1、最新實用范文 精品文檔 論文文獻 全自動生化分析儀上下位機usb通信的研究與設計全自動生化分析儀上下位機usb通信的研究與設計 【摘要】 主要闡述了全自動生化分析儀通信數據采集模塊的硬件電路設計和軟件的開發。通過用usb代替rs232，實現了快速的數據通信能力，大大提高了國產生化分析儀的執行速度。 【關鍵詞】 全自動生化分析儀 c8051f340 usb 單片機驅動程序 上位機應用程序 生化檢驗是醫生確認病人病情的重要手段之一，通過對人體體液的檢驗可以測定其中的各項生化指標，如血常規、轉氨酶、血糖血脂、尿素氮、淀粉酶、免疫球蛋白等。當人體某些肌體組織發生病變時，病人體液中的生化指標將會出現差異

2、，因此常規生化指標的分析成為當前醫療檢測的重要手段，對于肝、腎、心血管疾病及糖尿病的診斷尤為重要1。 全自動生化分析儀（automatic chemistry analyzer）就是用自動生化分析技術以機械的方式模擬手工操作，完成取樣、去蛋白、加試劑、孵育反應、檢測、顯色、比色、計算結果和打印報告等多個步驟，并按照分析程序，把這些步驟連接起來，使一個分析項目的整個過程按預定的程序自動完成，可對多個樣品按同一方式連續處理或對一個樣品同時進行多個項目檢測2。其控制方案主要包括電子控制系統、通信數據采集單片機及pc機。 由于全自動生化分析儀的執行機構多，時序非常的復雜而且要求非常的嚴格。其電子控制系

3、統包括主控模塊、電機驅動模塊、通訊數據采集模塊、光電信號模塊、液位探測模塊、交直流驅動模塊以及輔助電源模塊。通信數據采集模塊用于采樣測量和控制系統的各狀態、溫度、光度計信號，以及與上下位機的通信。傳統上國產生化分析儀的通信數據采集單片機與pc機完成通信采用的是rs232/rs485的串口通信，現將其改為usb通信不僅可以使全自動生化分析儀方便的連入pc機，而且可以大大提高其數據通信能力，是加快其分析速度、數據傳輸的有效方法。 一、usb基本概念及特點 usb（universal serial bus，通用串行總線）中文簡稱為通串線，是一個外部總線標準，用于規范電腦和外部設備的連接和通訊，是應用

4、在pc領域的接口技術。usb是在1994年底有英特爾、康柏、ibm、micros等多家公司聯合提出的。usb版本經歷了多年的發展，到現在已經發展為3.0版本，成為目前電腦中的標準擴展接口。目前主板中主要是采用usb1.1和usb2.0，各usb版本間能很好的兼容3。具有以下特點： （1）host控制器基于pci，易于控制； （2）即插即用，無需手動設置地址、中斷； （3）支持熱插拔，系統不需要重啟便可以繼續工作； （4）易于擴展，理論上可以連接多大127個設備； （5）usb2.0以低成本實現了高達480mbps的傳輸速率，速度的提高對于用戶來說就是可以使用到更加高效的外部設備，而且具有多種速

5、度的周邊設備都可以連接到usb2.0的線路上，無需擔心數據傳輸時發生瓶頸效應； （6）接口標準統一，端口供電等。 二、上下位機通信電路的設計 在實現全自動生化分析儀的電子控制系統和上位機的數據通信時，通信數據采集模塊采用了具有全速usb flash 微控制器c8051f340。 c8051f340具有高速、流水線結構的8051兼容的微控制內核（可達48mips），使其與電子控制系統具有很好的兼容性，易于擴展。另外，具有模擬外設：10位的adc、兩個比較器、內部電壓基準、上電復位/掉電檢測器；它的usb控制器符合usb 2.0的規范，可以實現全速（12mbps）和低速（1.5mbps）的數據傳送

6、；集成時鐘恢復電路，無需外部晶體；支持8個端點；1kb的usb緩存；集成的收發器，無需外部電阻；具有高速的微控制器內核；4kram，64kflash；豐富的數字外設，穩定的時鐘源；可以實現片內調試，使用起來相當的方便4，5。 傳統上通過rs232接口芯片max232實現的串行通信，為了確保通信的可靠，一般使用兩片max232分別連在單片機端和pc機端，芯片之間的信號發送和接受采用光耦隔離，結構相對而言比較復雜。由于c8051f340本身集成眾多硬件電路的特性，所以硬件接口設計變得非常簡單，不需要再添加額外的電子元器件就能實現usb的數據傳輸。使得系統的硬件結構簡單， 集成度高， 可靠性好。 三

7、、軟件的設計 3.1 下位機軟件的設計 為了能夠實現c8051f340和上位機的通信，slicon公司的usbxpress開發包提供了一系列的函數，使得用戶可以不用了解usb協議以及設備的驅動，只需要掌握用戶端和設備端的應用程序接口（application function interface，api），便可以比較容易的實現數據傳輸。這些api函數以庫文件的形式提供，在keil c51工具鏈中被預編譯。所以下位機軟件的開發工具選用的是keil uvision36。 c8051f340程序開發中所用的主要函數有usb_clock_start（），usb_init（），block_read（），b

8、lockj_write（），usb_int_enable（），get_interupt_enable（），usb_suspend（）等，值得注意的是，在調用下面所涉及的函數之前，必須包含usb_api.lib的頭文件usb_api.h和silabs c8051f340的頭文件c8051f340.h，這樣程序才可以順利通過編譯。 這樣，c8051f340就可以將電子控制系統采集的數據及時的交給pc機，并且將pc的控制命令傳送給電子控制系統，操作全自動生化分析儀的運行。 3.2 上位機軟件的設計 該系統采用的是visual c+ 6.0作為上位機的開發環境。首先，新建一個mfc appwizard

9、（exe）類型的工程，在mfc appwizard的第一步選擇創建基于對話框（dialog based）的應用程序，然后單擊【finish】接受各步的默認設置，完成應用程序的創建。 與下位機開發相似，usbxpress也提供了一系列的api函數，用于上位機程序的開發。主機的api函數以windows動態鏈接庫（dll）的形式提供。在visual c+環境下，主機和c8051f340單片機之間的通訊用到的函數主要有：si_getnumdevices（），si_getproductstring（），si_open（），si_write（），si_read（），si_close（）等，值得注意的是，為了能順利通過程序的編譯，需要在工程源文件中添加siusbxp.h和siusbxp.dll 以及siusbxp.lib。 四、結束語 本文簡要介紹了全自動生化分析儀和usb的基本概念，并詳細全自動生化分析儀通信數據采集模塊的設計，包括硬件電路的設計和軟件的開發。用usb代替rs232可以大大提高全自動生化分析儀的數據傳輸能力，有利于提高數據處理的速度。在國產全自動生化分析儀中，值得推廣。 參 考