【正文】 摘要 ........................................... 46 附錄 D 源程序 .................................................. 48 基于單片機和 USB 接口的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 VI 插圖清單 圖 控制傳輸結(jié)構(gòu)示意圖 ....................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 圖 批量傳輸結(jié)構(gòu)示意圖 ....................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 圖 中斷傳輸結(jié)構(gòu)示意圖 ....................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 圖 同步傳輸結(jié)構(gòu)示意圖 ....................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 圖 描述符的樹狀結(jié)構(gòu) ......................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 圖 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件組成框圖 ........................................................................ 錯誤 !未定義書簽。 圖 ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) ............................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 圖 AT89C51 引腳圖 ............................................................................................. 錯誤 !未定義書簽。 圖 PDIUSBD12 內(nèi)部 結(jié)構(gòu) ....................................................................................錯誤 !未定義書簽。 圖 ADC0809與 89C51的接口電路 ....................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 圖 PDIUSBD12與 89C51的連接電路 ................................................................. 錯誤 !未定義書簽。 圖 A/D 轉(zhuǎn)換程序流程圖 ...................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 圖 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)固件結(jié)構(gòu) ................................................................................錯誤 !未定義書簽。 圖 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的固件結(jié)構(gòu) ............................................................................錯誤 !未定義書簽。 圖 內(nèi)部中斷程序流程圖 ...................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 圖 主循環(huán)流程 ................................................................................................. 錯 誤 !未定義書簽。 XX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） VII 圖 應(yīng)用程序流程圖 ...................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 表格清單 表 USB 使用分類表 ....................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 表 SETUP 包格式 .....................................................................................錯誤 !未定義書簽。 表 通道選擇表 ..................................................................................... .. 錯誤 !未定義書簽。 基于單片機和 USB 接口的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 VIII 安徽工程大學(xué)畢業(yè)論文 1 引 言 在石油、化工、冶金、電力、紡織、輕工、水利等工業(yè)及科研領(lǐng)域中，都必須進行相關(guān)的 數(shù)據(jù)采集。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與普及，數(shù)字設(shè)備正越來越多地取代模擬設(shè)備，在生產(chǎn)過程控制和科學(xué)研究等廣泛領(lǐng) 域，計算機控制技術(shù)正發(fā)揮著越來越重要的作用 。然而外界的大部分信息是以連續(xù)變化的物理量形式出現(xiàn)的，例如溫度，壓力，速度等。要將這些信息送 入 計算機進行處理，就必須先將這些連續(xù)的物理量離散化，并進行量化編碼，從而變成數(shù)字量，這個過程即是數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是計算機與外部世界聯(lián)系的橋梁。數(shù)據(jù)采集技術(shù)是以傳感器技術(shù)、信號檢測與處理、電子學(xué)、計算機技術(shù)等方面技術(shù)為基礎(chǔ)而形成的一個綜合應(yīng)用技術(shù)學(xué)科，已廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟和國防建設(shè)的各個領(lǐng)域，并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是計算機技術(shù)的發(fā)展與普及，數(shù)據(jù)采集技術(shù)將會有著更廣闊 的發(fā)展前景。 USB 是一種 IT 行業(yè)新發(fā)展起來的通用接口標準，目前很多應(yīng)用主要集中在 PC 機的外設(shè)和一些消費類電子上 。其實，作為一種通用型串行總線標準， USB 不僅僅適用于IT 行業(yè)，它的 應(yīng)用空間很廣泛，完全可以使用在不同的領(lǐng)域和行業(yè)。