USB傳感器與存儲(chǔ)器在數(shù)據(jù)記錄中的應(yīng)用

　　目前市場(chǎng)上有很多種數(shù)據(jù)采集設(shè)備可用于在PC上記錄數(shù)據(jù)，如National Instrument的LabVIEW，不過(guò)這類設(shè)備的傳感器件開(kāi)始越來(lái)越多地采用USB接口而不是RS232或其他傳統(tǒng)接口。過(guò)去在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用USB設(shè)備需要性能相對(duì)較強(qiáng)的硬件，要帶有USB Host控制器接口、RTOS以及USB軟件驅(qū)動(dòng)，結(jié)果因USB Host功能實(shí)施成本的原因設(shè)計(jì)工程師一直都不太愿意在小型8位或16位MCU系統(tǒng)上增加USB設(shè)備。但隨著最新一代智能USB Host控制器IC的推出，與MCU配合使用不僅可為PC應(yīng)用使用USB數(shù)據(jù)采集設(shè)備，而且還可將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在低成本高容量的閃存盤(pán)上。

　　數(shù)據(jù)記錄應(yīng)用

　　第一個(gè)應(yīng)用實(shí)例顯示了一個(gè)MCU控制器和一個(gè)帶有兩個(gè)端口的FTDI VNC1L USB Host控制器：一個(gè)用于數(shù)據(jù)傳感器件讀取信息，另一個(gè)用于閃存盤(pán)以存儲(chǔ)信息。MCU和USB Host控制器之間通過(guò)UART (或者SPI)命令監(jiān)控接口進(jìn)行通信，可使應(yīng)用通過(guò)簡(jiǎn)單的命令集控制USB設(shè)備。

　　應(yīng)用原理框圖見(jiàn)圖1。這里選擇的MCU是Microchip PICDEM 4演示板上的PIC18F1320，雖然它應(yīng)該直接連到PIC系列其他成員以及其他MCU系列。MCU和VNC1L之間采用4線連接(再加上電源和地)，連到PIC的EUSART (Tx和Rx)和兩個(gè)I/O端口，以進(jìn)行RTS/CTS數(shù)據(jù)流控制。另外，4線SPI端口還可以通過(guò)直接位拆裂I/O端口實(shí)現(xiàn)。下面提供了兩種方法的C語(yǔ)言源代碼。

　　該應(yīng)用要求從一個(gè)DLP Design的DLP-TILT 2軸傾角傳感器讀取數(shù)據(jù)，然后以CSV格式將接收到的數(shù)據(jù)存在USB閃存盤(pán)上。當(dāng)DLP-TILT模塊從USB總線接收到一個(gè)包含字母“z”的OUT數(shù)據(jù)包后，就會(huì)對(duì)傳感器電流讀數(shù)進(jìn)行采樣，傾角傳感器讀數(shù)被一個(gè)IN數(shù)據(jù)包讀取。通過(guò)VNC1L監(jiān)控器，OUT數(shù)據(jù)包可以和DSD (設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù))命令一起發(fā)送，后面跟著數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)和發(fā)送的數(shù)據(jù)。IN數(shù)據(jù)包和DRD (設(shè)備讀取數(shù)據(jù))命令一起被接收，VNC1L將返回字節(jié)數(shù)和從設(shè)備讀出的所有數(shù)據(jù)。

　　由于USB需要將數(shù)據(jù)傳遞到數(shù)據(jù)包中，所以通常USB設(shè)備會(huì)有幾個(gè)毫秒的延遲，盡管這可以通過(guò)對(duì)傳感器數(shù)據(jù)提供更大的緩沖加以解決。當(dāng)然，有些設(shè)計(jì)可能不需要USB傳感器件而只是將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到閃存盤(pán)上，在數(shù)據(jù)采集應(yīng)用中通常都是這種情況，此時(shí)MCU采樣模擬數(shù)據(jù)或者記錄外部源傳來(lái)的數(shù)據(jù)。由于無(wú)需探查USB設(shè)備，因此這樣可以得到更高的采集數(shù)據(jù)率。

　　數(shù)據(jù)采集應(yīng)用

　　圖2顯示了一個(gè)模擬輸入應(yīng)用。此例中我們還是使用Microchip PICDEM 4演示板上的PIC18F1320作為MCU。加速計(jì)模塊是意法半導(dǎo)體的STEVAL-MKI010V1，它連到PIC的模擬輸入端。PIC定期對(duì)該輸入進(jìn)行采樣，結(jié)果送入FIFO緩沖器中，在軟件中執(zhí)行，然后由VNC1L寫(xiě)入存儲(chǔ)設(shè)備。

　　VNC1L監(jiān)控器提供命令對(duì)USB閃存盤(pán)文件進(jìn)行讀寫(xiě)，它還有命令管理文件系統(tǒng)，可對(duì)文件及文件目錄進(jìn)行建立、重命名以及刪除操作。有了與USB設(shè)備進(jìn)行通信的命令后，文件系統(tǒng)命令使用非常簡(jiǎn)單。將數(shù)據(jù)寫(xiě)入文件的順序是：使用OPW (打開(kāi)準(zhǔn)備寫(xiě)入)命令，后面緊跟文件名，然后是WRF (寫(xiě)入文件)，后面是寫(xiě)入字節(jié)數(shù)，然后是CLF (關(guān)閉文件)，后面還是跟著文件名。

　　USB閃存盤(pán)的標(biāo)準(zhǔn)扇區(qū)大小是512字節(jié)，因此要達(dá)到最好效果就是在寫(xiě)入U(xiǎn)SB閃存盤(pán)之前提供512字節(jié)數(shù)據(jù)的緩存。USB閃存盤(pán)通常使用的文件系統(tǒng)是FAT12、FAT16或者FAT32，在這些系統(tǒng)中簇按需分配，這樣當(dāng)簇沒(méi)有按順序排列時(shí)可能造成一些小的延遲，然而這通常只是在那些內(nèi)容快滿的盤(pán)上比較常見(jiàn)。

　　使用Vinculum

　　幾乎所有扇區(qū)容量為512字節(jié)和采用FAT文件系統(tǒng)的USB閃存盤(pán)都可以作為VNC1L的存儲(chǔ)設(shè)備。VNC1L的固件可以在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行升級(jí)，通過(guò)USB閃存盤(pán)上特別的升級(jí)文件或者通過(guò)其UART接口進(jìn)行ROM升級(jí)?；赩NC1L設(shè)計(jì)的其它優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)USB閃存盤(pán)沒(méi)有使用時(shí)它可以使其暫停以省電，而在執(zhí)行文件操作期間自動(dòng)喚醒，VNC1L本身也可進(jìn)入低功耗睡眠模式并由微控制器應(yīng)用喚醒。將USB設(shè)備協(xié)議及文件管理系統(tǒng)放到一個(gè)單獨(dú)的IC上可為嵌入式數(shù)據(jù)記錄或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)很多好處，它可使低功耗8位和16位MCU訪問(wèn)USB設(shè)備和閃存盤(pán)，而FTDI的VNC1L則以一種符合成本效益的方式實(shí)現(xiàn)了這一功能。