基于HID的人机接口设备的设计及应用

基于HID的人机接口设备的设计及应用

摘  要

通用串行总线（USB），是连接计算机系统与外部设备的一个串口总线标准，也是输入输出接口的技术规范，被广泛应用于个人电脑和移动设备等信息通讯产品，并扩展至摄影器材、数字电视（机顶盒）、游戏机等相关领域。

HID(Human Interface Device)类设备是USB设备类型中的一种，是直接与人交互的设备，如键盘、鼠标等。HID类设备并不一定是标准的外设类型，只要交换的数据格式存储在报文的结构中，并且设备固件支持报文的格式，则任何工作在该限制之内的设备均可称为HID设备，如电压计、温度计、读卡器等。因此，人机接口设备有巨大的应用市场。

针对以上需求，本文致力于开发一个基于HID的人机接口设备，在上位机编写相应的应用软件，实现人机接口设备与主机的通信。

本文首先阐述了开发基于HID的人机接口设备在经济和技术上的意义，继而描述了系统架构，基于VC的上位机软件开发，以及设备端固件代码的编写。文中对USB接口通信协议做了简要的介绍，并介绍了基于VC的Windows下USB接口驱动软件开发。

最后，本文对在研究和开发人机接口设备工作中的不足之处和需要改进的地方进行了总结，同时也展望了低成本的人机接口设备的市场潜力和USB发展的美好前景。

关键词： HID类 人机接口设备USB通信协议

目  录

摘  要 I

ABSTRACT II

1  绪  论 1

1.1选题背景 1

1.2选题目标 1

1.3需求分析 2

1.3.1用户需求分析 2

1.3.2功能需求分析 2

1.4主要内容 2

1.5本章小结 3

2  USB接口技术介绍 4

2.1 USB接口技术 4

2.1.1 USB简介 4

2.1.2 USB 的总线拓扑结构 4

2.1.3 USB系统分层 5

2.1.4 USB的编码方式 6

2.1.5 USB的即插即用 7

2.2 USB接口HID设备类 7

2.2.1 HID设备类简介 7

2.2.2 HID数据传输方式 8

2.2.3 HID设备枚举过程 8

2.2.4 HID设备类描述符 9

2.3本章小结 10

3  人机接口设备系统设计 11

3.1系统框架 11

3.2人机接口设备平台简介 12

3.2.1 USB控制器方案 12

3.2.2 ST2211U芯片简介 13

3.3 主要功能 14

3.4 本章小结 14

4  基于VC的HID上位机软件开发 15

4.1  Windows驱动程序模式 15

4.1.1 Windows驱动方式 15

4.1.2 WDM驱动程序的分层结构 15

4.2 USB接口HID类驱动原理 16

4.2.1 USB设备驱动体系 16

4.2.2 与HID设备通信的主要API函数 17

4.3基于VC的应用程序开发 18

4.3.1 开发流程 18

4.3.2 打开设备功能模块 19

4.3.3 LCD显示功能模块 23

4.3.4 键盘功能模块 23

4.4 本章小结 24

5  HID设备软硬件设计与实现 25

5.1 HID设备系统设计 25

5.2 HID功能模块设计与实现 25

5.2.1 USB HID驱动开发 25

5.2.2 LCD驱动开发 29

5.2.3键盘驱动开发 30

5.3本章小结 32

6  整机系统调试 33

6.1 调试流程 33

6.2 Bus Hound调试工具简介 33

6.3 HID设备接口通信调试 33

6.4基于VC的应用软件调试 34

6.5测试结果 36

7  总结与展望 39

参考文献 40

附  录 41

谢  辞 54