基于PIC單片機USB接口的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

　　我們把所設(shè)計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能分解為三大部分：數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)通信部分、數(shù)據(jù)處理部分。

　　數(shù)據(jù)采集部分應(yīng)包含：A/D轉(zhuǎn)換器，時序、模式控制，數(shù)據(jù)緩沖功能。它應(yīng)能接受來自主機的命令，按不同模式控制A/D轉(zhuǎn)換器采集數(shù)據(jù)，暫存于數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，再根據(jù)主機命令發(fā)給主機。這部分功能由一個單片機及接口來實現(xiàn)是最優(yōu)方式。

　　數(shù)據(jù)通信部分應(yīng)包含：簡單、高效、通用的數(shù)據(jù)通信模式和軟硬件支持。它應(yīng)能在數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理兩部分之間實現(xiàn)目前最好的連接和溝通。因為USB作為一種外部總線標(biāo)準(zhǔn)，用于規(guī)范電腦與外部設(shè)備的連接和通訊,并具有傳輸速度快，使用方便，支持熱插拔，連接靈活，獨立供電等優(yōu)點，所以這部分功能采用USB接口連接最好。[1]

　　數(shù)據(jù)處理部分應(yīng)包含：強大、高效、通用、適應(yīng)性好的軟硬件支持平臺。它應(yīng)能完成主控和數(shù)據(jù)處理兩大功能。主控就是根據(jù)用戶需要，給數(shù)據(jù)采集部分下達(dá)命令，采集數(shù)據(jù)，同時管理數(shù)據(jù)通信部分，實現(xiàn)信息的上傳下達(dá)，讀取數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理就是要提供方便實用的數(shù)據(jù)的分析、處理、存儲、顯示、輸出等各種應(yīng)用功能，滿足用戶的盡可能多的需求。這部分功能自然非PC機莫屬。

　　系統(tǒng)功能安排是：PC機作為主機(也稱上位機)，單片機(也稱下位機)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集與緩沖保存，USB接口負(fù)責(zé)兩者之間的數(shù)據(jù)通信。

　　具體工作流程是：PC機接收用戶的應(yīng)用命令，按系統(tǒng)功能配置數(shù)據(jù)采集參數(shù)，通過USB接口，給單片機發(fā)送控制命令，單片機按下達(dá)的命令控制A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將采集到的數(shù)據(jù)作緩沖保存，采集好一批數(shù)據(jù)后，再按主機要求通過USB接口發(fā)送給PC機，PC機完成數(shù)據(jù)的存儲、簡單分析、處理、顯示、輸出等基本應(yīng)用。更進(jìn)一步還可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，供其它專業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件作輸入數(shù)據(jù)，實現(xiàn)更多高級數(shù)據(jù)處理功能。

　　MCU選型

　　為實現(xiàn)設(shè)計要求，微處理器必須含有具有A/D轉(zhuǎn)換功能和USB通信功能的兩個基本模塊,以及其它實現(xiàn)拓展功能的模塊。

　　上圖所示為設(shè)想的功能板圖，控制器通過它的功能模塊與外圍設(shè)備進(jìn)行聯(lián)系: USB模塊與PC機連接，進(jìn)行USB通信;A/D模塊接模擬量輸入，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換;D/A模塊接模擬量輸出，產(chǎn)生輸出波形;I/O接口外接輸入輸出;I2C模塊與傳感器等含I2C的器件連接，進(jìn)行I2C通信;SPI模塊與外圍設(shè)備相連，使單片機與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息。

　　USB總線的數(shù)據(jù)采集方案一般有兩種，一種是采用專用的USB通信芯片。另一種是利用具有USB接口功能的單片機?？紤]到實際情況，本設(shè)計選用第二種方案。

　　PIC18F4550是Microchip公司生產(chǎn)的帶全速USB接口的8位高檔單片機，該單片機具有精簡指令集、哈佛結(jié)構(gòu)等特點，運行速度快、執(zhí)行效率高。它的硬件資源非常豐富，并集成有多個功能模塊: ICSP接口模塊,可以通過PICkit? 3與PC機聯(lián)系，進(jìn)行程序的燒寫和調(diào)試;它的全速USB 2.0接口模塊，可以方便、快捷的實現(xiàn)USB通信。[3]

　　由此，我們選用PIC18F4550單片機來進(jìn)行設(shè)計。它的優(yōu)勢在于：

　　1、利用它的USB接口，可以實現(xiàn)與PC機之間通信，不需要另加USB接口芯片。

　　2、利用它的ICSP模塊，可以實現(xiàn)PC機對單片機進(jìn)行程序的直接燒寫，并進(jìn)行在線調(diào)試。

　　3、能夠讓電路的設(shè)計更為簡潔、實用，既提高了整個設(shè)計的安全性和可靠性，又降低整個系統(tǒng)的功耗。

　　4、Microchip公司提供了集成開發(fā)環(huán)境Mplab和匯編語言、C語言編譯器，使我們在程序調(diào)試，模擬運行方面更容易、更方便快捷。Microchip公司同時還提供了USB通信的范例和demo子程序，使我們在使用USB通信功能時更加的簡單、快捷。