基于CH375的智能數(shù)據(jù)采集卡
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該設(shè)計(jì)采用外置9 V開關(guān)型穩(wěn)壓電源或USB端口供電，由于開關(guān)電源的低成本和高功率密度，普遍被現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)所采用，但其帶來的電磁干擾(EMI)問題也不容忽視。同時(shí)，ARM7主頻高達(dá)45MHz，必須考慮其EMI問題。該設(shè)計(jì)盡量選取低噪聲的放大器和ADC，遵循最短路徑的布線原則，確保前置通道具有較低的噪聲水平。設(shè)計(jì)中，采用數(shù)字地／模擬地分區(qū)覆銅，并一點(diǎn)接地的布線方式，避免電源和數(shù)字部分對模擬地電位產(chǎn)生浮動(dòng)和干擾。同時(shí)，采集卡外殼貼裝鋁箔紙，以防止外界電磁輻射影響內(nèi)部電路的工作。
2．3 USB接口
該設(shè)計(jì)使用USB控制芯片CH375，內(nèi)置海量存儲(chǔ)固件，既可以作為USB設(shè)備方式向PC上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)，又可以作為USB主機(jī)，將數(shù)據(jù)存入U(xiǎn)盤中。該芯片支持USB2．0通信協(xié)議，在并口工作模式下能同時(shí)支持主機(jī)方式和設(shè)備方式。為了保證USB高速傳輸數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和完整性，采取如下措施：
(1)采用USB屏蔽線作為連接線，保證數(shù)據(jù)傳輸不受外界電磁干擾。
(2)保證計(jì)算機(jī)USB端口的地線與USB控制芯片CH375的地線嚴(yán)格等電位。
2．4 ARM系統(tǒng)的構(gòu)建
ADuC7026是基于ARM7TDMI內(nèi)核的精密控制器，具有62 KB FLASH，8 KB RAM和4個(gè)通用定時(shí)器，內(nèi)部集成UART，I2C，SPI，DAC，PWM，JT-AG端口、PLA等眾多硬件資源，40個(gè)通用I／O引腳。CPU時(shí)鐘高達(dá)45 MHz，采用80腳LQFP封裝。在該設(shè)計(jì)中，搭建了一個(gè)包括供電電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、JTAG程序下載調(diào)試接口等電路的完整ARM7應(yīng)用系統(tǒng)。實(shí)際上由于實(shí)測ADuC7026的外部I／O取反速度只有4 MHz，因此在SPI設(shè)計(jì)中。該設(shè)計(jì)加入Atmega48單片機(jī)作為中轉(zhuǎn)，保證了控制核心在處理USB通信、U盤讀／寫等大量信息時(shí)對采樣的準(zhǔn)確觸發(fā)。
3 程序設(shè)計(jì)
3．1 ARM端程序編寫
ARM下位機(jī)軟件完成的主要功能有3個(gè)進(jìn)程，分別為Wait，Online，Offline。當(dāng)數(shù)據(jù)采集卡上電復(fù)位后，首先執(zhí)行Wait進(jìn)程，該進(jìn)程等待按鍵操作，更改系統(tǒng)工作模式，配合的子程序還有相應(yīng)初始化程序、按鍵防抖程序等。當(dāng)Wait進(jìn)程結(jié)束時(shí)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入聯(lián)機(jī)模式(Online)或離線模式(Offline)。聯(lián)機(jī)模式按照用戶設(shè)置進(jìn)行采樣，將數(shù)據(jù)存入CH375緩沖，CH375負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)傳送給上位PC機(jī)，其程序流程如圖2所示。離線模式則利用CH375海量存儲(chǔ)固件，將數(shù)據(jù)存入U(xiǎn)盤。為保證采集的實(shí)時(shí)性，控制器將數(shù)據(jù)存放在U盤扇區(qū)中，而不是以文件的形式讀／寫，避免創(chuàng)建文件時(shí)復(fù)雜時(shí)序的延誤，其程序流程圖如圖3所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/187880.htm
3．2 PC端編程
該數(shù)據(jù)采集卡的上位機(jī)應(yīng)用程序由動(dòng)態(tài)鏈接庫DLL和客戶端程序2個(gè)部分組成。其中，DLL負(fù)責(zé)與內(nèi)核態(tài)的USB功能驅(qū)動(dòng)程序通信，并接收應(yīng)用程序的各種操作請求；客戶端程序負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。采用VC--編寫，遵循了工程通用的輸入／輸出界面，可以完成普通數(shù)據(jù)采集卡的在線采集功能，同時(shí)也可以將數(shù)據(jù)采集卡存儲(chǔ)在U盤中的采集數(shù)據(jù)，通過物理扇區(qū)尋址來讀取相應(yīng)的采集數(shù)據(jù)。
4 測試與結(jié)論
通過該數(shù)據(jù)采集卡掛載U盤，對5 kHz正弦單通道信號進(jìn)行采集，將U盤數(shù)據(jù)導(dǎo)入上位機(jī)，以獲得如圖4所示的波形，它良好地復(fù)現(xiàn)了現(xiàn)場波形信號。
5 結(jié)語
由于采用了支持海量存儲(chǔ)技術(shù)的多模式USB總線控制芯片CH375和高速低功耗的ARM7控制器，使得該數(shù)據(jù)采集卡具有一定的智能采集能力，擺脫上位機(jī)連接限制而獨(dú)立工作，采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到U盤中。符合新型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)小型化、移動(dòng)化、智能化的發(fā)展趨勢，廣泛適用于工業(yè)現(xiàn)場和戶外作業(yè)等應(yīng)用場合，有很高的實(shí)用價(jià)值和推廣意義。該項(xiàng)目獲得2009年UDC全國大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)競賽高級組一等獎(jiǎng)。
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