【正文】 它的亮暗將反映USB芯片的工作狀態(tài)。雖然D12可以編程輸出時(shí)鐘，但由于D12上電復(fù)位時(shí)默認(rèn)時(shí)鐘頻率為4MHZ，欲讓MCU工作在12MHZ/24MHZ，必須通過軟件編程實(shí)現(xiàn)，而單片機(jī)在程序執(zhí)行過程中無法改變時(shí)鐘頻率。為解決這一問題，需在設(shè)計(jì)中加入選頻電路，當(dāng)CLKOUT輸出在軟件編程下改為12MHz/24MHz時(shí)，選頻電路脈沖觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路，產(chǎn)生單片機(jī)復(fù)位脈沖，此脈沖持續(xù)時(shí)間應(yīng)大于CLKOUT腳輸出信號(hào)不穩(wěn)定期(通過調(diào)整單穩(wěn)電路中的電容電阻值來實(shí)現(xiàn))，51復(fù)位后可運(yùn)行在新時(shí)鐘下。但這增加了電路的復(fù)雜性。而且，這種方式也增加了電路的不穩(wěn)定性。尤其是對(duì)于MCU的外圍設(shè)備很多時(shí)，更不宜用單一時(shí)鐘方式。設(shè)計(jì)中采用了獨(dú)立時(shí)鐘方式，即D12與MCU各用一個(gè)時(shí)鐘。USB協(xié)議規(guī)定，當(dāng)總線上3us沒有活動(dòng)時(shí)，外設(shè)將進(jìn)入掛起狀態(tài)。此時(shí)，D12的SUSPEND引腳輸出高電平。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)，且它也沒有其它待處理事物時(shí)，也進(jìn)入休眠狀態(tài)。另外，D+與主機(jī)端口的連接也需注意。D12提供了兩種連接方式:(一)用內(nèi)部上拉電阻與軟件編程。此方式下通過向某一特定寄存器位寫1來實(shí)現(xiàn)與主機(jī)連接，斷開連接只需向相應(yīng)位寫0。(二)直接在D+線外接上拉電阻，用插拔電纜實(shí)現(xiàn)連接與斷開。對(duì)于總線供電設(shè)備，兩種方式都可用。對(duì)于自供電設(shè)備，建議用前者，因?yàn)閷?duì)于自供電設(shè)備，若用方式二，插上電纜后，經(jīng)常出現(xiàn)系統(tǒng)檢測(cè)不到設(shè)備或主機(jī)讀取描述符不成功的情況，這與D+的上拉電阻有關(guān)。D+上的外接上拉電阻若由HUB的本地電源供電，則可能沒有VCC，此時(shí)檢測(cè)不到設(shè)備。若上拉電阻采用總線供電，而HUB的主控制器用本地電源供電，則可檢測(cè)到設(shè)備連接，但讀取描述符出錯(cuò)。若不加相應(yīng)電路或軟件修改，在操作中必須先拔電纜，再斷/接外設(shè)電源，操作較麻煩。 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。這些功能由微控制器和PDIUSBD12及相應(yīng)的外圍電路共同實(shí)現(xiàn)。另外，為了方便USB接口的硬件調(diào)試，系統(tǒng)增加了一個(gè)RS232接口。在程序運(yùn)行過程中，可以把USB接口的配置和狀態(tài)通過RS232接口發(fā)送出來。 USB接口硬件框圖整個(gè)硬件系統(tǒng)主要分為下述幾個(gè)模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)模塊：它是控制的核心，根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，寫在其內(nèi)部EPROM中的單片機(jī)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。USB協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊：這個(gè)模塊以PDIUSBD12為核心，將接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過轉(zhuǎn)換發(fā)送到USB口。USB接口電路部分：主要是設(shè)備檢測(cè)和抗干擾電路。復(fù)位與掛起恢復(fù)電路：處理系統(tǒng)的上電和手動(dòng)復(fù)位，檢測(cè)PDIUSBD12的掛起狀態(tài)在其從掛起狀態(tài)恢復(fù)時(shí)喚醒(復(fù)位)單片機(jī)。擴(kuò)展端口：用于與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接和系統(tǒng)調(diào)試。下面，對(duì)主要的硬件設(shè)計(jì)和應(yīng)該注意的問題加以說明。 USB接口電路。 USB接口電路圖中D12DP和D12DM分別接PDIUSBD12的D+和D。它們是USB的數(shù)據(jù)線，外接匹配電阻是18歐姆。當(dāng)USB電纜斷開與主機(jī)的連接時(shí)，D+和D處于懸浮狀態(tài)，在噪聲環(huán)境下，D+和D的狀態(tài)可能由于感應(yīng)噪聲而發(fā)生變化，SIE有時(shí)會(huì)誤以為是主機(jī)產(chǎn)生的恢復(fù)信號(hào)從而使PDIUSBD12錯(cuò)誤的退出掛起狀態(tài)。因此需要將D+接一個(gè)1M的下拉電阻，而D接一個(gè)1M的上拉電阻。PDIUSBD12本身的ESD(Electro Static Discharge)保護(hù)能力是有限的，在嚴(yán)重的情況下，靜電放電甚至可能損害到電子元件，為了有效的防止這種情況的出現(xiàn)，可以在D，D+和地線之間并聯(lián)一個(gè)瞬變電壓抑制器。本設(shè)計(jì)采用的是德州儀器的SN75240芯片。當(dāng)AB或CD兩端出現(xiàn)瞬間高能量沖擊時(shí)，它能以極高的速度把兩端的阻抗值由高阻態(tài)變?yōu)榈妥钁B(tài)，吸收一個(gè)大電流，從而把它兩端間的電壓鉗位在一個(gè)較小的數(shù)值上，保護(hù)后面的電路元件不因瞬態(tài)高電壓的沖擊而損壞。 復(fù)位與掛起恢復(fù)電路系統(tǒng)中單片機(jī)和USB控制芯片都需要復(fù)位，PDIUSBD12具有內(nèi)置的上電復(fù)位電路，所以可以將RESET_N引腳直接連到VCC即可實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。但是這樣使得PDIUSBD12在不用的時(shí)候也是打開的，在操作或存儲(chǔ)時(shí)可能產(chǎn)生的靜電放電(ESD)，導(dǎo)致PDIUSBD12進(jìn)入不確定的狀態(tài)。為了避免這種情況出現(xiàn)，我們通過單片機(jī)的I/O端口來給PDIUSBD12提供復(fù)位信號(hào)。