特別是由于 USB的使用 簡單、即插即用、熱插拔、開放性、高速、穩(wěn)定、可靠性高等優(yōu)點，它特別適用于儀器儀表、虛擬儀器、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備和加密設(shè)備等等場 合。 本 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件模塊主要由串行 A/D 轉(zhuǎn)換器、 89C51 芯片、 USB 接口芯片和多路模擬開關(guān)等組成。 系統(tǒng)以 AT89C51 單片機為核心，集成電路全部采用 CMOS 器件。與傳統(tǒng)的 8031 單片機數(shù)據(jù)采集器相比， AT89C51 單片機數(shù)據(jù)采集器硬件結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉。由于采用 16 位的 AD0809，精度高，能夠滿足測量要求。特別是該數(shù)據(jù)采集器配有串行通信接口，與微機相聯(lián)后能夠極大地提高測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力，容易實現(xiàn)誤差的計算與補償、校準測量儀器的非線性等。這種單片機控制的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)克服了精度低、滯差大、走時短等缺點，并且功耗低、性能可靠，可以長時間連續(xù)工作，有著非常廣的應(yīng)用空間。 趙瓊：基于單片機和 USB 接口的數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)設(shè)計 2 第 1 章 緒論 課題的背景 隨著數(shù)字化的廣泛應(yīng)用，數(shù)據(jù)采集也越來越重要，傳統(tǒng)的外設(shè)與主機的通信口一般采用 ISA、 PCI、 C PCI、 1394等標準，基于這些接口的產(chǎn)品，安裝麻煩，價格昂貴，并受計算機插槽數(shù)量、地址中斷資源限制，且可擴展性差， USB的出現(xiàn)，很好地解決了以上問題。 USB作為一種新型的串口通信標準，具有較高的傳輸速率，可擴展性好，采用總線供電，使用靈活。它共有 4種傳輸模式：控制傳輸、同步傳輸、中斷傳輸、批量傳輸，以適應(yīng)不同設(shè)備的需要 。 信息技術(shù)與電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得計算機和外圍設(shè)備也得到飛速發(fā)展和應(yīng)用。過去人們單純追求計算機與外設(shè)之間的傳輸速度，現(xiàn)在糾錯能力和操作安裝的簡易性也成為人們關(guān)注的目標。 USB通訊技術(shù)的出現(xiàn)，使高傳輸速度、強糾錯能力、易擴展性、方便的即插即用，有機的結(jié)合在一起。 USB設(shè)備需要依據(jù) USB協(xié)議進行數(shù)據(jù)的解包與打包，底層硬件設(shè)備與操作系統(tǒng)之間需要以驅(qū)動程序為橋梁。驅(qū)動程序以 WDM為模型，以 DDK為開發(fā)工具，以 IRP為消息傳播載體，來實現(xiàn)與 Windows系統(tǒng)底層核心機制相交互的功能 課題的 研究意義與現(xiàn)狀 盡管 RS232是一種十分成熟且應(yīng)用廣泛的通訊方式，但是隨著控制系統(tǒng)的日益復(fù)雜，所要采集的量也會越來越多。因此尋求一種高速、安全、方便的通訊形式是十分必要的。USB技術(shù)雖然出現(xiàn)的時間并不長，但是由于它的種種優(yōu)點，被越來越多的廠商和用戶所接受，出現(xiàn)了 USB打印機、攝像頭等產(chǎn)品。盡管目前 USB接口的應(yīng)用主要集中在電腦的周邊外設(shè)，但是 USB產(chǎn)品進入工控領(lǐng)域?qū)⑹潜厝坏内厔?。采?PDIUSBD12芯片和 89C51單片機設(shè)計的基于 USB總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，具有可靠性高、數(shù)據(jù)不丟失、抗干擾性強、便于數(shù)據(jù)傳輸和處理等優(yōu)點，可 在信號測試、信號采集場合廣泛使用。所以本課題的研究是具有一定的現(xiàn)實意義和經(jīng)濟意義的。 下面對 USB 的性能做簡單的介紹。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)論文 3 表 USB使用分類表 通 用串行總線 (Universal Serial Bus， 簡稱 USB)是康柏、微軟、 IBM， DEC等公司為了解傳統(tǒng)總線的不足推出的一種新型串行總線接口規(guī)范， 自 1995年在 Comdex上亮相以來至今己廣泛地為各 PC廠家所支持。現(xiàn)在生產(chǎn)的 PC機幾乎都配備了， USB接口，Microsoft的 windows98， NT以及 MacOS， Linux， FreeBSD等流行操作系統(tǒng)都增加了對 USB的支持。 USB的主要特點如下： 1. 速度快。 USB 有全速和低速兩種方式，主模式為全速模式，速率為 12Mbps，從而使一些 要求高速數(shù)據(jù)的外設(shè)，如：高速硬盤、攝像頭等，都能統(tǒng)一到同一個總線框架下。另外為了適應(yīng)一些不需要很大吞吐量但是有很高實時性要求的設(shè)備，如鼠標、鍵盤、游戲桿等， USB還提供低速方式，速率為 。如表 。新推出的 議提供最高達 480Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率可以適應(yīng)各種不同類型的外設(shè)。 2. 支持熱插拔和即插即用。 所有的 USB 設(shè)備可以隨時的插入和拔離系統(tǒng)， USB 主機能夠動態(tài)的識別設(shè)備的狀態(tài)，并自動給接入的設(shè)備分配地址和配置參數(shù)，添加、刪除設(shè)備完全不用關(guān)閉計算機，也不必像過去那樣 需要手動跳線和撥碼開關(guān)來設(shè)置新的外設(shè)。 3. 易于擴展。 USB使用的是一種易于擴展的樹狀結(jié)構(gòu)，通過使用 USB Hub擴展可連接多達 127個外設(shè)。標準 USB電纜長度為 3米 (低速為 5米 )。通過 Hub或中繼器可以使外設(shè)距離達到 30米。 4. 使用靈活。 USB共有 4種傳輸模式：控制傳輸 (control)， 同步傳輸(synchronization)、 中斷傳輸 (interrupt)、 批量傳輸 (bulk)， 適應(yīng)不同設(shè)備的需要。 5. 能夠采用總線供電。 普通使用串口、并口的設(shè)備都需要單獨的供電系統(tǒng)，而 USB設(shè)備則不需要 ，因為 USB接口提供了內(nèi)置電源 eUSB電源能向低壓設(shè)備提供最大 5V， 500mA 的電源，從而降低了這些設(shè)備的成本并提高了性價比。 性能 應(yīng)用 特性 低速 交互設(shè)備 1020kb/s 鍵盤、鼠標、游戲棒 低價格、熱插拔、易用性 中速 電話、音頻、壓縮視頻 500kb/s10Mb/s ISBN、 PBX、 POTS 低價格、易用性、動態(tài)插拔、限定帶寬和延遲 高速 音頻、磁盤 25500Mb/s 音頻、磁盤 高帶寬、限定延遲、易用性 趙瓊：基于單片機和 USB 接口的數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)設(shè)計 4 6. 實現(xiàn)成本低。 USB對系統(tǒng)