基于usb數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-24 20:10 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 串行時(shí)鐘SCL 和 TWI 串行數(shù)據(jù) SDA 復(fù)用。D+和 D－分別是 USB 總線正信號 I/O 引腳和負(fù)信號 I/O 引腳。本系統(tǒng)中利用 D+和 D－兩個(gè)引腳與 USB 端口的兩根數(shù)據(jù)線 D+和 D－相連，從而實(shí)現(xiàn) USB 數(shù)據(jù)通信。RST 是單片機(jī)復(fù)位信號引腳，ALE 是地址鎖存使能信號引腳，只有當(dāng)讀寫外部程序存儲器和使用 MOVX 指令時(shí)該引腳信號有效。Error!引腳接高電平時(shí)芯片是從內(nèi)部存儲器尋址的，必須接低電平才能使芯片從外部程序存儲器起始地址 0000h 開始尋址。圖 3 AT89C5131 引腳分布圖 ADC0809 介紹ADC0809 采用 28 腳雙列直插式封裝，其引腳功能說明如下：IN0~IN7：8 路輸入通道的模擬量輸入端口。START、ALE：START 為 A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)控制端口，ALE 為地址鎖存控制信號端口。這兩個(gè)端口可連在一起，通過軟件輸入一個(gè)正脈沖即可啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換。EOC、OE：EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號脈沖輸出端口，OE 為輸出允許控制端口。這兩個(gè)端口也可連在一起，表示 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束。當(dāng) OE 端的電平由低變高，打開三態(tài)輸出鎖存器，將轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。VREF(＋)、VREF(－)、VCC、GND：VREF(＋)和 VREF(－)為參考電壓輸入端；VCC 為主電源輸入端，GND 為接地端。一般 VREF(＋)與 VCC 連接在一起，VREF(－)與 GND 連接在一起。CLK：時(shí)鐘輸入端。第 5 頁ADD A、ADD B、ADD C：8 路模擬開關(guān)的 3 位地址選通輸入端，用來選擇對應(yīng)的輸入通道。ADC0809 的工作時(shí)序如圖 8 所示。其中 tWE 為最小 ALE 脈寬，典型值 100ns；tD 為模擬開關(guān)延時(shí)，典型值：1 μs ；tWS 為最小啟動(dòng)脈寬，典型值：100ns；tEOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束延時(shí)，最大為 8 個(gè)時(shí)鐘周期：＋2 μs；tC 為轉(zhuǎn)換時(shí)間，典型值：100 μs。圖 4 ADC0809 工作時(shí)序 由圖 4 可看出，當(dāng)送入啟動(dòng)信號 START 后，EOC 有一段時(shí)間保持高電平，表示上一次 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，在實(shí)際應(yīng)用中容易引起誤控。因此，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換后在軟件上應(yīng)延遲一段時(shí)間（大于 tEOC）之后再進(jìn)行查詢或開中斷。 單元模塊功能介紹此系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括的單元模塊有 AT89C5131USB 接口電路、A/D 轉(zhuǎn)換電路、外接存儲接口電路、系統(tǒng)外圍電路等。 AT89C5131USB 接口電路AT89C5131 單片機(jī)具有 USB 接口功能，因而可直接與 USB 端口連接，通過 USB 總線與 PC機(jī)通信。具體 USB 接口電路如圖 5 所示。AT89C5131 的 USB 總線正信號 I/O 引腳 D+和負(fù)信號I/O 引腳 D－分別與 USB 端口 J1 的兩根數(shù)據(jù)線 D+和 D－相連（電阻 R2 和 R3 為可選電阻） ，再通過 USB 連接線即可與 PC 機(jī)的 USB 接口相連進(jìn)行通信。USB 總線參考電壓引腳 VREF 通過 的電阻 R1 與 D+相連，從而可以實(shí)現(xiàn)軟件斷開功能。本系統(tǒng)中 PC 機(jī)作為 USB 主機(jī)，而 AT89C5131 作為 USB 設(shè)備，因而 D+和 D－無需連接下拉電阻。單片機(jī)的模擬地引腳 AVSS和數(shù)字地引腳 VSS 均接地；而模擬電源引腳 AVDD 和數(shù)字電源引腳則連接正電源 VCC，給單片機(jī)提供工作所需電源。圖 5 中還給出了一些其他相關(guān)引腳的連接：UCAP 引腳與一個(gè)外部電容連接來給 USB 提供電源。PLLF 引腳作為 PLL（鎖相環(huán)）低通濾波器的輸入引腳，需要與一個(gè) RC 網(wǎng)絡(luò)（圖中為 R5 和 C3）構(gòu)成的低通濾波器相連。XTAL1 和 XTAL2 則分別作為反饋元件的片外石英晶體Y1 及電容 C4 和 C5 一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器，產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號。第 6 頁圖 5第 7 頁 A/D 轉(zhuǎn)換接口電路多路輸入信號需通過 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號才能進(jìn)入單片機(jī)，本系統(tǒng)選擇的 A/D 轉(zhuǎn)換器是 8 位逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809。該 A/D 轉(zhuǎn)換器是一種單片 CMOS 器件，包括 8位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、8 通道多路轉(zhuǎn)換器和與微處理器兼容的控制邏輯。ADC0809 片內(nèi)帶有鎖存功能的 8 路模擬多路開關(guān)，可對 8 路 0～5V 輸入模擬電壓信號分時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A/D 轉(zhuǎn)換接口電路如圖 6 所示。單片機(jī)的 P0 口可分時(shí)輸出低 8 位地址和數(shù)據(jù)，為了把地址信息分離出來保存，需外加地址鎖存器（圖中為 74HC373） ，并由單片機(jī)的地址鎖存允許信號 ALE 的下降沿將地址信息鎖存到地址鎖存器中。經(jīng)鎖存器鎖存后的低三位地址 Q0~Q2 分別與 ADC0809 的地址譯碼引腳 ADDA~ADDC 連接，以選通 IN0~IN7 中的一個(gè)通道。ADC0809 與單片機(jī)數(shù)據(jù)總線~ 相連。ADC0809 片內(nèi)無時(shí)鐘，圖 6 中利用雙 4 位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74HC393 給 ADC080929 提供時(shí)鐘輸入。單片機(jī)的 ALE 引腳與 74HC393 的時(shí)鐘輸入端 CLK 相連，計(jì)數(shù)器的一路輸出 Q1 與ADC0809 的時(shí)鐘輸入端 CLOCK 相連，ALE 引腳的時(shí)鐘頻率經(jīng) 74HC393 二分頻后提供給ADC0809 作為時(shí)鐘信號。單片機(jī) 引腳作為 ADC0809 的片選信號。圖 6 中使用了 4 與非門芯片 74ALS00
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