本发明专利技术公开了基于USB总线的飞行模拟机通用接口系统，基于USB总线的飞行模拟机通用接口利用计算机的USB总线作为计算机与接口系统的通讯媒介，接口系统硬件上由接口母板和各类接口子板构成，每块接口母板最多可以驱动8块接口子板实现对端口数量的扩展，而计算机可以同时带动多块接口母板，理论上可以高达127块，且支持PnP技术。接口母板与接口子板的配合工作完成计算机与飞行模拟座舱设备的数据交换，接口子板的种类包括开关量输入子板、开关量输出子板、模拟量输出子板，模拟量的输入工作由接口母板完成。接口母板的固件将接口系统模拟成计算机的人机接口设备(HID)。USB接口母板中设计了Fireware软件实现和模拟机的通信。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及基于USB总线的通用接口，特别涉及一种可以应用于飞行模拟机的基于USB总线的通用接口。
技术介绍
飞行模拟机的接口系统是连接计算机主机与飞行座舱的唯一通路，飞机驾驶舱中的所有仪表和信号牌、指示灯都由它按计算机指令驱动，飞行驾驶舱中的开关(离散数据)，位置传感器(模拟数据)都由它接收并发送给计算机主机。因此接口系统在飞行仿真中有据足轻重的地位，是飞行模拟机驾驶舱和计算机主机之间的桥梁。传统的飞行模拟机接口电路由计算机并行总线直接驱动，电路复杂、驱动开发难度大、价格昂贵、抗干扰能力差、传输距离较近。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术设计了基于USB总线的飞行模拟机通用接口系统，USB设备根据其内部单片机固件(Firmware)的不同，可被计算机识别为不同的设备。如可构造成人机接口设备(HID Human Interface Device)鼠标、键盘、游戏操纵杆、数据手套等；可构造成外部存储设备(MSD Mass Storage Device) U盘、移动硬盘、夕卜置光驱等；可构造成通讯设备(⑶C CommunicationDevice)虚拟串口、USB网卡、调制解调器等；还可构造成用户专用设备(Custom Class/Vendor Class)比如USB接口的PIC单片机的I⑶2调试器。基于USB总线的通用飞行模拟机接口系统利用计算机的USB总线作为计算机与接口系统的通讯媒介，接口系统硬件上由接口母板和各类接口子板构成，每块接口母板最多可以驱动8块接口子板实现对端口数量的扩展，而计算机可以同时带动多块接口母板，理论上可以高达127块，且支持PnP技术。接口母板负责与计算机通讯，接受计算机发送来的数据，并按数据类型发送给相应类型的输出接口子板。同时接口母板接受接口子板的输入数据，并编码后通过USB总线发送给计算机。接口母板与接口子板之间通过时钟频率高达IOMHZ的SPI同步串型总线连接。接口母板与接口子板的配合工作完成计算机与飞行模拟座舱设备的数据交换，接口子板的种类包括开关量输入子板、开关量输出子板、模拟量输出子板，模拟量的输入工作由接口母板完成。软件系统包括在飞行仿真计算机上运行的接口通讯程序和在接口母板中运行的代码。在计算机上运行的接口程序采用Microsoft公司的Visual Studio C++开发,接口母板固件采用Microchip公司的C18开发。接口母板的固件将接口系统模拟成计算机的人机接口设备(HID)，在Windows XP操作系统中已经内置了该类HID设备驱动程序，从而避免了开发USB设备驱动，而该类驱动程序的开发工作往往极其复杂、繁琐。为了实现上述目的，本专利技术的原理如下I. USB接口母板的硬件设计3硬件的实现思路、设计理念主要包括以下几个部分接口母板的硬件设计；开关量输出子板的硬件设计；开关量输入子板的硬件设计；模拟量输出子板的硬件设计。USB接口系统的母板采用PIC18F4550原生USB接口的单片机为核心部件，实现计算机与其上SIE引擎通过USB总线通讯，并控制接口子板进行应有操作。该板可以用跳线选择外接电源或计算机USB接口供电；能完成12路模拟输入量的高速采集；能检测自身电源工作状况并发出警示；红绿LED指示灯可指示工作状况；复位按钮可对系统复位；编程按钮可对单片机内用户编写的固件执行在线升级；20针的JPl插座用于模拟量的采集和ICD2调试使用；14针的JP2提供SPI和I2C总线和器件选择总线用于连接接口子板。