【正文】 4, 內(nèi)置 8192 個(gè) 16*16 點(diǎn)漢字，和 128 個(gè) 16*8 點(diǎn) ASCII 字符集 .利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。單片機(jī)顯示模塊應(yīng)該能夠做到快速簡(jiǎn)練，并且有語(yǔ)義明確，這對(duì)使用單片機(jī)具有很關(guān)鍵的作用。上拉電阻可以被用軟件使能 /禁止，可以根據(jù)軟件選擇的速度設(shè)置（全速或低速）出現(xiàn)在 D+或D引腳。CPU 時(shí)鐘源與 USB 時(shí)鐘相互獨(dú)立。 片內(nèi) 4 倍時(shí)鐘乘法器和時(shí)鐘恢復(fù)電路允許使用內(nèi)部高精度振蕩器作為 USB 時(shí)鐘源，實(shí)現(xiàn)全速和低速通信。最大的 FIFO大小為 512 字節(jié)（端點(diǎn) 3）。 XRAM 中有 1KB 的存儲(chǔ)塊被專門用作 USB FIFO 空間。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 圖 圖 通用串行總線控制器 通用串行總線控制器（ USB）符合 規(guī)范，可以全速或低速工作，集成了收發(fā)器和端點(diǎn) FIFO RAM。 USB 控制芯片 C8051F320 高速 8051 微控制器內(nèi)核 : 流水線指令結(jié)構(gòu)； 70%的指令的執(zhí)行時(shí)間為一個(gè)或兩個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期 速度可達(dá) 25MIPS（時(shí)鐘頻率為 25MHz 時(shí)）擴(kuò)展的中斷系統(tǒng) 存儲(chǔ) 器 : 2304 B 內(nèi)部數(shù)據(jù) RAM(1K+256+1K USB FIFO)16KB FLASH；可在系統(tǒng)編程，扇區(qū)大小為 512 字節(jié) 數(shù)字外設(shè) : 25/21 個(gè)端口 I/O；均耐 5V 電壓 ,大灌電流硬件增強(qiáng)型 SPI、增強(qiáng)型 UART 和 SMBus 串口 4 個(gè)通用 16 位計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器 16 位可編程計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器陣列（ PCA），有 5 個(gè)捕捉 /比較模塊使用外部時(shí)鐘源和 PCA 或定時(shí)器的實(shí)時(shí)時(shí)鐘方式 時(shí)鐘源 : 內(nèi)部振蕩器 :%的精度 (時(shí)鐘恢復(fù)被使能時(shí) )。另外 C8051F320 提供了設(shè)備的“軟”解決方案，使得設(shè)備可以無(wú)限制的配置和升級(jí)。符合 USB 規(guī)范 版全速 (12Mbps)或低速 () 集成時(shí)鐘恢復(fù)電路；無(wú)需外部晶體支持 8 個(gè)端點(diǎn) 1KB USB 緩存集成收發(fā)器 。這類 USB 控制器只處理 USB 通信，而且必須由外部的微處理器來(lái)控制，因此這類控制器需要兩個(gè)芯片，而其他種類的USB 控制器則只需一個(gè)芯片 (MCU 和 USB 控制器在同一個(gè)芯片上 )。最常見的 USB控制器都是與 8051 微處理器兼容。 IN026msb21212220IN12723192418IN2282582615IN312714lsb2817IN42EOC7IN53ADDA25IN64ADDB24ADDC23IN75ALE22ref()16ENABLE9START6ref(+)12CLOCK10U0ADC0809VCCD0D1D2D3D4D5D6D7EOCABCCLK3D2SD4CD1Q5Q6U4A74F74ALESTARTSTARTOEIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7CLOCKCLOCKVCC VCC天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 2)與現(xiàn)有的芯片兼容。其電路 連接圖如 所示 : 圖 多通道 A/D 轉(zhuǎn)換電路圖 主控芯片的選擇及介紹 常用 控制芯片介紹 隨著 USB 的應(yīng)用日益廣泛，各個(gè)開發(fā)商也相繼推出了各自的符合 USB 相應(yīng)協(xié)議的 USB 控制器芯片，盡管各種芯片都是嚴(yán)格遵循 USB 的相關(guān)協(xié)議，但不同的商推出的產(chǎn)品還是有著一定的性能和用途差異，各種 USB 控制器芯片的結(jié)構(gòu)可分成 3 種 : 1)專為 USB 設(shè)計(jì)的芯片。 多通道 A/D 轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) 多通道 A/D 轉(zhuǎn)換電路是把 8 個(gè)通道的信號(hào)進(jìn)行選擇，每次只選中一個(gè)通道的信號(hào)傳送至 AD0809 中，在此設(shè)計(jì)中采用的是單片機(jī)的 3 個(gè) I/O 口，與 AD0809的三個(gè)地址口 (A,B,C)相連，用這三個(gè)引腳來(lái)控制選擇哪一路通道 。開發(fā)用戶界面程序可以選擇不同的開發(fā)軟件，如 VC++,VB， Delphi，C++Builder 等等，本系統(tǒng)中的應(yīng)用程序軟件是用 VB 開發(fā)的，其特點(diǎn)是軟件安裝和操作都很簡(jiǎn)便。應(yīng)用程序也稱為用戶界面程序。 USB 驅(qū)動(dòng)程序給用戶界面程序提供了軟件和硬件平臺(tái)連接的通道。它主要完成對(duì) USB 芯片 C8051F3 A/D 轉(zhuǎn)換以及整個(gè)電路的初始化，將采集的數(shù)據(jù)送入 C8051F320 的緩沖區(qū)發(fā)給 PC 機(jī)，接收并執(zhí)行 PC 發(fā)送的指令。