ＵＳＢ數據采集系統設計

摘要：在工業控制領域，微處理器的應用非常普遍；USB總線因其具備高速傳輸，即插即用等諸多優點，在各個領域得到廣泛應用；二者的結合使用，非常適合現場數據采集等方面的應用。文中介紹一種USB數據采集系統，應用單片機作為微處理器。此方法開發快捷，編程簡單，具有一定的實用性和先進性。

關鍵詞：USB100；數據采集；ADμC812；At90s8515

中圖分類號：TP334文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)30-0656-01

Design of USB Data Collecting System

WANG Jiang-zhou

(School of Continuing Education， Xi'an Institute of Post and Telecommunications， Xi'an 710061， China)

Abstract: In the field of industrial control， the application of the microprocessor is very general. In recent years， the universal serial bus (USB) is used widely in each field because of a good many merits， such as high speed transmitting and play-and-plug. Combination of them is suitable for on-the-spot data collecting. This paper introduces a kind of USB data colleting system that uses the single-chip computer as the microprocessor. It is swift to be developed and easy to be programmed， having certain practicability and advance.

Key words: USB100；data collecting；ADμC812；At90s8515

1 引言

現代工業生產和科學研究對數據采集的要求日益提高，在一些實時信號測量和圖像處理等領域要進行高速精確數據采集，通用串行總線（USB數據總線）已經在各種計算機中得到普及，并成為計算機的標準外設，它具有安裝方便、通用、高速傳輸、支持熱插拔即插即用可開發成本低等優點。在工業控制領域經常需要采集數據并將數據傳輸到計算機中進行處理，工業控制中應用廣泛的是微處理器。USB總線和微處理器結合，非常適合現場數據采集等，在工業控制中有廣闊的應用前景。文中介紹一種USB采集系統，是二者有效結合使用的例子。

2 數據采集系統開發概述

USB控制器主要有兩種：一種是帶USB接口的單片機（MCU）；另一種是專用的USB接口芯片。本系統選擇專用的USB接口芯片，這就必須有一個位處理器進行協議處理和數據交換。專用USB接口芯片的優點是價格便宜。接口方便和可靠性高，它尤其適合于產品的改型設計，硬件上僅需對并行總線和中斷進行改動，軟件則需要增加微處理器的USB中斷處理和數據交換程序以及PC機的USB接口通信程序，無需對原有產品系統結構作很大的改動。

一般USB接口芯片都支持多種并行總線結構，可方便地與多種單片機接口。硬件設計中要注意USB接口芯片的時鐘速度較高。如果芯片內部沒有PLL倍頻，則單片機晶體振蕩頻率應該注意與之匹配，USB設備的軟件設計主要包括兩部分：1）、USB設備端的單片機軟件，完成USB協議處理與數據交換以及其他應用功能軟件，完成USB協議處理與數據交換以及其他應用功能程序；2）、PC機端的程序由USB通信程序和用戶服務程序兩部分組成。用戶服務程序通過USB通信程序與系統USBDI（USB device interface）通信，由系統完成USB協議處理與數據傳輸。PC端程序的開發難度較大，而文中介紹的系統不需要用戶熟悉USB協議以及Windows體系結構等就可以很快開發。下面從硬件和軟件兩方面介紹一個便攜式USB數據采集系統的開發。

3 硬件設計

對于USB接口芯片，選擇了USB100，它是目前開發較方便的USB接口產品，不必為其編寫驅動程序。USB100模塊的數據通信速度最高為8Mb/s，它是完全集成化的USB通信接口模塊，完全滿足USB1.1標準。內部多達384字節的發送緩沖區和128字節的接收緩沖區，滿足高速通信與單片機接口的需要。單片機可選擇帶A/D、D/A轉換的類型，也可以選擇普通單片機，然后再選擇A/D、D/A模塊。

第1種 選擇高性能的單片機，例如ADμC812作為系統處理器。ADμC812在單個芯片內集成了8路12位ADC采集系統、2路12 位DAC、80C52MCU內核、8kb的閃速／電可擦除程序存儲器、640字節的閃速／電可擦除數據存儲器、看門狗定時器、電源監視器。I2C兼容的SPI和標準的UART串行I/O模塊及靈活的電源管理方案等等，真正實現了單片機應用系統的單片機。數據采集系統的組成如圖1所示。

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