【正文】 殊功能寄存器的內(nèi)容。ALE地址鎖存使能：在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，輸出脈沖鎖存地址的低字節(jié)，在正常情況下，ALE輸出信號(hào)恒定為1/6振蕩頻率。EA/Vpp外部尋址使能/編程電壓：在訪問整個(gè)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，EA必須外部置低。XATL1晶體1：反相振蕩放大器輸入和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路輸入。ADC0809內(nèi)八通道多路轉(zhuǎn)換器由89C51控制將某一路信號(hào)接入系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集器的系統(tǒng)框圖如圖所示。最后，闡述了數(shù)據(jù)采集器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。模擬濾波器通?？煞譃閮纱箢悾簾o源濾波器，由RLC元件構(gòu)成；有源濾波器，主要由集成運(yùn)放和RC元件構(gòu)成。猶豫在這個(gè)系統(tǒng)中我取的截止頻率wc為200KHZ，因此我可以采用巴特沃斯逼近公式來求RRCC2 如式43所示： （42） (43) 式42中的wn是歸一化頻率，H（s）所式43所示的一般形式。在本系統(tǒng)中采用了AD582芯片作為采樣保持器件。采樣/保持器的模擬電源不能從USB總線電纜得到，需外接獨(dú)立的穩(wěn)壓電源。當(dāng)所需增益為1時(shí)，省去電阻RF，將9號(hào)和8號(hào)兩個(gè)引腳直接連接即可。下圖所示為89C51與D12集成電路相互連接的簡圖： AT89C51與PDIUSBD12連接電路89C51可以用地址數(shù)據(jù)總線復(fù)用/非復(fù)用兩種連接方式，設(shè)計(jì)中采用了非復(fù)用方式。在這里，A0是與P17相連，A0為高時(shí)，表示DATA0DATA7上收到的是命令字；A0為低時(shí)，表明接收到的是數(shù)據(jù)。雖然D12可以編程輸出時(shí)鐘，但由于D12上電復(fù)位時(shí)默認(rèn)時(shí)鐘頻率為4MHZ，欲讓MCU工作在12MHZ/24MHZ，必須通過軟件編程實(shí)現(xiàn)，而單片機(jī)在程序執(zhí)行過程中無法改變時(shí)鐘頻率。尤其是對(duì)于MCU的外圍設(shè)備很多時(shí)，更不宜用單一時(shí)鐘方式。將此引腳與MCU的某個(gè)I/O腳相連，當(dāng)MCU檢測到D12進(jìn)入掛起狀態(tài)，且它也沒有其它待處理事物時(shí)，也進(jìn)入休眠狀態(tài)。(二)直接在D+線外接上拉電阻，用插拔電纜實(shí)現(xiàn)連接與斷開。若上拉電阻采用總線供電，而HUB的主控制器用本地電源供電，則可檢測到設(shè)備連接，但讀取描述符出錯(cuò)。另外，為了方便USB接口的硬件調(diào)試，系統(tǒng)增加了一個(gè)RS232接口。USB接口電路部分：主要是設(shè)備檢測和抗干擾電路。 USB接口電路。因此需要將D+接一個(gè)1M的下拉電阻，而D接一個(gè)1M的上拉電阻。 復(fù)位與掛起恢復(fù)電路系統(tǒng)中單片機(jī)和USB控制芯片都需要復(fù)位，PDIUSBD12具有內(nèi)置的上電復(fù)位電路，所以可以將RESET_N引腳直接連到VCC即可實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。 USB掛起恢復(fù)喚醒電路如圖中所示，當(dāng)PDIUSBD12從掛起狀態(tài)恢復(fù)時(shí)，D12SUSPD端從高電平變成低電平，經(jīng)過兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74HC123，RESUME端輸出一個(gè)正脈沖以復(fù)位/喚醒89C52。只有D12SUSPD引腳上的負(fù)脈沖保持到第一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出脈沖結(jié)束才能使第二個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器觸發(fā)，使單片機(jī)復(fù)位。首先我了解基于USB接口的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究背景，提出課題的研究意義，指出了用USB接口相較于其他接口的優(yōu)勢(shì)：易實(shí)現(xiàn)、成本低、快速、兼容性強(qiáng)。對(duì)PC機(jī)與數(shù)據(jù)采集器的接口方式和USB控制芯片的選取進(jìn)行了分析，并說明了選用USB 主控芯片PDIUSBD12和USB接口方式原因及其優(yōu)勢(shì)。 由于設(shè)計(jì)是基于USB進(jìn)行的，在設(shè)計(jì)過程中查閱了大量的有關(guān)USB和數(shù)據(jù)采集器方面的知識(shí)，因此，通過本設(shè)計(jì)使我對(duì)USB的協(xié)議和它的結(jié)構(gòu)組成有了一定的了解，對(duì)數(shù)據(jù)器芯片的功能有了深刻的了解。在指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)下，得以把整體框架清理出來。