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基于usb的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)畢業(yè)論文-免費(fèi)閱讀

2025-08-10 09:32 上一頁面

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【正文】 她是我一生學(xué)習(xí)的榜樣。目前,很多常見的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)都存在功能單一的缺點(diǎn),而本課題所完成的系統(tǒng)作為通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),具有采集、處理多種信號(hào)等功能。整個(gè)過程由計(jì)算機(jī)通過 CH372 芯片進(jìn)行控制。 end else MessageBox( , 39。 mLength := CONST_CMD_LEN。 mLength := CONST_CMD_LEN。iLength:cardinal ):cardinal。CH375WriteData 下傳數(shù)據(jù)失敗 39。 // 讀寫 51 單片機(jī)的外部 RAM(本演示板的單片機(jī)沒有外部 RAM,所以無法演示 ) [1] := 00。單次下傳數(shù)據(jù)長(zhǎng)度超過 4096 字節(jié) 39。 API 函數(shù)及對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 31 所示: 表 31 API 函數(shù)與驅(qū)動(dòng)程序例程對(duì)應(yīng)關(guān)系 API 函數(shù) IRP 說明 Create File IRP_MJ_CRETE 打開設(shè)備 Read File IRP_MJ_READ 從設(shè)備獲取數(shù)據(jù) Write File IRP_MJ_WRITE 向設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù) Close Handle IRP_MJ_CLOSE 關(guān)閉設(shè)備 Device I/O Control IRP_MJ_DEVICE_CONTROL 控制設(shè)備 具體執(zhí)行流程圖如圖 36 所示: 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) USB 接口的實(shí)現(xiàn) 13 啟 動(dòng) 系 統(tǒng)是 否 啟 動(dòng)設(shè) 置 設(shè) 備 參 數(shù)啟 動(dòng) A / D 模 塊是 否 獲 得 有 效數(shù) 據(jù) 包 ? 下 組 數(shù) 據(jù) 是 否準(zhǔn) 備 就 緒 ?顯 示 錯(cuò) 誤 信息 Y N NY報(bào) 告 數(shù) 據(jù) 丟 失存 儲(chǔ) 、 顯 示 有 效 數(shù) 據(jù)延 遲 至 下 組 數(shù)據(jù) 準(zhǔn) 備 就 緒Y N 圖 36 執(zhí)行流程圖 設(shè)備讀寫接口程序的實(shí)現(xiàn) 對(duì)于我們的硬件板,當(dāng)把前面開發(fā)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序安裝到系統(tǒng)后并以它作為設(shè)備與上層應(yīng)用程序的軟件接口時(shí),也可以使用這些方式來實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序與它的通信。 對(duì)于 USB 設(shè)備,其 WDM 驅(qū)動(dòng)程序分為 USB 功能驅(qū)動(dòng)程序和 USB 底層驅(qū)動(dòng)程序。 驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì) Windows 環(huán)境下驅(qū)動(dòng)程序有 3 種模型: KMD 模型、 VXD 模型、 WDM 模型。 固件程序采用模塊化設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)成中斷驅(qū)動(dòng)模式,其總體結(jié)構(gòu)如圖 31 所示。因此,用戶必須編寫固件程序去輔助硬件完成 USB 的通信任務(wù)。改變 CD4051 的 IN/OUT0~7 及 OUT/IN的傳遞方向,可用做多路開 關(guān)和反多路開關(guān) [9]。這些開關(guān)電路在整個(gè) VDDVSS 和 VDDVEE 電源范圍內(nèi)具有極低的靜態(tài)功耗,與控制信號(hào)的邏輯狀態(tài)無關(guān)。