【正文】 輸類(lèi)型、大小、方向等信息。它可以為所有的設(shè)備定義，描述了配置和接口，并且字符串是以UNICODE的形式給出的，它們可以顯示出來(lái)，而且用戶(hù)可以讀取它們。對(duì)打印機(jī)、掃描儀、硬盤(pán)、影像設(shè)備和高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等，無(wú)疑是一大福音，使得原來(lái)不能使用USB的視頻傳輸都可以使用了。Device_Qualifier描述符儲(chǔ)存目前不使用的速度的字段數(shù)值。Interface_Power描述符：，這個(gè)功能使得除了設(shè)備層級(jí)外，接口層級(jí)也能夠啟用電源管理。 USBOTG協(xié)議的介紹USB的廣泛應(yīng)用正在成為外設(shè)與PC及筆記本電腦連接的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。USBOTG為外設(shè)之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的實(shí)現(xiàn)提供了一個(gè)完善而經(jīng)濟(jì)的解決方案，突破了主PC機(jī)的約束，允許一個(gè)USB外設(shè)擁有受限的主機(jī)功能，實(shí)現(xiàn)與其它選擇的USB外設(shè)通信；利用小型的連接器來(lái)滿(mǎn)足外設(shè)接口外形多變的要求；小功率特性延長(zhǎng)了電池的使用壽命。為了取的PC主機(jī)的資格，設(shè)備必須包含以下幾個(gè)特性：(l)存儲(chǔ)大量的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序；(2)產(chǎn)生大電流的能力；(3)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)主機(jī)連接插孔。主機(jī)處理協(xié)議(HNP：Host Negotiation Protocol)：用于轉(zhuǎn)換USB主機(jī)和外設(shè)功能；會(huì)話請(qǐng)求協(xié)議(SRP：Session Request Protocol)：完成與主機(jī)的會(huì)話；更具節(jié)能性的電源管理：除了小功率和大功率之外，增加了微功率選擇。點(diǎn)到點(diǎn)的連接方式并不僅限制在同種類(lèi)的產(chǎn)品之間，不同類(lèi)的產(chǎn)品也能相互連接，這使得便攜式設(shè)備的發(fā)展有了更加廣闊的空間。USBOTG協(xié)議實(shí)現(xiàn)了無(wú)主機(jī)參與的數(shù)據(jù)通信，可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信，而無(wú)須主機(jī)的介入，在嵌入式領(lǐng)域必將有廣闊的應(yīng)用前景。由于PC機(jī)的限制，其最高數(shù)據(jù)傳輸率不超過(guò)115KbpS，同時(shí)傳輸?shù)木嚯x也不會(huì)超過(guò)15米，且PC機(jī)上的串口數(shù)目也很有限。它的數(shù)據(jù)寬度16位，工作頻率8MHz，數(shù)據(jù)傳輸率6MB/S，處理器的高速度和總線的低速度不同步，造成硬盤(pán)、圖形卡和其它外設(shè)只能通過(guò)一個(gè)慢速且狹窄的瓶頸發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，使CPU的高性能受到了嚴(yán)重的影響。PCI總線與CPI無(wú)關(guān)，與時(shí)鐘頻率亦無(wú)關(guān)，可適各種平臺(tái)，支持多處理器和并發(fā)工作。（5） 通用串行總線(USB)上述總線接口雖各具優(yōu)點(diǎn)，但也都有其難以克服的缺點(diǎn)。我們可以很方便地對(duì)其作一些特殊處理或是更改設(shè)置，使用非常方便。另外為了適應(yīng)一些不需要很大吞吐量和很高實(shí)時(shí)性的設(shè)備，如鼠標(biāo)等，USB還提供低速方式，速率為12Mbps。所有USB設(shè)備支持熱插拔，系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)配置，不再占用中斷資源或者DMA資源，徹底拋棄了過(guò)去的跳線和撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)置。標(biāo)準(zhǔn)USB電纜長(zhǎng)度為3m(5m低速)，通過(guò)Hub或中繼器可以使外設(shè)距離達(dá)到30m使用靈活。通過(guò)分析我們可以看出使用USB接口是最適合我們這個(gè)設(shè)計(jì)的要求。（1）專(zhuān)為USB設(shè)計(jì)的USB控制芯片：該類(lèi)芯片是廠商為開(kāi)發(fā)USB應(yīng)用設(shè)備而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的，內(nèi)部用的是專(zhuān)用的CPU。即使用戶(hù)不熟悉這些芯片的結(jié)構(gòu)，但是介紹這些微控制器的書(shū)籍和關(guān)于他們的范例程序、開(kāi)發(fā)工具等都可以作為設(shè)計(jì)時(shí)的參考。但其優(yōu)點(diǎn)是用戶(hù)可以選擇任何一種自己熟悉的微控制器，而且這種芯片價(jià)格也相對(duì)便宜。綜合考慮現(xiàn)有工作環(huán)境、資料收集情況和價(jià)格等因素，本課題采用了需要外接微控制器的PDIUSBD12芯片作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的USB控制芯片。