其次，要特別感謝指導(dǎo)老師劉橋老師，劉老師在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中給了我很大的幫助，他的嚴(yán)格要求和對(duì)學(xué)術(shù)的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度，深深的感染了我，我有必要像他那樣無論在什么事上，都以自己最認(rèn)真的態(tài)度去對(duì)待，正是他不懈的指導(dǎo)和督促，才使得我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)得以順利的完成。在課題設(shè)計(jì)過程中，我還得到了同組同學(xué)的熱情幫助，在此，向他們深表謝意！同他們的交流拓寬了我思路，豐富了我的知識(shí)。劉老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)、忘我的工作精神時(shí)時(shí)激勵(lì)著我不斷進(jìn)取。在這里特向以下單位和個(gè)人致以本人最誠摯的謝意：首先，感謝學(xué)校能夠提供我們一個(gè)這樣鍛煉和提高自己能力的機(jī)會(huì)，使得我們?cè)谧呷肷鐣?huì)之前有了一個(gè)深刻的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的體會(huì)。在設(shè)計(jì)過程中，我們也遇到了很多困難，在硬件方面由于之前沒有接觸USB接口控制芯片，不知道其工作原理。最后，闡述了數(shù)據(jù)采集器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。具體地從USB系統(tǒng)組成、USB的傳輸、USB的數(shù)據(jù)單元、USBOTG協(xié)議。其中，分別介紹低通濾波器電路、采樣保持電路、AT89C51和PDIUSBD12連接電路、USB接口硬件設(shè)計(jì)，并給出了硬件電路原理圖。這里單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74HC123的作用是能夠防止D12SUSPD引腳上的干擾脈沖導(dǎo)致單片機(jī)復(fù)位。為了避免這種情況出現(xiàn)，我們通過單片機(jī)的I/O端口來給PDIUSBD12提供復(fù)位信號(hào)。本設(shè)計(jì)采用的是德州儀器的SN75240芯片。它們是USB的數(shù)據(jù)線，外接匹配電阻是18歐姆。擴(kuò)展端口：用于與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接和系統(tǒng)調(diào)試。 USB接口硬件框圖整個(gè)硬件系統(tǒng)主要分為下述幾個(gè)模塊：單片機(jī)模塊：它是控制的核心，根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，寫在其內(nèi)部EPROM中的單片機(jī)序需要完成初始化、數(shù)據(jù)采集、傳輸數(shù)據(jù)給PDIUSBD12等功能。 USB接口硬件設(shè)計(jì)USB接口部分的硬件電路設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)與USB總線的連接，USB總線的數(shù)據(jù)傳輸，檢測總線的掛起于復(fù)位，USB通訊的狀態(tài)指示，抗干擾等功能。對(duì)于自供電設(shè)備，建議用前者，因?yàn)閷?duì)于自供電設(shè)備，若用方式二，插上電纜后，經(jīng)常出現(xiàn)系統(tǒng)檢測不到設(shè)備或主機(jī)讀取描述符不成功的情況，這與D+的上拉電阻有關(guān)。D12提供了兩種連接方式:(一)用內(nèi)部上拉電阻與軟件編程。USB協(xié)議規(guī)定，當(dāng)總線上3us沒有活動(dòng)時(shí)，外設(shè)將進(jìn)入掛起狀態(tài)。但這增加了電路的復(fù)雜性。DMACK_N接高電平，CS_N接低電平作為片選。A0可與89C51的任意一個(gè)I/O口相連。89C51是應(yīng)用比較廣泛的一種單片機(jī)微控制器，因此選用了它進(jìn)行核心程序的設(shè)計(jì)，通過D12將數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為符合USB規(guī)則的信號(hào)。此外該保持電容對(duì)采樣/保持電路的性能影響很大，應(yīng)盡量選擇高檔的電容。 采樣/保持電路圖在上圖的采樣/保持電路中，采樣/保持器的控制脈沖由ADC0809的EOC引腳經(jīng)兩個(gè)反相器(增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力)后得到。ADC0809要求輸入信號(hào)在A/D轉(zhuǎn)換期間保持穩(wěn)定。對(duì)于RC無源濾波器，其傳遞函數(shù)的極點(diǎn)永遠(yuǎn)只能位于S平面的負(fù)實(shí)軸上，頻率特性呈單調(diào)衰減，無法做到通帶平坦和過渡帶陡峭，因此本系統(tǒng)中選用二階有源濾波器。由香農(nóng)采樣定理知:要能從不失真地采樣信號(hào)中復(fù)現(xiàn)原連續(xù)信號(hào)，采樣頻率必須大于或等于信號(hào)頻率的兩倍。對(duì)PC機(jī)與數(shù)據(jù)采集器的接口方式和USB控制芯片的選取進(jìn)行了分析，并說明了選用USB 主控芯片PDIUSBD12和USB接口方式原因及其優(yōu)勢(shì)。每次A/D轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)由主機(jī)軟件的DveiceIoConrtol命令來啟動(dòng)。 