基于HID的人機接口設備的設計及應用

論文編號:TX274  論文字數:20215,頁數:59

摘  要

 通用串行總線（USB），是連接計算機系統與外部設備的一個串口總線標準，也是輸入輸出接口的技術規范，被廣泛應用于個人電腦和移動設備等信息通訊產品，并擴展至攝影器材、數字電視（機頂盒）、游戲機等相關領域。
 HID(Human Interface Device)類設備是USB設備類型中的一種，是直接與人交互的設備，如鍵盤、鼠標等。HID類設備并不一定是標準的外設類型，只要交換的數據格式存儲在報文的結構中，并且設備固件支持報文的格式，則任何工作在該限制之內的設備均可稱為HID設備，如電壓計、溫度計、讀卡器等。因此，人機接口設備有巨大的應用市場。
 針對以上需求，本文致力于開發一個基于HID的人機接口設備，在上位機編寫相應的應用軟件，實現人機接口設備與主機的通信。
 本文首先闡述了開發基于HID的人機接口設備在經濟和技術上的意義，繼而描述了系統架構，基于VC的上位機軟件開發，以及設備端固件代碼的編寫。文中對USB接口通信協議做了簡要的介紹，并介紹了基于VC的Windows下USB接口驅動軟件開發。
 最后，本文對在研究和開發人機接口設備工作中的不足之處和需要改進的地方進行了總結，同時也展望了低成本的人機接口設備的市場潛力和USB發展的美好前景。

關鍵詞： HID類 人機接口設備USB通信協議

HID device based on HID class
ABSTRACT

 Universal Serial Bus is a serial bus standard which connects the computer system and the peripheral equipments. It is the input output interface specification as well. It is widely used in communication products such as personal computers and mobile devices. It is extending to the related fields, such as Camera Equipment, Digital Television (STB), and Game Console.
 HID class which short for Human Interface Device, is one of the USB device class. As we know, the Typical HID device are mouse, keyboard etc. HID class device didn’t always be the standard USB device. If only the data format is contained by the report structure which is supported by the USB firmware. Then we can call all of those devices as HID device, such as Voltmeter, Thermometer, Card reader and so on. Therefore, the human interface device has a vast potential market.
 So as this, this project aims to develop a HID device based on HID class .To implement the communication between PC host and the device, I need to program the PC application program software etc.
 Firstly, this paper set forth the economic and technical importance of the HID device based on HID class. And then describe the system framework. Also, briefly describe the USB specification.
 This paper concludes the shortage during the developing. And also prospect the bright future for the low-cost HID device.

Key words: HID class, HID, USB specification

目  錄

摘  要 I
ABSTRACT II
1  緒  論 1
1.1選題背景 1
1.2選題目標 1
1.3需求分析 2
1.3.1用戶需求分析 2
1.3.2功能需求分析 2
1.4主要內容 2
1.5本章小結 3
2  USB接口技術介紹 4
2.1 USB接口技術 4
2.1.1 USB簡介 4
2.1.2 USB 的總線拓撲結構 4
2.1.3 USB系統分層 5
2.1.4 USB的編碼方式 6
2.1.5 USB的即插即用 7
2.2 USB接口HID設備類 7
2.2.1 HID設備類簡介 7
2.2.2 HID數據傳輸方式 8
2.2.3 HID設備枚舉過程 8
2.2.4 HID設備類描述符 9
2.3本章小結 10
3  人機接口設備系統設計 11
3.1系統框架 11
3.2人機接口設備平臺簡介 12
3.2.1 USB控制器方案 12
3.2.2 ST2211U芯片簡介 13
3.3 主要功能 14
3.4 本章小結 14
4  基于VC的HID上位機軟件開發 15
4.1  Windows驅動程序模式 15
4.1.1 Windows驅動方式 15
4.1.2 WDM驅動程序的分層結構 15
4.2 USB接口HID類驅動原理 16
4.2.1 USB設備驅動體系 16
4.2.2 與HID設備通信的主要API函數 17
4.3基于VC的應用程序開發 18
4.3.1 開發流程 18
4.3.2 打開設備功能模塊 19
4.3.3 LCD顯示功能模塊 23
4.3.4 鍵盤功能模塊 23
4.4 本章小結 24
5  HID設備軟硬件設計與實現 25
5.1 HID設備系統設計 25
5.2 HID功能模塊設計與實現 25
5.2.1 USB HID驅動開發 25
5.2.2 LCD驅動開發 29
5.2.3鍵盤驅動開發 30
5.3本章小結 32
6  整機系統調試 33
6.1 調試流程 33
6.2 Bus Hound調試工具簡介 33
6.3 HID設備接口通信調試 33
6.4基于VC的應用軟件調試 34
6.5測試結果 36
7  總結與展望 39
參考文獻 40
附  錄 41
謝  辭 54