开关量输出子板工作在开出低工作方式，一般应通过JP3外接5V电源供电,在母板带动子板较少时也可通过跳线改为USB供电；具有短路自恢复功能和防浪涌信号冲击能力JPl为板地址设置跳线JP2为连接母板底接口，Jl为DB37型插座，提供32路输出控制，驱动信号指示灯等设备的电源由外部提供。开关量输入子板采用开入高，正逻辑检测。一般应通过JP3外接5V电源供电，在母板带动子板较少时也可通过跳线改为USB供电；在外接的开关信号电源可通过开关量输入子板提供；开关量输入子板通JP2与母板相连JPl可设置子板地址。模拟量输出子板通过JP2接收母板SPI总线发来的控制、数据信号。需外接具有±15V和+5V电源才能工作。R102和Rl 12高精度可调电阻分别负责调节O点电压和最高电压。它能驱动单指针仿真航空仪表和电动地平仪、HSI等复杂飞行模拟机仪表。18F4550固件的开发流程。固件代码采用MPLAP IDE V7. 52集成环境开发，采用C语言开发，使用C18编译器编译。开发时，C语音的代码通过MPLAP调用C18编译器，编译生成HEX后缀名的18F4550机器码文件。运行TOFSUSB. EXE文件将工作于等待更新状态下的电路板固件进行在线更新，就可重新复位电路板，运行固件进行测试了。本固件代码集成在MCHPUSB. MCP工程中。2. USB接口母板的Fireware软件设计USB接口母板使用的18F4550单片机需内置固件(软件)才用正常工作。在接口母板的设计中采用了人机接口设备(Human InterfaceDevice HID)。当一个USB设备连接到PC机的USB端口后，PC机需要寻找合适的驱动给该设备，并为其分配相应的地址，初始化硬件。该过程分为四个步骤上电状态、缺省状态、地址分配状态和配置状态。该过程是PC机经过一定步骤发现有新的USB外设连接，PC机按顺序获取产品生产厂家、产品信息、配置信息、生产商ID等信息，进行相应操作，完成初始化硬件工作。附图说明图I为USB模拟机接口系统框图。图2为USB接口母板工作流程。具体实施例方式为了使本专利技术的设计特征、技术手段易于明白理解，以下结合具体实施例进一步阐述本专利技术。实施例如图I所示是USB模拟机接口系统框图。基于USB总线的接口母板核心采用Microchip公司的18F4550单片机，该芯片为40脚DIP封装或46脚贴片封装。芯片的23 脚和24脚通过22 Ω电阻连接PC机USB端口的D-和D+数据通讯线。18脚VUSB连接电容提供稳定的3. 3V电压供USB通讯使用。芯片采用20MHZ石英晶体提供时钟信号，该信号经18F4550内部PLL最终生成48MHZ时钟信号供18F4550使用。I脚为Reset弓丨脚，通过4. 7K上拉电阻接电源，当按压连接其的按钮开关时，芯片复位。38脚RB5连接编程写入按钮，当按压下该按钮后再按压复位按钮，再松开复位按钮，此时不释放编程写入按钮，单片机能引导程序自动进入编程写入状态。母板将被PC机识别为18FXXX设备。ANO ANll为模拟量输入引脚可提供每通道10μ S的IObit高速模数转换。其中ANl连接4. 7Κ电阻接电源，用于检测系统电压，也可通过程序屏蔽该功能。5脚为AN3/VREF+多功能复用管脚，可通过编程设置为外部参考电压输入，提供更高的转换精度。19和20脚分别连接红绿两色LED用于指示芯片工作状态。34脚为SCL提供SPI串行总线时钟。33脚为SDA用于SPI总线数据的输入和输出。RDO RD7在程序中设置为输出端口，用于选择不同的子板。当使用最多8块子板时，需在程序中屏蔽状态显示LED。25脚为芯片RS232串口的发送TX本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于USB总线的飞行模拟机通用接口系统，其特征在于，利用计算机的USB总线作为计算机与接口系统的通讯媒介，接口系统硬件上由接口母板和各类接口子板构成，每块接口母板最多可以驱动8块接口子板实现对端口数量的扩展，而计算机可以同时带动多块接口母板，理论上可以高达127块，且支持PnP技术。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈又军，苏彬，周毅，
申请(专利权)人：中国民用航空飞行学院，
类型：发明
国别省市：
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