令。具體的軟件設(shè)計流程圖見圖4。

　　該USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)固件設(shè)計包括三個部分：

　　①設(shè)備枚舉，這個固件主要完成對USB標(biāo)準(zhǔn)請求的響應(yīng)。系統(tǒng)通過發(fā)送USB標(biāo)準(zhǔn)請求來獲得USB設(shè)備的配置和設(shè)備信息，并按照這些信息對USB進(jìn)行資源分配。

　　②數(shù)據(jù)采集。

　?、垌憫?yīng)設(shè)備請求，即響應(yīng)設(shè)備的讀寫請求，USB主機(jī)通過IN端口向USB采集系統(tǒng)發(fā)送控制數(shù)據(jù)采集的指令，通過OUT端口接收USB設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)。

　　對于USB采集系統(tǒng)，通過IN端口接收USB主機(jī)發(fā)給控制器的命令，這些命令信息包含采樣信號類型、采樣啟動／停止標(biāo)志位等。其中采樣信號類型用第一個字節(jié)表示，采樣啟動／停止標(biāo)志用第二個字節(jié)表示。IN端口也是USB的任務(wù)處理端口，接收命令碼通過對IN端口的事件處理程序?qū)崿F(xiàn)。當(dāng)IN端口接收到數(shù)據(jù)后，控制器讀出接到的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼和處理。

　　USB主機(jī)通過OUT端口接收AT90USB1287發(fā)送給USB主機(jī)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)采用中斷的方法通過A／D轉(zhuǎn)換而得到結(jié)果。

　　2．2 USB驅(qū)動程序

　　USB驅(qū)動程序的作用是連接主機(jī)和USB設(shè)備。常用的Windows系統(tǒng)USB驅(qū)動程序設(shè)計軟件有DDK，DriverStudioS和WINDRIVER等。本文采用了開發(fā)相對靈活的DriverStudioS，該軟件配合DDKXP可以生成驅(qū)動程序框架。通過添加和修改生成的驅(qū)動程序框架即可完成該系統(tǒng)驅(qū)動程序開發(fā)。由固件程序可知，電化學(xué)沉積儀器需要三個USB端口，即：控制端口0、IN端口1以及OUT端口2。利用Driver-StudioS的開發(fā)包DriverWorks生成的驅(qū)動程序并加以修改實(shí)現(xiàn)了對兩個端口的讀寫操作。在這里定義IN端口和OUT端口的類型均為BULK類型。通過修改、安裝INF文件，最終完成驅(qū)動程序的開發(fā)。

　　2．3 終端應(yīng)用程序

　　終端應(yīng)用程序流程圖見圖5。該應(yīng)用程序采用VC 6.0編譯器進(jìn)行編程，當(dāng)下位機(jī)上電并與計算機(jī)連接之后，應(yīng)用程序首先要判斷電化學(xué)沉積實(shí)驗(yàn)儀器是否和主機(jī)連接正常。如果出現(xiàn)異常就要求系統(tǒng)重新連接，直到檢測到設(shè)備能正常通信為止。該應(yīng)用程序的界面操作不受后臺數(shù)據(jù)處理的影響，具體過程為；首先查找USB設(shè)備（電化學(xué)沉積儀器的設(shè)備句柄），獲得設(shè)備句柄，封裝對USB設(shè)備操作的動態(tài)鏈接庫，最后對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和顯示。應(yīng)用程序和下位機(jī)之間的通信通過命令解析協(xié)議進(jìn)行。應(yīng)用程序可以設(shè)定試驗(yàn)類型，并對試驗(yàn)進(jìn)行控制。這些操作實(shí)際上是向緩沖區(qū)讀寫數(shù)據(jù)的過程。根據(jù)通信協(xié)議，該過程中每一種命令都有其對應(yīng)的轉(zhuǎn)義字符。

　　系統(tǒng)需要采集實(shí)時數(shù)據(jù)并實(shí)時顯示，因此系統(tǒng)需使用WM TIMER消息來觸發(fā)設(shè)置定時器事件，以實(shí)現(xiàn)USB采集系統(tǒng)1 s采集100組電壓、電流信號的數(shù)據(jù)。在利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時繪圖顯示時，由于系統(tǒng)不斷更新屏幕，會出現(xiàn)視圖閃爍的情況。為了解決屏幕閃爍問題，現(xiàn)在最常用的方法就是采用雙緩存的繪圖方法。具體做法如下：在OnDraw（）函數(shù)中，在圖形繪制以前使用函數(shù)CreateCompatibleDC（）和CreateCompatible-Bitmap（）創(chuàng)建內(nèi)存設(shè)備上下文以及系統(tǒng)將要繪制到的位圖對象，然后執(zhí)行所有的繪圖操作，最后使用Bitmap（）將整個內(nèi)存位圖移到可視窗口上。這樣就完全消除了屏幕抖動的現(xiàn)象，可以看到曲線平穩(wěn)的移動。

　　3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　軟、硬件及系統(tǒng)綜合調(diào)試之后，進(jìn)行試驗(yàn)測試。配置不同濃度的溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用ITO玻璃作為工作電極（陰極），甘汞電極作為參比電極，鉑片作為對電極。先進(jìn)行試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置（包括：實(shí)驗(yàn)類型、工作電壓電流值、工作頻率及試驗(yàn)時間等）。點(diǎn)擊完成設(shè)置，開始試驗(yàn)，即得到試驗(yàn)動態(tài)曲線。

　　圖6是恒電位條件下的I-t實(shí)時曲線的圖形界面。同樣可以得到恒流和脈沖電位實(shí)驗(yàn)的V-t，I-t曲線圖形。由于試驗(yàn)的需要，試驗(yàn)人員往往需要保存每次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和圖形，以便對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理。因此，該應(yīng)用程序添加了圖形保存功能。只要在需要保存的圖形上點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，即可把試驗(yàn)圖形保存成BMP格式的圖片，并帶有試驗(yàn)的詳細(xì)信息。

　　4 結(jié) 語

　　在實(shí)時的電化學(xué)沉積試驗(yàn)監(jiān)測中，該接口具有速度快、性能高、占CPU資源少的特點(diǎn)。USB 2．0協(xié)議的理論傳輸速度為480 Mb／s，實(shí)際傳輸速度往往要低于理論傳輸速度，但完全能滿足實(shí)驗(yàn)室電化學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)通信的需要。該接口使用方便、成本低，屬于小型高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它為電化學(xué)沉積實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在線的精確監(jiān)測診斷提供了數(shù)據(jù)支持。