當(dāng)系統(tǒng)上電后，系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別設(shè)備后加載驅(qū)動(dòng)程序， USB 控制器的固件程序通過(guò) USB 電纜從主機(jī)自動(dòng)下載到其內(nèi)部程序 RAM 中，并經(jīng)過(guò)列舉和重列舉后開始正常工作，計(jì)算機(jī)可以通過(guò)用戶軟件取得系統(tǒng)的各種配置信息。其系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)圖如圖 所示 : 系統(tǒng)的工作流程為 :通道 1 至通道 8 的采集信號(hào)經(jīng)多路轉(zhuǎn)換器進(jìn)行選擇，被選中的通道信號(hào)輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (AD0809)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，用 C8051F320 的 I/O引腳來(lái)控制 AD0809，進(jìn)行讀數(shù)據(jù)。； （四） 信號(hào)的輸入范圍 :05V ； （五） A/D 分辨率 :8Bit； （六） 用戶程序要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收 和 顯示功能 ； USB 總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件構(gòu)成 基于 USB 總線數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)的硬件部分主要由以下幾部分組成 :A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、 主控器、電源設(shè)計(jì)。下面以 USB 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)須達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)來(lái)分別介紹這兩部分的設(shè)計(jì)構(gòu)想和原理。整體設(shè)計(jì)思路為 :用戶通過(guò)主機(jī)端的應(yīng)用軟件下載 USB 固件代碼，并向采集系統(tǒng)發(fā)出讀寫命令以及對(duì) A/D 的設(shè)置數(shù)據(jù) 。硬件部分完成數(shù)據(jù)采集功能，并將采集的數(shù)據(jù)送至 USB 控制器，再通過(guò) USB 接口將數(shù)據(jù)傳送給 PC 機(jī) 。 5)完成用戶界面程序的編寫，并對(duì)系統(tǒng)的軟件進(jìn)行測(cè)試。完成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及 USB 接口的固件編程。設(shè)計(jì)要求的 USB系統(tǒng)，并在 USB 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上形成基于 USB 接口的多點(diǎn)數(shù)據(jù)系統(tǒng)。主要內(nèi)容如下 : l)掌握 USB 總線的協(xié)議及 USB 總線系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)。 課題研究的主要內(nèi)容 鑒于 USB 總線的發(fā)展以及它的諸多優(yōu)點(diǎn)，本課題主要研究數(shù)據(jù)采集 系計(jì)算機(jī)通過(guò) USB 接口通訊的基本方法。 2)協(xié)議復(fù)雜，開發(fā)難度大。 USB 協(xié)議規(guī)定單條 USB 的長(zhǎng)度不能超過(guò) sm，同時(shí)可過(guò)集線器的方法將其進(jìn)行連接，最多可以接入 5 個(gè)集線器將線纜距離延 30m。這四種傳輸模式分別為 :中斷傳輸、批量傳輸、步傳輸和控制傳輸。具有廉價(jià)的電纜和連接頭，并以低廉的價(jià)格提供傳率為 的子通道，將外設(shè)和主機(jī)硬件進(jìn)行了最優(yōu)化的集成，促進(jìn)了低外設(shè)的發(fā)展。系統(tǒng)連續(xù) 3ms 沒(méi)有總線活動(dòng)， USB 自動(dòng)進(jìn)入掛起狀態(tài)。在 PC 主機(jī)和采統(tǒng)都具備支持 標(biāo)準(zhǔn)的接口芯片時(shí)，最快可以達(dá)到 48OMbPs，可以滿速數(shù)據(jù)采集的要求。 3)數(shù)據(jù)傳輸速度比一般串行總線 (如 RS232， RS485 等 )快。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 2)接口數(shù)目多。所有 USB 設(shè)備支持插，系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)配置，不再占用中斷資源或者 DMA 資源，徹底拋棄去的跳線和拔碼開關(guān)設(shè)置?，F(xiàn)在的 PC幾乎都配備了 USB 接口，很多操作系統(tǒng)都增加了對(duì) USB 的支持， USB 總線具有以下優(yōu)勢(shì)： 1)設(shè)備安裝和配置容易。因此，隨著計(jì)算機(jī)對(duì) USB 接口的普及和實(shí)際應(yīng)用中對(duì)數(shù)據(jù)采集卡要求的提高，利用 協(xié)議規(guī)范開發(fā)符合多種場(chǎng)合的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以及此領(lǐng)域內(nèi)先進(jìn)產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化等都成了巫待解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。