對(duì)于 273 每個(gè)觸發(fā)器的功耗典型值為39mW,對(duì)于 LS273 為 10mW。 周邊電路設(shè)計(jì) 由于系統(tǒng)要求必須由 16 路開關(guān)量以及 8 路脈沖信號(hào)輸入,因此周邊電路的設(shè)計(jì)包括開關(guān)量輸入電路、脈沖輸 入電路以及多路開關(guān)電路,完成信號(hào)的輸入處理及輸出工作。 USB 接口芯片 CH372 是 CH375 芯片的功能簡(jiǎn)化版和 CH371 的升級(jí)產(chǎn)品,它是一個(gè) USB 線的通用設(shè)備接口芯片。這些轉(zhuǎn)換器可以產(chǎn)生單調(diào)的、 1 至 2 倍于基準(zhǔn)電壓和接地電壓差值的輸出。器件可在17181。 A/D 轉(zhuǎn)換和 D/A 轉(zhuǎn)換 TLC549 芯片電路設(shè)計(jì) TLC549 是 TI 公司生產(chǎn) 的一種高性能、低價(jià)位的 8位 A/D 轉(zhuǎn)換器,它以 8 位開關(guān)電容逐次逼近的方法實(shí)現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換,最大轉(zhuǎn)換速率為40KHZ, 4MHZ 典型內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘,電源為 3V至 6V。 芯片的選擇 本設(shè)計(jì)采用 51 單片機(jī)中的 AT89C52 為主控制器件。 接口具有低成本、靈活方便、高性能以及可靠穩(wěn)定的特點(diǎn),將會(huì)逐步成為計(jì)算機(jī)的主要輸入和輸出方式。 國內(nèi)外現(xiàn)狀 國外公司紛紛推出了很多以適應(yīng)不同精度,不同條件要求的 USB 數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品。 1996 年康柏、英特爾和微軟三家廠商提出設(shè)備托架的概念,其目的是實(shí)現(xiàn)高度 的可擴(kuò)展性 [3]。 USB 設(shè)備支持即插即用,無需打開機(jī)箱安裝 USB 設(shè)備,無需再關(guān)閉計(jì)算機(jī)。目前,以該系統(tǒng)為核心的設(shè)備在國內(nèi)和國外已被廣泛應(yīng)用,如工業(yè)控制中現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備;視頻電話,家庭影院及其他多媒體設(shè)備。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) USB 接口的實(shí)現(xiàn) 1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) USB 接口的實(shí)現(xiàn) 自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生 XXX 指導(dǎo)教師 XXX 摘要 : USB 通用串行總線是一種新型的微機(jī)接口規(guī)范,隨著客戶對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集速度要求的不斷提高, USB 以其易于擴(kuò)展、速度快、方便使用等優(yōu)點(diǎn)越來越多的應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。數(shù)據(jù)采集卡與計(jì)算機(jī)外設(shè)一樣,與主機(jī)通訊接口一般基于 PC 機(jī)上的 ISA總線、 PCI 總線、 RS232總線等 [1]。 ,每個(gè) USB 主機(jī)可以通過 USB 集線器同時(shí)掛接最多 127 個(gè)外圍設(shè)備,可以有效的解決 I/O 口數(shù)目不夠用的問題。 版本在 USB 中首次引入,它的總線傳輸速率低,有 12Mbps(全速)和 (低速)兩種。典型的是美國 NI 公司開發(fā)了一系列的 USB 數(shù)據(jù)采集卡, NI 公司于 20xx 年 6 月推出了兩款最新的采樣率高達(dá) ??傮w來看,目前國內(nèi) USB 數(shù)據(jù)采集設(shè)備的發(fā)展已經(jīng)取得 了較大的進(jìn)步,但與國外在開發(fā)和應(yīng)用的深度和廣度而言,還有一定的距離,在一些現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集的要求相對(duì)高的場(chǎng)合還是較多的采用外國產(chǎn)品。 AT89C52是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓,高性能 8 位 CMOS 單片機(jī),器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn),兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng),可靈活應(yīng)用于各種領(lǐng)域。