【正文】 還有就是在設(shè)計(jì)過程中遇到麻煩的時(shí)候，劉老師總是很耐心和我一起分析問題，幫我找出問題所在，才使得我解決問題。通過本次設(shè)計(jì)我對(duì)數(shù)據(jù)采集器有了一定的了解。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。正脈沖的寬度由74HC123外部連接的電容和電阻決定。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。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)。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。另外，D+與主機(jī)端口的連接也需注意。為解決這一問題，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(通過調(diào)整單穩(wěn)電路中的電容電阻值來實(shí)現(xiàn))，51復(fù)位后可運(yùn)行在新時(shí)鐘下。因?yàn)橹恍枰晃坏刂罚訢12的ALE直接接為低電平，用PDIUSBD12的A0腳作為地址位。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。 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。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)，在傳輸過程中或由于器件本身的原因引入高頻噪聲信號(hào)。轉(zhuǎn)換得到的八位數(shù)據(jù)不斷送入戶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)。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。P3(P30一P37) ：P3口是帶內(nèi)部上拉的雙向I/O口，向P3口寫入1時(shí)，P3口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口。P0(P00P07)：P0口是開漏雙向口，可以寫為1使其狀態(tài)為懸浮用作高阻輸入。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)。： 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)。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。；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。但其優(yōu)點(diǎn)是用戶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。（1）專為USB設(shè)計(jì)的USB控制芯片：該類芯片是廠商為開發(fā)USB應(yīng)用設(shè)備而專門設(shè)計(jì)的，內(nèi)部用的是專用的CPU。標(biāo)準(zhǔn)USB電纜長度為3m(5m低速)，通過Hub或中繼器可以使外設(shè)距離達(dá)到30m使用靈活。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。（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)。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、圖形卡和其它外設(shè)只能通過一個(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。USBOTG協(xié)議實(shí)現(xiàn)了無主機(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。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。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。 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)。Device_Qualifier描述符儲(chǔ)存目前不使用的速度的字段數(shù)值。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，而且用戶可以讀取它們。配置描述符：定義了設(shè)備的配置信息，一個(gè)設(shè)備對(duì)它支持的每一種配置都有一個(gè)配置描述符，包括關(guān)于配置的一般信息，并且定義了當(dāng)使用這些配置時(shí)接口的數(shù)量。表24 USB標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備請(qǐng)求bmRequestTypebRequestwValuewIndexwLengthData00000000B00000001B00000010BCLEAR_FEATURE特性選擇符0接口號(hào)端點(diǎn)號(hào)0無10000000BGET_CONFIGURATION001配置值10000000BGET_DESCRIPOTR描述表種類和索引零或語言標(biāo)志描述表長描述表10000001BGET_INTERFACE0接口號(hào)1可選設(shè)置10000000B10000001B10000010BGET_STATUS00接口號(hào)端點(diǎn)號(hào)2設(shè)備，接口或端點(diǎn)狀態(tài)00000000BSET_ADDRESS設(shè)備地址00無00000000BSET_CONFIGURTION配置值00無00000000BSET_DESCRIPTO描述表0或語言標(biāo)志描述表長描述表00000000B00000001B00000010BSET_FEATURE描述表種類和索引0接口號(hào)端點(diǎn)號(hào)0無00000001BSET_INTERFACE可選設(shè)置接口號(hào)0無10000010BSYNCH_FRAME0端點(diǎn)號(hào)2幀標(biāo)號(hào) USB設(shè)備的描述符USB設(shè)備利用描述符來報(bào)告其屬性。