【正文】 供應商、軟件開發(fā)商和設備制造商的廣泛支持，OTG必將會成為新一代嵌入式設備的解決方案。采樣系統(tǒng)與PC機接口速度的瓶頸作用會導致一部分數(shù)據(jù)的丟失，失去連續(xù)采樣的意義。PCI總線為外設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。USB是一些PC大廠商，如Microsoft，Intel等為了解決日益增加的PC外設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準，自1995年在cmodeX上亮相以來，己廣泛地為各CP廠家所支持。USB為接纜和連接頭提供了單一模型，解決了外設越來越多所造成的插槽緊張問題。 USB控制芯片的選擇要實現(xiàn)一個USB設備，首先面對的問題就是選擇一種適合的USB控制芯片。此類芯片的典型代表有：Cypress公司的EZ_USB系列芯片(內嵌80C186)，Amtel公司的AT76C711(內嵌Atmel AVR)，SIEMNES公司的C541U(內嵌80C580C52)等等。 PDIUSBD12芯片簡介PDIUSBD12是Philips公司的一款性價比很高的USB器件，其內部無微控制器，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。XTAL1和XATL2為外部時鐘信號引入端，使用6MHz晶振。D+和D一管腳上分別接有一個10歐姆的差分傳輸平衡電阻，以保證數(shù)據(jù)傳送正確。 AT89C51介紹AT89C51單片機是采用高性能的靜態(tài)SOC51設計。運行可從時鐘停止處恢復。當作為輸入腳時，被外部拉低的P2口會因為內部上拉而輸出電流。置位后ALE只能在執(zhí)行MOVX指令時被激活。 系統(tǒng)硬件設計方案PC主機UJUSB接口芯片PDIUSBD12傳感器八路模擬轉換開關A/D轉換UAN低通濾波前置放大電路單片機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轉換芯片ADC080USB接口芯片PDIUSBD12組成。對PC機與數(shù)據(jù)采集器的接口方式和USB控制芯片的選取進行了分析，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。對于RC無源濾波器，其傳遞函數(shù)的極點永遠只能位于S平面的負實軸上，頻率特性呈單調衰減，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。 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引腳經兩個反相器(增強驅動能力)后得到。89C51是應用比較廣泛的一種單片機微控制器，因此選用了它進行核心程序的設計，通過D12將數(shù)據(jù)信號轉換為符合USB規(guī)則的信號。DMACK_N接高電平，CS_N接低電平作為片選。USB協(xié)議規(guī)定，當總線上3us沒有活動時，外設將進入掛起狀態(tài)。對于自供電設備，建議用前者，因為對于自供電設備，若用方式二，插上電纜后，經常出現(xiàn)系統(tǒng)檢測不到設備或主機讀取描述符不成功的情況，這與D+的上拉電阻有關。 USB接口硬件框圖整個硬件系統(tǒng)主要分為下述幾個模塊：單片機模塊：它是控制的核心，根據(jù)設計的要求，寫在其內部EPROM中的單片機序需要完成初始化、數(shù)據(jù)采集、傳輸數(shù)據(jù)給PDIUSBD12等功能。它們是USB的數(shù)據(jù)線，外接匹配電阻是18歐姆。為了避免這種情況出現(xiàn)，我們通過單片機的I/O端口來給PDIUSBD12提供復位信號。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接口硬件設計，并給出了硬件電路原理圖。最后，闡述了數(shù)據(jù)采集器的設計實現(xiàn)。在這里特向以下單位和個人致以本人最誠摯的謝意：首先，感謝學校能夠提供我們一個這樣鍛煉和提高自己能力的機會，使得我們在走入社會之前有了一個深刻的實踐經驗的體會。在課題設計過程中，我還得到了同組同學的熱情幫助，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。在指導老師的精心指導下，得以把整體框架清理出來。對PC機與數(shù)據(jù)采集器的接口方式和USB控制芯片的選取進行了分析，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。只有D12SUSPD引腳上的負脈沖保持到第一個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出脈沖結束才能使第二個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器觸發(fā)，使單片機復位。 復位與掛起恢復電路系統(tǒng)中單片機和USB控制芯片都需要復位，PDIUSBD12具有內置的上電復位電路，所以可以將RESET_N引腳直接連到VCC即可實現(xiàn)上電復位。 USB接口電路。另外，為了方便USB接口的硬件調試，系統(tǒng)增加了一個RS232接口。(二)直接在D+線外接上拉電阻，用插拔電纜實現(xiàn)連接與斷開。尤其是對于MCU的外圍設備很多時，更不宜用單一時鐘方式。在這里，A0是與P17相連，A0為高時，表示DATA0DATA7上收到的是命令字；A0為低時，表明接收到的是數(shù)據(jù)。當所需增益為1時，省去電阻RF，將9號和8號兩個引腳直接連接即可。在本系統(tǒng)中采用了AD582芯片作為采樣保持器件。模擬濾波器通?？煞譃閮纱箢悾簾o源濾波器，由RLC元件構成；有源濾波器，主要由集成運放和RC元件構成。數(shù)據(jù)采集器的系統(tǒng)框圖如圖所示。XATL1晶體1：反相振蕩放大器輸入和內部時鐘發(fā)生電路輸入。ALE地址鎖存使能：在訪問外部存儲器時，輸出脈沖鎖存地址的低字節(jié)，在正常情況下，ALE輸出信號恒定為1/6振蕩頻率。