；內(nèi)部集成T320B的FIFO(先進(jìn)先出)儲(chǔ)存器；支持總線供電(從主機(jī)USB插槽獲得電源)或設(shè)備自供電；提供GoodLink指示器，在設(shè)備正確枚舉、配置后使LED持續(xù)點(diǎn)亮，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)則閃爍；該芯片具有SOP28及TSSOP28兩種封裝形式。INT_N引腳需與外部微控制器的中斷引腳相連，用于在接口芯片收到或者發(fā)送完畢USB總線數(shù)據(jù)時(shí)通知微控制器進(jìn)入相應(yīng)的中斷處理。另外PDUISBD12芯片所獨(dú)有的Sotf Connect功能非常實(shí)用，能使外部的USB設(shè)備隨時(shí)可以重新初始化。 ，+線，通知主機(jī)外設(shè)位全速模式設(shè)置。： PDIUSBD12功能框圖PDIUSBD12提供控制傳輸、中斷傳輸、批量傳輸三種傳輸形式，芯片內(nèi)除缺省控制管道端點(diǎn)0外，還有兩個(gè)端點(diǎn)。如果配置為等時(shí)IN或等時(shí)OUT則只有一個(gè)方向。此外，由于器件采用了靜態(tài)設(shè)計(jì)，可提供很寬的操作頻率范圍(頻率可降至0)。由于設(shè)計(jì)是靜態(tài)的，時(shí)鐘可停止而不會(huì)丟失用戶(hù)數(shù)據(jù)。P0(P00P07)：P0口是開(kāi)漏雙向口，可以寫(xiě)為1使其狀態(tài)為懸浮用作高阻輸入。P1口第2功能：T2(Pl0) 定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入/時(shí)鐘輸出T2EX(P11) 定時(shí)/計(jì)數(shù)器2重裝載/捕捉/方向控制.P2(P20一P27)：P2口是帶內(nèi)部上拉的雙向I/O口，向P2口寫(xiě)入1時(shí)，P2口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口。P3(P30一P37) ：P3口是帶內(nèi)部上拉的雙向I/O口，向P3口寫(xiě)入1時(shí)，P3口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口。并可用作外部時(shí)鐘或定時(shí)，注意每次訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)時(shí)一個(gè)ALE脈沖將被忽略。如果EA為高時(shí)，將執(zhí)行內(nèi)部程序除，非程序計(jì)數(shù)器包含大于片內(nèi)FLASH的地址。.XATL2晶體2：反相振蕩放大器輸出。轉(zhuǎn)換得到的八位數(shù)據(jù)不斷送入戶(hù)AT89C52內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)中目標(biāo)數(shù)組中，并在主機(jī)發(fā)出要求后經(jīng)USB接口芯片PDIUSBD12送至主機(jī)。 本章小結(jié)提出系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案。4 采集器硬件設(shè)計(jì) 低通濾波電路的設(shè)計(jì)采樣輸入信號(hào)，在傳輸過(guò)程中或由于器件本身的原因引入高頻噪聲信號(hào)。對(duì)于RC有源濾波器，能實(shí)現(xiàn)傳遞函數(shù)在S域左半平面上出現(xiàn)共扼極點(diǎn)，得到良好的濾波特性，頻率響應(yīng)具有十分平坦的通帶和陡峭的過(guò)渡帶，但增加裝置的復(fù)雜性和時(shí)延。 采樣保持電路設(shè)計(jì)在如上的電路連接情況下，ADC0809芯片的時(shí)鐘信號(hào)為500Hkz，其轉(zhuǎn)換時(shí)間為128uS。AD582是低成本單片采樣/保持放大器，需要外接保持電容后才能具有完整的采樣/保持功能。此處選用100pf的保持電容，這樣符合精度要求不太高，而速度要求較高的八位A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809的需要。 ATC89C51與PDIUSBD12連接電路設(shè)計(jì)利用了MCU+D12的結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)硬件電路，這種靈活性減少了開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)和費(fèi)用，是實(shí)現(xiàn)USB外設(shè)最經(jīng)濟(jì)的解決方案。因?yàn)橹恍枰晃坏刂?，所以D12的ALE直接接為低電平，用PDIUSBD12的A0腳作為地址位。D12的Vdd工作在5V，用于提供給D+作參考電壓。為解決這一問(wèn)題，需在設(shè)計(jì)中加入選頻電路，當(dāng)CLKOUT輸出在軟件編程下改為12MHz/24MHz時(shí)，選頻電路脈沖觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路，產(chǎn)生單片機(jī)復(fù)位脈沖，此脈沖持續(xù)時(shí)間應(yīng)大于CLKOUT腳輸出信號(hào)不穩(wěn)定期(通過(guò)調(diào)整單穩(wěn)電路中的電容電阻值來(lái)實(shí)現(xiàn))，51復(fù)位后可運(yùn)行在新時(shí)鐘下。設(shè)計(jì)中采用了獨(dú)立時(shí)鐘方式，即D12與MCU各用一個(gè)時(shí)鐘。另外，D+與主機(jī)端口的連接也需注意。對(duì)于總線供電設(shè)備，兩種方式都可用。