基于雙模式USB接口的多處理器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

現(xiàn)代軍事、工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備功能不斷完善、集成化程度越來越高，這就對(duì)配套的數(shù)據(jù)采集以及檢測(cè)系統(tǒng)提出了更高要求。特別是條件惡劣、野外以及空間狹小封閉的測(cè)試環(huán)境中，不僅要求系統(tǒng)能夠快速穩(wěn)定地完成數(shù)據(jù)采集，同時(shí)更需要將采集的數(shù)據(jù)保存于大容量存儲(chǔ)設(shè)備中，方便后續(xù)的分析處理[1]。目前，由于高速率、低成本、易擴(kuò)展的優(yōu)點(diǎn)，USB總線已成為計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間數(shù)據(jù)交換的主流總線協(xié)議。采用USB接口的各種大容量移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備具有高速、抗震、穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，特別適用于以上的數(shù)據(jù)采集場(chǎng)合。
　本文采用USB總線接口芯片CH375設(shè)計(jì)了具有主/從雙模式的多單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，既能完成與上位機(jī)的實(shí)時(shí)通訊，也可在環(huán)境條件惡劣時(shí)作為便攜式系統(tǒng)完成采集數(shù)據(jù)在USB移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備上的轉(zhuǎn)存。
1 雙模式USB接口芯片CH375簡(jiǎn)介
　CH375是南京沁恒有限公司生產(chǎn)的USB總線通用接口芯片,支持USB-HOST主機(jī)方式與USB-DEVICE/SLAVE設(shè)備方式，并可動(dòng)態(tài)切換。CH375具有8 bit數(shù)據(jù)總線，讀、寫、片選控制以及中斷輸出，可以方便地掛接到單片機(jī)等控制器的系統(tǒng)總線上。主機(jī)模式下，芯片還提供了串行通訊方式，控制器可以通過串口操作USB移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備。此外，CH375內(nèi)置了處理Mass-Storange海量存儲(chǔ)設(shè)備的專用通訊協(xié)議固件，支持常用的USB全速設(shè)備，兼容USB2.0設(shè)備(U盤、閃盤以及USB移動(dòng)硬盤)[2]。外部控制器可以通過該芯片直接以扇區(qū)為單位進(jìn)行讀寫操作控制。如果需要處理與PC機(jī)兼容的文件系統(tǒng)，可以利用廠家提供的C語言子程序庫實(shí)現(xiàn)USB存儲(chǔ)設(shè)備的文件級(jí)接口，從而降低開發(fā)難度、節(jié)約成本。
2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)[3]
本文介紹的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于某型數(shù)字式隨動(dòng)系統(tǒng)的性能測(cè)試，其硬件框圖如圖1所示。

　系統(tǒng)硬件主要由主控單片機(jī)、信號(hào)調(diào)理模塊、USB通訊模塊、從控單片機(jī)組以及鍵盤顯示模塊五部分構(gòu)成。工作時(shí)，先由主控單片機(jī)向從控單片機(jī)組發(fā)出測(cè)試開始指令，從控單片機(jī)組完成與被測(cè)隨動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控電路的通訊，一方面測(cè)試通訊情況是否正常，另一方面維持隨動(dòng)系統(tǒng)正常工作。通訊測(cè)試結(jié)果經(jīng)串行口由從控機(jī)組送回主控機(jī)，作為性能測(cè)試的部分結(jié)果數(shù)據(jù)。隨動(dòng)系統(tǒng)正常運(yùn)行后，信號(hào)調(diào)理模塊將被測(cè)信號(hào)濾波整理，分批送入主控單片機(jī)的ADC輸入端，主控單片機(jī)經(jīng)CH375將被測(cè)數(shù)據(jù)寫入U(xiǎn)SB存儲(chǔ)設(shè)備或發(fā)送至PC機(jī)直接處理。
　基于USB主機(jī)模式下文件級(jí)子程序庫編程的需要，主控單片機(jī)采用宏晶科技有限公司的STC12C5A60S2。該單片機(jī)工作頻率可達(dá)35 MHz,具有1280 B片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與60 KB片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器，8通道10 bit高速ADC，2個(gè)全雙工異步串行口[4]，完全滿足數(shù)據(jù)采集與CH375主/從雙模式的控制要求。
　USB主機(jī)接口電路如圖2所示。CH375芯片工作于并口方式，將其TXD引腳接地，并行接口掛接到單片機(jī)系統(tǒng)總線上。其8 bit雙向數(shù)據(jù)總線D0~D7直接與單片機(jī)的P0數(shù)據(jù)總線相連，地址輸入線A0，讀、寫選通引腳RD、WR和片選信號(hào)CS，分別連接至單片機(jī)的P5.0~5.3引腳。中斷請(qǐng)求輸出INT連接到單片機(jī)的中斷輸入INT0引腳，中斷請(qǐng)求為低電平有效。