基于嵌入式USB接口的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計

摘要：USB接口的通用性和簡便性使其成為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與嵌入式系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦硐脒x擇。因此，設(shè)計一款以單片機控制MAX197芯片進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，以及通過USB接口芯片PDIUSBD12進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟杉?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/系統(tǒng)">系統(tǒng)，并詳細介紹了單片機固件程序和嵌入式驅(qū)動程序的具體實現(xiàn)。最后通過實際采集正弦波信號進行測試以驗證該系統(tǒng)的可用性，并針對出現(xiàn)的問題提出了相應(yīng)的改善措施。改善后的整個系統(tǒng)功耗低、可靠性高，傳輸速度能滿足實際的數(shù)據(jù)采集任務(wù)。
關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；USB接口開發(fā)；嵌入式系統(tǒng)；驅(qū)動程序開發(fā)；MAX197；PDIUSBD12

數(shù)據(jù)采集任務(wù)多在戶外進行，所以數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常要滿足實時性、專用性、可靠性和低功耗等性能，這些特性在嵌入式系統(tǒng)中都能得到很好的體現(xiàn)，因此本文將以WindowsCE的嵌入式平臺來開發(fā)效據(jù)采集系統(tǒng)。但是由于嵌入式系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)不易改變，所以在進行數(shù)據(jù)采集設(shè)備擴展時應(yīng)該選擇接口簡單靈活、數(shù)據(jù)傳輸率高和支持熱拔插的傳輸總線，而USB接口則能很好地滿足這些要求，同時USB還有總線供電和不受插槽、中斷等硬件資源限制的特性，因此USB接口是數(shù)據(jù)采集設(shè)備與嵌入式系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦硐脒x擇。綜上所述，本文將設(shè)計一款基于嵌入式USB接口的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以滿足實際的需要，下面將從硬件設(shè)計，程序?qū)崿F(xiàn)和實際測試3方面具體描述。

1 硬件設(shè)計
1．1 硬件結(jié)構(gòu)框架
本系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要由控制中心、模數(shù)轉(zhuǎn)換和USB協(xié)議實現(xiàn)3個部分組成，下面將針對這3個部分進行詳細的介紹。具體的結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。

1)控制中心。本系統(tǒng)采用單片機提供地址數(shù)據(jù)復(fù)用總線、選通信號(D12_CS和AD_CS)，讀寫信號(RD和WR)以及對中斷信號(D12_INT和AD_INT)進行檢測。
2)模數(shù)轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)采用MAX197芯片進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，該芯片具有采樣保持功能和12位的高精度輸出。單片機可向MAX197寫入其特定的命令從而選擇指定的通道進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束后，MAX197向單片機輸出低電平的AD_INT信號，單片機采用輪詢方式檢測到后通過HBEN信號控制MAX197輸出低8位和高4位的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。
3)USB協(xié)議實現(xiàn)。本系統(tǒng)采用PDIUSBD12作為USB設(shè)備端的控制芯片，該芯片實現(xiàn)了USB1．1傳輸協(xié)議。嵌入式系統(tǒng)要對USB設(shè)備進行讀寫均需通過信號D12_INT向單片機發(fā)送中斷，單片機響應(yīng)中斷后只需對PDIUSBD12的不同寄存器進行讀寫操作就可以利用USB進行數(shù)據(jù)傳輸。
1．2 固件程序設(shè)計
硬件設(shè)備需要固件程序的控制以保證其正常運行，本文所設(shè)計的固件程序主要用于識別USB設(shè)備以及采集與傳輸數(shù)據(jù)。固件程序的總體流程如圖2所示。