【正文】 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. 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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)。 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)。 USB接口電路圖中D12DP和D12DM分別接PDIUSBD12的D+和D。對(duì)于總線供電設(shè)備，兩種方式都可用。D12的Vdd工作在5V，用于提供給D+作參考電壓。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。 本章小結(jié)提出系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案。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。由于設(shè)計(jì)是靜態(tài)的，時(shí)鐘可停止而不會(huì)丟失用戶數(shù)據(jù)。 ，+線，通知主機(jī)外設(shè)位全速模式設(shè)置。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。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。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。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。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。端點(diǎn)描述符：包括了端點(diǎn)所支持的傳輸類(lèi)型、大小、方向等信息。USB設(shè)備的請(qǐng)求由8個(gè)字節(jié)組成，格式定義如表23所列。全速(Full speed)功能部件可以支持最多可達(dá)16個(gè)任何類(lèi)型的端點(diǎn)。表21各種包的格式令牌包SYNCPIDADDR ENDPCRC5數(shù)據(jù)包PID DATACRC16握手包 PID幀開(kāi)始PID幀標(biāo)號(hào)CRC5同步域(SYNC field)：所有的包都起始于同步域，它被用于本地時(shí)鐘與輸入信號(hào)的同步，并且在長(zhǎng)度上定義為8位，SYNC的最后兩位作為一個(gè)記號(hào)，表明PID域(標(biāo)識(shí)域)的開(kāi)始。 USB的數(shù)據(jù)傳輸方式雖然USB設(shè)備的軟硬件會(huì)自動(dòng)處理所有傳輸?shù)募?xì)節(jié)，但是如果想要設(shè)計(jì)USB設(shè)備，我們?nèi)匀恍枰獙?duì)接口的內(nèi)部工作原理有相當(dāng)程度的了解。在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中經(jīng)常需要對(duì)一些物理量進(jìn)行采集，為提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本提供信息和手段。最快可以達(dá)到480Mbps，可以滿足高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求?，F(xiàn)在常用的采集方式是數(shù)據(jù)采集板卡，常用的有42485等總線板卡。根據(jù)調(diào)查顯示，70%的嚴(yán)重系統(tǒng)錯(cuò)誤和系統(tǒng)崩潰是由硬件沖突引起的。1998年，在進(jìn)一步對(duì)以前版本的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行闡述和擴(kuò)充的基礎(chǔ)上。在科學(xué)技術(shù)研究的各行各業(yè)中，常常利用PC機(jī)或工控機(jī)對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，如液位、溫度、壓力、頻率等。主控制器驅(qū)動(dòng)程序能夠更容易的將不同的主控制器設(shè)備影射到USB系統(tǒng)中，因此客戶可以在不知其設(shè)備連接在那個(gè)主控制器的情況下與設(shè)備相互作用。塊傳輸主要用于完成主機(jī)和設(shè)備之間的大批量數(shù)據(jù)傳輸，這種傳輸方式可以利用任何可用的帶寬進(jìn)行傳輸，或可以延遲到有可利用的帶寬時(shí)再進(jìn)行傳送數(shù)據(jù)。表22 PID類(lèi)型PID類(lèi)型PID 名稱PID[3…0]說(shuō)明 令牌 (Token)OUT0001b地址+端點(diǎn)號(hào)IN1001b地址+端點(diǎn)號(hào)SOF0101b幀標(biāo)志，表示幀標(biāo)號(hào)開(kāi)始SETUP1101b地址+端點(diǎn)號(hào)數(shù)據(jù)（DATA）DATA00011b數(shù)據(jù)分組偶PIDDATA11011b數(shù)據(jù)分組奇PID 握手（Handsake）ACK0010b接收器接受到無(wú)誤的數(shù)據(jù)分組NAK1010b接受設(shè)備不能接受數(shù)據(jù)或發(fā)送設(shè)備不能發(fā)送的數(shù)據(jù)SALL1110b端點(diǎn)被靜止特殊PRE1100b主機(jī)發(fā)出低速通信的前導(dǎo)信號(hào)地址域(AddressField)：外設(shè)端點(diǎn)都是由地址域指明的，它包括兩個(gè)子域：地址域和端點(diǎn)域，外設(shè)必須解讀這兩個(gè)域，其中有任何一個(gè)不匹配，這個(gè)令牌就會(huì)被忽略。CRC校驗(yàn)：包括令牌校驗(yàn)和數(shù)據(jù)校驗(yàn)。一個(gè)描述符是具有一個(gè)確定格式的一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在程序設(shè)計(jì)時(shí)，各種描述符的每一個(gè)字段必須正確無(wú)誤，尤其是描述符的長(zhǎng)度和類(lèi)型，否則設(shè)備枚舉必將失敗。取得了滿意的效果。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。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。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。較為典型的代表為Cypress公司推出的CY7C63101A、CY7C63723等等。 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(mén)電路，故而PDIUSD12芯片可以直接與AT89C52的數(shù)據(jù)總線相連。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。P0也可以在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)作地址的低字節(jié)，在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)作數(shù)據(jù)總線，此時(shí)通過(guò)內(nèi)部強(qiáng)上拉輸出1。該引腳在對(duì)FLASH編程時(shí)接5V/12V編程電壓(Vpp)。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。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。但這增加了電路的復(fù)雜性。 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(cè)總線的掛起于復(fù)位，USB通訊的狀態(tài)指示，抗干擾等功能。本設(shè)計(jì)采用的是德州儀器的SN75240芯片。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。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。 由于設(shè)計(jì)是基于USB進(jìn)行的，在設(shè)計(jì)過(guò)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(guò)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。 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(guò)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。USB接口電路部分：主要是設(shè)備檢測(cè)和抗干擾電路。將此引腳與MCU的某個(gè)I/O腳相連，當(dāng)MCU檢測(cè)到D12進(jìn)入掛起狀態(tài)，且它也沒(méi)有其它待處理事物時(shí)，也進(jìn)入休眠狀態(tài)。下圖所示為89C51與D12集成電路相互連接的簡(jiǎn)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。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(lái)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。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)。當(dāng)使用8位尋址方式(MOVRi)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口發(fā)送P2特殊功能寄存器的內(nèi)容。全部支持12時(shí)鐘和6時(shí)鐘操作，包含128字節(jié)和256字節(jié)RAM、32條I/O口線、3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、6輸入4優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu)、1個(gè)串行I/O口(可用于多機(jī)通信I/O擴(kuò)展或全雙工UART)，以及片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。芯片中串行輸入引擎(SIE)模塊起著至關(guān)重要的作用，主要完成所有的USB協(xié)議層功能，例如同步模式識(shí)別、并/串轉(zhuǎn)換、位填充/去填充、CRC檢驗(yàn)/產(chǎn)生、包PID產(chǎn)生/確認(rèn)、地址識(shí)別、握手信號(hào)包響應(yīng)/產(chǎn)生。如果選擇了這種設(shè)計(jì)方按，那么必須再選擇一個(gè)微控制器芯片，這樣就增加了設(shè)備的體積。通過(guò)使用Hub擴(kuò)展，可接多達(dá)127個(gè)外設(shè)。但PCI總線主要用于提高系統(tǒng)的性能。從這些介紹中可以看出，適用于大多數(shù)中低速設(shè)備；，并增加了一些新的特性，速度可高達(dá)480Mb/s，使得原來(lái)USB不能用于視頻的傳輸也可以實(shí)現(xiàn)；以上這兩種協(xié)議雖然可以滿足大多數(shù)系統(tǒng)的需要，但在實(shí)際的通信過(guò)程中必須有主機(jī)的參與，離