它能很好的采用三線串行接口方式與各種微處理器連接,構(gòu)成各種廉價(jià)的測(cè)控應(yīng)用系統(tǒng) [7]。s 甚至更短時(shí)間內(nèi)完成轉(zhuǎn)換。器件內(nèi)集成上電復(fù)位功能,確保啟動(dòng)時(shí)的環(huán)境是可重復(fù)的。 CH372 可以方便的掛接到 MCU/DSP/MPU/單片機(jī)等控制器的系統(tǒng)總線上,它在本地端具有 8 位數(shù)據(jù)總線和中斷輸出以及寫、讀、片選控制線;在 PC 系統(tǒng)中, CH372 的配套軟件提供的操作接口簡(jiǎn)潔易用,這使得本地端的單片機(jī)與該芯片的通訊方便得就如同讀寫文件一般。 開關(guān)量輸入電路設(shè)計(jì) 74LS244 為三態(tài)輸出的八組緩沖器和總線驅(qū)動(dòng)器。由于系統(tǒng)要求有 16 路開關(guān)量輸出,因此,開關(guān)量輸出電路由 2 片 74LS273 組成。當(dāng) INH 輸入端為 1 時(shí),所有的通道截止。 使用禁止端 INH,可以很方便地實(shí)現(xiàn)通道數(shù)的擴(kuò)展。具體如下: (1)初始化。 圖 31 固件程序結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)流向 各模塊主要功能如下: 主程序:完成 USB 接口芯片及數(shù)字信號(hào)處理器的初始化、數(shù)據(jù)接收 /發(fā)送標(biāo)志位的判斷和中斷請(qǐng)求等待。 WDM模型是全新的驅(qū)動(dòng)程序模型,現(xiàn)在主流操作系統(tǒng)基本上都是采用基于 WDM 模型的驅(qū)動(dòng)程序 [9]。USB 底層驅(qū)動(dòng)程序由操作系統(tǒng)提供,負(fù)責(zé)與硬件打交道,實(shí)現(xiàn)底層通信。但是為了修改和設(shè)計(jì)應(yīng)用程序更加方便,因此本文便把讀寫設(shè)備封裝在相應(yīng)的讀寫函數(shù)中。, mCaptionInform, MB_OK+MB_ICONERROR )。 // 指定外部 RAM 緩沖區(qū)起始地址 ,該例是將數(shù)據(jù)下傳到起始地址為 0X8200 的外部 RAM [2] :=$82。, mCaptionInform, MB_OK + MB_ICONERROR )。 var mDemoReq:COMMAND_PACKET 。 // 命令包的長(zhǎng)度 if ( CH372WriteData( mIndex, mDemoReq, mLength ) ) then // 通過 CH372 發(fā)送命令包,成功 begin := DEF_CMD_UP_DATA。 // 命令包的長(zhǎng)度 if ( CH372WriteData( mIndex, mDemoReq, mLength ) ) then // 通過CH372 發(fā)送命令包,成功 begin 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) USB 接口的實(shí)現(xiàn) 17 mLength := iLength。CH372WriteData 發(fā)送命令失敗DEF_CMD_CLEAR_UP39。如圖 43 所示: 圖 43 脈沖信號(hào)采集過程 測(cè)試結(jié)果 輸入模擬量測(cè)試 輸入模擬量測(cè)試結(jié)果如表 41 所示: 表 41 輸入模擬量測(cè)試結(jié)果 模擬電壓( V) 1 2 3 4 5 6 實(shí)測(cè)值( V) 誤差 % % % % % % 由上表可以算出,輸入模擬量測(cè)試最大誤差為 %,為誤差允許范圍。并且采用 USB 總線與計(jì)算機(jī)通訊,繼承了 USB 總線高帶寬、安裝方便、易擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。 感謝 XXXXXX 的所有老師和同學(xué)們。特別感謝 XXX 給我極大的幫助,她淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、崇高的敬業(yè)精神以及求真務(wù)實(shí)的作風(fēng)令我終生難忘。該基于 USB總線的 高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具可靠性高、數(shù)據(jù)不會(huì)丟失、抗干擾性強(qiáng),便于數(shù)據(jù)傳輸和處理等優(yōu)點(diǎn),有良好的應(yīng)用前景和很大的實(shí)用價(jià)值 [13
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