基于USB總線的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)研究的各行業(yè)中，通常需要對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。目前通用的通過(guò)數(shù)據(jù)采集板卡采集的方法存在著以下缺點(diǎn)：安裝麻煩，易受機(jī)箱內(nèi)環(huán)境的干擾而導(dǎo)致采集數(shù)據(jù)的失真，易受計(jì)算機(jī)插槽數(shù)量和地址、中斷資源的限制，可擴(kuò)展性差。而通用串行總線USB(Universal Serial Bus)的出現(xiàn)，很好地解決了上述問(wèn)題，很容易實(shí)現(xiàn)便捷、低成本、易擴(kuò)展、高可靠性的數(shù)據(jù)采集，代表了現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1．1硬件總體結(jié)構(gòu)

基于USB總線的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件組成包括模擬開(kāi)關(guān)、A／D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、USB接口芯片，其硬件總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。多路模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)模擬開(kāi)關(guān)傳到A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)控制采集，USB接口芯片存儲(chǔ)采集到的數(shù)據(jù)并將其上傳至PC，同時(shí)也接收PC機(jī)USB控制器的控制信息。

1．2 PDIUSBDl2芯片

USB接口芯片采用Philips公司的一種專用芯片PDIUS-BDl2(以下簡(jiǎn)稱D12)。該芯片完全符合USBl．1規(guī)范，集成了SIE、 320B的多配置FIFO存儲(chǔ)器、收發(fā)器、電壓調(diào)整器、SoftConnect、GoodLink、可編程時(shí)鐘輸出、低頻晶振和終端電阻等，支持雙電壓工作、完全自動(dòng)DMA操作、多中斷模式，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

單片機(jī)通過(guò)8位并行接口傳送經(jīng)過(guò)A／D轉(zhuǎn)換的采集數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在FIFO存儲(chǔ)器中。一旦存滿，串行接口引擎SIE立刻對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，包括同步模式識(shí)別、并／串轉(zhuǎn)換、位填充／不填充、CRC校驗(yàn)、PID確認(rèn)、地址識(shí)別以及握手鑒定，處理完畢后數(shù)據(jù)由模擬收／發(fā)器通過(guò)D+、D-發(fā)送至PC。上述過(guò)程遵循 USBl．1協(xié)議。D12與89C51的具體實(shí)現(xiàn)電路如圖3所示。