單片機(jī)的復(fù)位可以有兩種途徑:一種是上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位，另外一種方式是當(dāng)PDIUSBD12從掛起狀態(tài)回復(fù)的時(shí)候。 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。正脈沖的寬度由74HC123外部連接的電容和電阻決定。這里單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74HC123的作用是能夠防止D12SUSPD引腳上的干擾脈沖導(dǎo)致單片機(jī)復(fù)位。當(dāng)D12SUSPD端出現(xiàn)一個(gè)負(fù)脈沖時(shí)，第一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的/Q端輸出一個(gè)負(fù)脈沖，使得第二個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不能觸發(fā)。只有D12SUSPD引腳上的負(fù)脈沖保持到第一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出脈沖結(jié)束才能使第二個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器觸發(fā)，使單片機(jī)復(fù)位。 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)。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(shè)計(jì)，并給出了硬件電路原理圖。 5 結(jié) 論 本數(shù)據(jù)采集器硬件設(shè)計(jì)是基于USB接口設(shè)計(jì)的，利用單片機(jī)知識(shí)和電子電路知識(shí)相聯(lián)系來實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)。首先我了解基于USB接口的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究背景，提出課題的研究意義，指出了用USB接口相較于其他接口的優(yōu)勢(shì)：易實(shí)現(xiàn)、成本低、快速、兼容性強(qiáng)。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。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。提出系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案。對(duì)PC機(jī)與數(shù)據(jù)采集器的接口方式和USB控制芯片的選取進(jìn)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(shì)。同時(shí)簡(jiǎn)單介紹了PDIUSBD12和單片機(jī)AT89C51的特性和功能。最后，闡述了數(shù)據(jù)采集器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。 詳細(xì)敘述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(shè)計(jì)。 由于設(shè)計(jì)是基于USB進(jìn)行的，在設(shè)計(jì)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(shí)，因此，通過本設(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。通過本次設(shè)計(jì)我對(duì)數(shù)據(jù)采集器有了一定的了解。在設(shè)計(jì)過程中，我們也遇到了很多困難，在硬件方面由于之前沒有接觸USB接口控制芯片，不知道其工作原理。因而剛開始設(shè)計(jì)進(jìn)程很慢，后來通過各種渠道比如到圖書館查閱相關(guān)資料、上網(wǎng)等才把其弄懂。在指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)下，得以把整體框架清理出來。 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. 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San Diego,1998.致 謝在本次設(shè)計(jì)過程中，我得到了來自學(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)。在這里特向以下單位和個(gè)人致以本人最誠(chéng)摯的謝意：首先，感謝學(xué)校能夠提供我們一個(gè)這樣鍛煉和提高自己能力的機(jī)會(huì)，使得我們?cè)谧呷肷鐣?huì)之前有了一個(gè)深刻的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的體會(huì)。這次設(shè)計(jì)不但檢驗(yàn)了自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)，證實(shí)了自己的能力，使自己在進(jìn)入工作崗位之前有了一次對(duì)于工作的直觀評(píng)估和體會(huì)，而且使我們對(duì)自己的實(shí)踐能力建立一些信心。其次，要特別感謝指導(dǎo)老師劉橋老師，劉老師在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中給了我很大的幫助，他的嚴(yán)格要求和對(duì)學(xué)術(shù)的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度，深深的感染了我，我有必要像他那樣無論在什么事上，都以自己最認(rèn)真的態(tài)度去對(duì)待，正是他不懈的指導(dǎo)和督促，才使得我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)得以順利的完成。還有就是在設(shè)計(jì)過程中遇到麻煩的時(shí)候，劉老師總是很耐心和我一起分析問題，幫我找出問題所在，才使得我解決問題。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。他淵博的學(xué)識(shí)、敏銳而活躍的思維為我樹立了榜樣，使我終身受益。在課題設(shè)計(jì)過程中，我還得到了同組同學(xué)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(shí)。最后，向所有幫助過我的老師、同學(xué)表示感謝！附錄第 36 頁(yè) 共 36 頁(yè)