產(chǎn)生的多項(xiàng)式是如下：G(X)=X16+X15+X2+1 這個(gè)多項(xiàng)式的二進(jìn)制位組合是1000000000000101B。每個(gè)字節(jié)的范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)位移出時(shí)都是最低位(Lsb)在前。除了端點(diǎn)地址0之外，端點(diǎn)個(gè)數(shù)是由功能部件決定的。 PID分組碼格式PID可以分成4個(gè)碼組：令牌、數(shù)據(jù)、握手和特定類型，如表22所列。這種傳輸類型保留了數(shù)據(jù)中時(shí)間壓縮的概念，但并不意味著這一類數(shù)據(jù)傳輸都是實(shí)時(shí)的?？刂苽鬏斨饕糜诿?、控制、狀態(tài)操作(如獲取設(shè)備的設(shè)備描述符，設(shè)置設(shè)備的USB地址等，可以通過控制傳輸來定義自己對(duì)設(shè)備的控制操作，設(shè)置采樣參數(shù)、開始或停止采樣等)，是由主機(jī)軟件發(fā)起的請(qǐng)求/響應(yīng)通信過程，具有突發(fā)性、非周期性的特點(diǎn)，每個(gè)USB設(shè)備都必須有控制傳輸?shù)耐ǖ?。USBD所實(shí)現(xiàn)的準(zhǔn)確細(xì)節(jié)隨不同操作系統(tǒng)環(huán)境而有所不同，但USBD在不同操作系統(tǒng)環(huán)境下完成的是一樣的工作。其中USB系統(tǒng)軟件是由主控制器驅(qū)動(dòng)程序(HCD)、USB驅(qū)動(dòng)程序(USBD)和主機(jī)軟件組成。最后，闡述了數(shù)據(jù)采集器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，尤其是PC機(jī)的出現(xiàn)，大大地促進(jìn)了工業(yè)自動(dòng)化的程度，現(xiàn)在越來越多設(shè)備實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制和無人職守，而這一切又促進(jìn)了數(shù)據(jù)采集技術(shù)的發(fā)展。但是USB接口在工業(yè)控制領(lǐng)域、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及只能儀器儀表中的應(yīng)用還不多見。在1996年，這是第一個(gè)為所有的USB產(chǎn)品提出設(shè)計(jì)請(qǐng)求的標(biāo)淮。所有USB設(shè)備支持熱拔插，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，徹底拋棄了過去的跳線和撥碼開關(guān)設(shè)置。這給編程者帶來了不便，同時(shí)消耗了PC的許多系統(tǒng)資源，使許多系統(tǒng)資源不可使用，并且產(chǎn)生了很多沖突，由此造成了很多問題。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。采用板卡不僅安裝麻煩，容易受機(jī)箱內(nèi)環(huán)境的干擾，而且由于受計(jì)算機(jī)插槽數(shù)量和地址、中斷資源的限制不可能掛接很多設(shè)備。因此，我們能夠利用USB總線接口比較容易的實(shí)現(xiàn)低成本、高可靠性的多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。4)有總線電源保護(hù)，系統(tǒng)連續(xù)3ms沒有總線活動(dòng)，USB自動(dòng)進(jìn)入刮起狀態(tài)。目前，支持的最高速度達(dá)到了480Mbps，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了一般并行總線的數(shù)據(jù)傳輸速度。在自動(dòng)飛行控制和航天器的遙測、遙控中以及在國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)采集技術(shù)具有很重要的地位。(3) 提出系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案。實(shí)箭頭表示主機(jī)上的實(shí)際通信，設(shè)備上的相應(yīng)接口根據(jù)不同的儀器而不同。UHCD實(shí)現(xiàn)了與USB主控制器通信和控制USB主控制器的一些細(xì)節(jié)，它對(duì)系統(tǒng)軟件的其它部分是隱蔽的。每一次傳輸是由事務(wù)(transaction)所組成，每一筆事務(wù)都是由信息包(packet)所組成，每一個(gè)信息包則是包含傳輸?shù)男畔?。具有?shù)據(jù)量小、非周期性、低頻率、延時(shí)一定等特點(diǎn)。標(biāo)識(shí)域(PID Paeket Identifier Field)：是由一個(gè)4位的分組類型碼加上4位類型碼的反碼組成。端點(diǎn)域(ENDP)有4位，它使設(shè)備可以擁有幾個(gè)子通道，所有的設(shè)備必須支持一個(gè)控制端點(diǎn)0(end point 0)。幀號(hào)域(Frame Number Field：幀號(hào)字段是一個(gè)11位的字段，主機(jī)每過一幀就將其內(nèi)容加一。生成多項(xiàng)式如下：G(X)=X5+X2+1 這個(gè)多項(xiàng)式的二進(jìn)制位組合是00101B。表23 USB設(shè)備請(qǐng)求格式偏移量域大小值描述0bmRequestType1位圖請(qǐng)求特征： D7：傳輸方向 0=主機(jī)至設(shè) 1=設(shè)備至主D6..5：種類 0=標(biāo)準(zhǔn) 1=類 2=廠商 3=保留D4..0：接受者 0=設(shè)備 1=接口 2=端點(diǎn) 3=其他1bRequest1數(shù)值USB設(shè)備請(qǐng)求2wValue2值字長域，根據(jù)不同的請(qǐng)求含義改變4wIndex2索引和偏移字長域，根據(jù)不同的請(qǐng)求含義改變。USB的描述符是通過Get Deseriptor來讀取的。USB設(shè)備的每一個(gè)端點(diǎn)都有自己的描述符。，還增加了一些新的特性。，他們使用相同的連接器與電纜。USBOTG并沒有影響外設(shè)到PC的連接能力和要求，而是為在PC機(jī)連接不可行或不能實(shí)現(xiàn)的情況下提供一個(gè)外設(shè)之間直接通信的解決方案。USBOTG并不是一個(gè)獨(dú)立的規(guī)范。USBOTG已受到Cypress等芯片