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案PC主機(jī)UJUSB接口芯片PDIUSBD12傳感器八路模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)A/D轉(zhuǎn)換UAN低通濾波前置放大電路單片機(jī)AT89C51光電耦合隔離 USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖本USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件主要由微控制器AT89C5A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC080USB接口芯片PDIUSBD12組成。該引腳在對(duì)FLASH編程時(shí)接5V/12V編程電壓(Vpp)。置位后ALE只能在執(zhí)行MOVX指令時(shí)被激活。當(dāng)作為輸入腳時(shí)，被外部拉低的P3口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流。當(dāng)作為輸入腳時(shí)，被外部拉低的P2口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流。P0也可以在訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)作地址的低字節(jié)，在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)作數(shù)據(jù)總線，此時(shí)通過內(nèi)部強(qiáng)上拉輸出1。運(yùn)行可從時(shí)鐘停止處恢復(fù)?？蓪?shí)現(xiàn)兩個(gè)由軟件選擇的節(jié)電模式空閑模式和掉電模式。 AT89C51介紹AT89C51單片機(jī)是采用高性能的靜態(tài)SOC51設(shè)計(jì)。端點(diǎn)1規(guī)定為同步模式的USB數(shù)據(jù)傳輸(只能為中斷傳輸或者批量傳輸)，有IN和OUT兩個(gè)方向。D+和D一管腳上分別接有一個(gè)10歐姆的差分傳輸平衡電阻，以保證數(shù)據(jù)傳送正確。在USB的D+和D一數(shù)據(jù)線上，為了消除連線上可能的外界干擾，需要分別連接一個(gè)1兆歐姆的下拉電阻。XTAL1和XATL2為外部時(shí)鐘信號(hào)引入端，使用6MHz晶振。 PDIUSD12引腳圖PDIUSD12芯片八位并行I/O口線DATA0至DATA7具有可控的三態(tài)門電路，故而PDIUSD12芯片可以直接與AT89C52的數(shù)據(jù)總線相連。 PDIUSBD12芯片簡介PDIUSBD12是Philips公司的一款性價(jià)比很高的USB器件，其內(nèi)部無微控制器，需要通過八位并行接口與其他微控制器配合使用，并支持DMA傳輸。既然需要外接微控制器，這些芯片就必須提供一個(gè)串行或者并行的數(shù)據(jù)總線來與微控制器進(jìn)行連接。此類芯片的典型代表有：Cypress公司的EZ_USB系列芯片(內(nèi)嵌80C186)，Amtel公司的AT76C711(內(nèi)嵌Atmel AVR)，SIEMNES公司的C541U(內(nèi)嵌80C580C52)等等。較為典型的代表為Cypress公司推出的CY7C63101A、CY7C63723等等。 USB控制芯片的選擇要實(shí)現(xiàn)一個(gè)USB設(shè)備，首先面對(duì)的問題就是選擇一種適合的USB控制芯片。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)，以適應(yīng)不同設(shè)備的需要。USB為接纜和連接頭提供了單一模型，解決了外設(shè)越來越多所造成的插槽緊張問題。相比之下，串口數(shù)據(jù)傳輸率是115kbps~230kbps，標(biāo)準(zhǔn)并口的數(shù)據(jù)傳輸率為IMbps，這些都遠(yuǎn)低于UBS的傳輸速率。USB是一些PC大廠商，如Microsoft，Intel等為了解決日益增加的PC外設(shè)與有限的主板插槽和端口之間的矛盾而制定的一種串行通信的標(biāo)準(zhǔn)，自1995年在cmodeX上亮相以來，己廣泛地為各CP廠家所支持。它們?cè)谑褂眠^程中安裝麻煩、易受機(jī)箱內(nèi)環(huán)境的干擾，受到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源、插槽數(shù)量限制，不易擴(kuò)展。PCI總線為外設(shè)提供了訪問微處理器更寬更快的通路，有效地克服了數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i現(xiàn)象。盡管ISA總線傳輸速率低、占用硬件中斷資源、不支持即插即用，但I(xiàn)SA具有良好的兼容性及廣泛的應(yīng)用，而且這種總線特別適合于控制外設(shè)和進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的功能模塊。采樣系統(tǒng)與PC機(jī)接口速度的瓶頸作用會(huì)導(dǎo)致一部分?jǐn)?shù)據(jù)的丟失，失去連續(xù)采樣的意義。3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)方案的確定 數(shù)據(jù)采集器接口的選擇數(shù)據(jù)采集設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間的接口可以有多種方式，如RS232串行口、并行口、ISA總線、PCI總線、USB等。USBOTG已受到Cypress等芯片供應(yīng)商、軟件開發(fā)商和設(shè)備制造商的廣泛支持，OTG必將會(huì)成為新一代嵌入式設(shè)備的解決方案。超小連接器：除了標(biāo)準(zhǔn)的A和B系列連接器外，增加了微型連接器MiniAB，這些連接器比最初的USB連接器要小許多，更適合于便攜式設(shè)備。USBOTG并不是一個(gè)獨(dú)立的規(guī)范。要求大量的便攜式設(shè)備都具有上述特性是不