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San Diego,1998.致 謝在本次設計過程中，我得到了來自學校、院里等方面的幫助，成功的完成了自己畢業(yè)設計，達到了應有的目標。 本章小結(jié)本章詳細敘述了基于USB接口的高速數(shù)據(jù)采集器硬件設計。 USB接口電路圖中D12DP和D12DM分別接PDIUSBD12的D+和D。對于總線供電設備，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)總體設計方案。并可用作外部時鐘或定時，注意每次訪問外部數(shù)據(jù)時一個ALE脈沖將被忽略。由于設計是靜態(tài)的，時鐘可停止而不會丟失用戶數(shù)據(jù)。 ，+線，通知主機外設位全速模式設置。綜合考慮現(xiàn)有工作環(huán)境、資料收集情況和價格等因素，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。通過分析我們可以看出使用USB接口是最適合我們這個設計的要求。我們可以很方便地對其作一些特殊處理或是更改設置，使用非常方便。由于PC機的限制，其最高數(shù)據(jù)傳輸率不超過115KbpS，同時傳輸?shù)木嚯x也不會超過15米，且PC機上的串口數(shù)目也很有限。Interface_Power描述符：，這個功能使得除了設備層級外，接口層級也能夠啟用電源管理。端點描述符：包括了端點所支持的傳輸類型、大小、方向等信息。USB設備的請求由8個字節(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16個任何類型的端點。表21各種包的格式令牌包SYNCPIDADDR ENDPCRC5數(shù)據(jù)包PID DATACRC16握手包 PID幀開始PID幀標號CRC5同步域(SYNC field)：所有的包都起始于同步域，它被用于本地時鐘與輸入信號的同步，并且在長度上定義為8位，SYNC的最后兩位作為一個記號，表明PID域(標識域)的開始。 USB的數(shù)據(jù)傳輸方式雖然USB設備的軟硬件會自動處理所有傳輸?shù)募毠?jié)，但是如果想要設計USB設備，我們?nèi)匀恍枰獙涌诘膬?nèi)部工作原理有相當程度的了解。在工業(yè)生產(chǎn)和科學研究中經(jīng)常需要對一些物理量進行采集，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%的嚴重系統(tǒng)錯誤和系統(tǒng)崩潰是由硬件沖突引起的。1998年，在進一步對以前版本的標準進行闡述和擴充的基礎上。在科學技術(shù)研究的各行各業(yè)中，常常利用PC機或工控機對各種數(shù)據(jù)進行采集，如液位、溫度、壓力、頻率等。主控制器驅(qū)動程序能夠更容易的將不同的主控制器設備影射到USB系統(tǒng)中，因此客戶可以在不知其設備連接在那個主控制器的情況下與設備相互作用。塊傳輸主要用于完成主機和設備之間的大批量數(shù)據(jù)傳輸，這種傳輸方式可以利用任何可用的帶寬進行傳輸，或可以延遲到有可利用的帶寬時再進行傳送數(shù)據(jù)。表22 PID類型PID類型PID 名稱PID[3…0]說明 令牌 (Token)OUT0001b地址+端點號IN1001b地址+端點號SOF0101b幀標志，表示幀標號開始SETUP1101b地址+端點號數(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接收器接受到無誤的數(shù)據(jù)分組NAK1010b接受設備不能接受數(shù)據(jù)或發(fā)送設備不能發(fā)送的數(shù)據(jù)SALL1110b端點被靜止特殊PRE1100b主機發(fā)出低速通信的前導信號地址域(AddressField)：外設端點都是由地址域指明的，它包括兩個子域：地址域和端點域，外設必須解讀這兩個域，其中有任何一個不匹配，這個令牌就會被忽略。CRC校驗：包括令牌校驗和數(shù)據(jù)校驗。一個描述符是具有一個確定格式的一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在程序設計時，各種描述符的每一個字段必須正確無誤，尤其是描述符的長度和類型，否則設備枚舉必將失敗。取得了滿意的效果。超小連接器：除了標準的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ISA具有良好的兼容性及廣泛的應用，而且這種總線特別適合于控制外設和進行數(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，標準并口的數(shù)據(jù)傳輸率為IMbps，這些都遠低于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)門電路，故而PDIUSD12芯片可以直接與AT89C52的數(shù)據(jù)總線相連。端點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兩個方向。P0也可以在訪問外部程序存儲器時作地址的低字節(jié)，在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時作數(shù)據(jù)總線，此時通過內(nèi)部強上拉輸出1。該引腳在對FLASH編程時接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中復現(xiàn)原連續(xù)信號，采樣頻率必須大于或等于信號頻率的兩倍。此外該保持電容對采樣/保持電路的性能影響很大，應盡量選擇高檔的電容。但這增加了電路的復雜性。 USB接口硬件設計USB接口部分的硬件電路設計主要實現(xiàn)與USB總線的連接，USB總線的數(shù)據(jù)傳輸，檢測總線的掛起于復位，USB通訊的狀態(tài)指示，抗干擾等功能。本設計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。劉老師嚴謹?shù)闹螌W作風、忘我的工作精神時時激勵著我不斷進取。 由于設計是基于USB進行的，在設計過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，因此，通過本設計使我對USB的協(xié)議和它的結(jié)構(gòu)組成有了一定的了解，對數(shù)據(jù)器芯片的功能有了深刻的了解。 USB掛起恢復喚醒電路如圖中所示，當PDIUSBD12從掛起狀態(tài)恢復時，D12SUSPD端從高電平變成低電平，經(jīng)過兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74HC123，RESUME端輸出一個正脈沖以復位/喚醒89C52。USB接口電路部分：主要是設備檢測和抗干擾電路。將此引腳與MCU的某個I/O腳相連，當MCU檢測到D12進入掛起狀態(tài)，且它也沒有其它待處理事物時，也進入休眠狀態(tài)。下圖所示為89C51與D12集成電路相互連接的簡圖： AT89C51與PDIUSBD12連接電路89C51可以用地址數(shù)據(jù)總線復用/非復用兩種連接方式，設計中采用了非復用方式。猶豫在這個系統(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控制將某一路信號接入系統(tǒng)。當使用8位尋址方式(MOVRi)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口發(fā)送P2特殊功能寄存器的內(nèi)容。全部支持12時鐘和6時鐘操作，包含128字節(jié)和256字節(jié)RAM、32條I/O口線、3個16位定時/計數(shù)器、6輸入4優(yōu)先級嵌套中斷結(jié)構(gòu)、1個串行I/O口(可用于多機通信I/O擴展或全雙工UART)，以及片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。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，例如同步模式識別、并/串轉(zhuǎn)換、位填充/去填充、CRC檢驗/產(chǎn)生、包PID產(chǎn)生/確認、地址識別、握手信號包響應/產(chǎn)生。如果選擇了這種設計方按，那么必須再選擇一個微控制器芯片，這樣就增加了設備的體積。通過使用Hub擴展，可接多達127個外設。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)中低速設備；，并增加了一些新的特性，速度可高達480Mb/s，使得原來USB不能用于視頻的傳輸也可以實現(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，但在實際的通信過程中必須有主機的參與，離