當作為輸入腳時，被外部拉低的Pl口會因為內部上拉而輸出電流。掉電模式保存RAM的內容，但是凍結振蕩器，導致所有其它的片內功能停止工作。如果配置為同步式(只能進行中斷或者塊傳輸)，則分IN和OUT兩個方向；如果配置為等時IN/OUT模式，也有兩個方向。這樣外圍處理器可以處理USB不連接時的工作狀態(tài)。VDD、GND、D+、D一四引腳與USB電纜的下游插座相連，其中VDD與GND之間的5V電壓可為設備提供電源；D+和D一為信號線。此類芯片的典型代表有：Philips公司的PDIUSBD1Netchip公司的NET2888芯片、National 。這些控制器芯片的優(yōu)點是開發(fā)者已經熟悉了這些通用微控制器的結構和指令集，所以開發(fā)起來救比較容易。USB總線提供最大達5V，500mA電流，對于功耗較小的設備來說這是非常有效的。USB設備支持即插即用，安裝UBS設備不必再打開機箱，加減已安裝過的設備完全不用關閉計算機。由于USB的熱插拔特性，使得它的使用很方便，而且與串口、并口相比，USB的速度也快得多。（4）PCI總線PCI總線是Intel公司推出的外圍設備互連總線，是另一種局部總線規(guī)范PCI總線具嚴格的規(guī)范，保證了它具有良好的兼容性，符合PCI規(guī)范的擴展卡可插入任何PCI系統(tǒng)可靠地工作。串行口不同于并行口之處在于它的數(shù)據(jù)和控制信息是一位接一位串行地傳送下去。點到點的通信能力建立在定義好的結構上，允許在主機和從機之間的轉換。它允許一個便攜式設備成為一個USB主機，而不需要支持一個PC主機的所有功能。在2001年，USB開發(fā)者論壇(USB Implementers Forum，USBIF)(OnTheGo)。Other_Speed_Configuration描述符的附屬描述符與設備配置描述符相同。原來的預測是希望提高到20倍的傳輸速度，實際上達到了40倍的傳輸速度(480Mb/s)。一個設備接口包含一個或多個端點描述符。使用描述符使得單個配置的特性存儲變得簡明，因為每個配置可能會重復使用其它有相同特性的配置描述符的部分或全部，用這種方法，描述符用一個關系數(shù)據(jù)庫來表繪一個個的單獨數(shù)據(jù)記錄。所有的標準設備請求都是使用默認管道來傳輸?shù)?。CRC也必須滿足位填充的要求，這意味著如果前6位都是1的話，就必須在CRC的最后插入一個零。對于低速(Low Speed)設備，每個功能部件最多提供3個管道：在端口0的控制管道加上2個附加管道(或是2個控制管道，或是1個控制管道和1個中斷端口，或是2個中斷端口)。一旦外設被復位或上電，外設的地址被缺省為0，這時必須在主機枚舉過程中被賦予一個唯一的地址。所有的數(shù)據(jù)通訊過程都可以歸結為三種包的傳輸：令牌包、數(shù)據(jù)包和應答包，這些包都是由不同的域組成的，格式如表21所示。塊傳輸支持兩個方面的數(shù)據(jù)傳輸(即主機到設備和設備到主機)，適用于打印機、調制解調器等不定期傳送大量數(shù)據(jù)的中速設備，具有非周期性和突發(fā)性強的特點。當設備被系統(tǒng)檢測到時，這些客戶程序將直接作用于外圍硬件，這個共享的特性將USB系統(tǒng)軟件置于客戶和它的設備之間，也就是說，一個客戶程序不能直接訪問設備硬件，而是根據(jù)USBD在客戶端形成的設備映像由客戶程序對它進行處理。通用主控制器驅動器(UHCD)處于軟結構的最底層，由它來管理和控制主控制器。2 USB軟件通信協(xié)議 USB系統(tǒng)構成一個USB系統(tǒng)由以下幾部分構成：主機和設備：是指USB系統(tǒng)中的主要構件；物理構成：是指USB元件的連接方法；邏輯構成：不同的USB元件所擔當?shù)慕巧拓熑?，以及從主機和設備的角度出發(fā)USB所呈現(xiàn)的結構；客戶軟件與設備功能接口的關系。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。它是以傳感器、信號測量與處理、微型計算機等技術為基礎而形成的一門綜合應用技術，主要研究信息數(shù)據(jù)的采集、存儲、處理以及控制等作業(yè)，具有很強的實用性。歷經8年的發(fā)展，USB技術已經非常成熟，也得到了lT業(yè)各硬件及件廠商的廣泛支持。3)數(shù)據(jù)傳輸速度比一般的串行總線(如RS232，RS485等)快，可以滿足絕大多數(shù)多點數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求。他不僅解決了I/O插口不夠的問題，而且建立了一條連接和訪問外設的方法。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　  1 緒論 課題的提出及意義在工業(yè)生產和科研的各行業(yè)，常常利用PC或工控機對各種數(shù)據(jù)進行采集這其中有很多地方需要對各種數(shù)據(jù)進行采集，如液位、溫度、壓力、頻率等。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權說明本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績热荨Ｍㄓ么锌偩€(Universal Serial Bus，簡稱USB)的出現(xiàn)，很好的解決了以上這些問題。2)接口數(shù)目多，每個USB主機通過USB集線器，可以同時掛接最多127個外圍設備，有效地解決了多點數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)I/O口不夠用的問題。之后，隨著USB的普及與推廣，USB的成員一直持續(xù)不斷地增加，如今已是非常龐大的推廣組織了。數(shù)據(jù)采集是信息科學的一個重要分支，是信息處理系統(tǒng)的最前端。 本課題的主要內容本課題的內容按章節(jié)大致可以分為4個方面：(1) 了解基于USB接口的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究背景，