若不加相應(yīng)電路或軟件修改，在操作中必須先拔電纜，再斷/接外設(shè)電源，操作較麻煩。在程序運(yùn)行過(guò)程中，可以把USB接口的配置和狀態(tài)通過(guò)RS232接口發(fā)送出來(lái)。復(fù)位與掛起恢復(fù)電路：處理系統(tǒng)的上電和手動(dòng)復(fù)位，檢測(cè)PDIUSBD12的掛起狀態(tài)在其從掛起狀態(tài)恢復(fù)時(shí)喚醒(復(fù)位)單片機(jī)。 USB接口電路圖中D12DP和D12DM分別接PDIUSBD12的D+和D。PDIUSBD12本身的ESD(Electro Static Discharge)保護(hù)能力是有限的，在嚴(yán)重的情況下，靜電放電甚至可能損害到電子元件，為了有效的防止這種情況的出現(xiàn)，可以在D，D+和地線之間并聯(lián)一個(gè)瞬變電壓抑制器。但是這樣使得PDIUSBD12在不用的時(shí)候也是打開(kāi)的，在操作或存儲(chǔ)時(shí)可能產(chǎn)生的靜電放電(ESD)，導(dǎo)致PDIUSBD12進(jìn)入不確定的狀態(tài)。正脈沖的寬度由74HC123外部連接的電容和電阻決定。 本章小結(jié)本章詳細(xì)敘述了基于USB接口的高速數(shù)據(jù)采集器硬件設(shè)計(jì)。另外還指出了USB接口和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀。同時(shí)簡(jiǎn)單介紹了PDIUSBD12和單片機(jī)AT89C51的特性和功能。通過(guò)本次設(shè)計(jì)我對(duì)數(shù)據(jù)采集器有了一定的了解。 參考文獻(xiàn)[1] 高翔. 基于USB的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[D]. 西北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006.[2] 孟祥軍. 基于USB接口的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究 [D]. 山東科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，2004.[3] 段軍. 基于USB的數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與研究[D].南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2004.[4] 王凡，揭曉，潘克修等. 基于USB的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) [J]. 國(guó)外電子測(cè)量技術(shù), 2006，25(7)：50－52.[5] 馬海潮. 超高速數(shù)據(jù)采集技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 [J]. 測(cè)試技術(shù)學(xué)報(bào), 2003，17(4)：287－292.[6] J. Ludvig, J. Mcarthy, S. Meuendorffer etc. Reprogrammable Platforms for HighSpeed Data Acquisition [J]. Design Automation for Embedded Systems，2002(7)，.[7] 張劍. 基于USB總線的便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2004.[8] 曾錚. 基于DSP和USB的聲音信號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) [D]. 北方工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文, 2006. [9] 劉丁，毛德柱，王云飛. USB在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J].電子技術(shù)應(yīng)用, 2000，(4)：37－39.[10] A. Bogaerts, R. Keyser, G. Mugnai etc. SCI Data Acquisition Systems Doing more with less. 1995.[11] USB Implementer’s Forum Universal Serial Bus Specification Revision [S],Septermber 23,1998[12] [M].北京中國(guó)電力出版社，2002[13]王奕，2002[14]Universal Serial Bus Specification,Compaq,Intel，Microsoft，NEC Revision September23, 1998[15] Cypress Semiconductor. EZUSB FX Manual Technical Reference[M]. San Diego,1998.致 謝在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中，我得到了來(lái)自學(xué)校、院里等方面的幫助，成功的完成了自己畢業(yè)設(shè)計(jì)，達(dá)到了應(yīng)有的目標(biāo)。還有就是在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到麻煩的時(shí)候，劉老師總是很耐心和我一起分析問(wèn)題，幫我找出問(wèn)題所在，才使得我解決問(wèn)題。最后，向所有幫助過(guò)我的老師、同學(xué)表示感謝！附錄第 36 頁(yè) 共 36