國(guó)內(nèi)有一些廠商為 USB 設(shè)備的研發(fā)提供軟硬件支持，這在很大程度上降低了開發(fā)難度，減少了開發(fā)時(shí)間，提高了開發(fā)質(zhì)量和效率 接口憑借低成本、高性能、可靠穩(wěn)定、方便靈活的特點(diǎn)，將逐步成為微型計(jì)算機(jī)的主要輸入 輸出方式。 國(guó)內(nèi)在 USB 數(shù)據(jù)采集、 USB 工業(yè)控制等領(lǐng)域已經(jīng)取得了一定的成果，在現(xiàn)實(shí)中得到成功的應(yīng)用。 USB 設(shè)備在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用己經(jīng)起步，并速度快，水平不斷提高 .在幾年前，對(duì)于國(guó)內(nèi)大多數(shù)普通的計(jì)算機(jī)用戶來(lái)說(shuō)， USB 還是個(gè)新鮮的名詞，那時(shí)，市面上能夠買到的 USB 設(shè)備是非常有限的，基本局限于常用的計(jì)算機(jī)外設(shè)，比如說(shuō) USB 光驅(qū)、打印機(jī)等。此后新推出的 高速設(shè)備包含免費(fèi)的交互式數(shù)據(jù)記錄軟件，以供分析之用，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄，并將輸出結(jié)果導(dǎo)入像 Microsoft Excel 的電子數(shù)據(jù)表程序。 USB 技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及優(yōu)缺點(diǎn)分析 國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) USB 設(shè)備的應(yīng)用目前在國(guó)外處于高速發(fā)展階段，國(guó)外有些企業(yè)也已經(jīng)推出了很多能適應(yīng)不同條件、不同精度要求等情況的 USB 數(shù)據(jù)采集系列產(chǎn)品。由于 USB 的種種優(yōu)點(diǎn)，被越來(lái)越多的廠商和用戶所接受，出現(xiàn)了USB 打印機(jī)、攝像機(jī)等產(chǎn)品。它是由 Compaq、 Hp、 Intel、 Lucent(朗訊 )、 Microsoft、 NEC 和 Philips 七家公司聯(lián)合推出的新一代標(biāo)準(zhǔn)口總線，該總線是一種連接外圍設(shè)備的機(jī)外總線，最多可連接 127 個(gè)設(shè)備，為微機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)充和配置外部設(shè)備提供了方便，不僅解決了 I/O 插口不夠的問(wèn)題，而且建立了一條連接和訪問(wèn)外設(shè)的方法，這些方法可以有效的減少總體成本，減少硬件沖突?，F(xiàn)在常用的采集方式是數(shù)據(jù)采集板卡，常用的有 A/D 采集卡以及 42 485 等總線板卡，采用板卡不僅安裝麻煩，價(jià)格昂貴，容易受到機(jī)箱內(nèi)環(huán)境的干擾，通訊過(guò)程中極易產(chǎn)生錯(cuò)誤，而且由于計(jì)算機(jī)插槽數(shù)量和地址、中斷資源的限制，不可能掛接很多設(shè)備，在一些電磁干擾性強(qiáng)的測(cè)試場(chǎng)所，可能無(wú)法專門對(duì)其作電磁屏蔽，從而導(dǎo)致采集的數(shù)據(jù) 失真，針對(duì)上述問(wèn)題，急需采用新的技術(shù)解決。； Data Acquisition； C8051F320； VB； Firmware 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) IV 目 錄 1 緒論 ......................................................................................................................... 1 課題研究的背景及意義 ............................................................................... 1 USB 技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及優(yōu)缺點(diǎn)分析 .............................................................. 1 國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) ............................................................ 1 的優(yōu)勢(shì)和局限性 ......................................................................... 2 課題研究的主要內(nèi)容 ................................................................................... 3 2 基于 USB 總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì) ............................................................. 4 USB 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能指標(biāo) .................................................................. 4 USB 總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件構(gòu)成 .......................................................... 4 USB 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) .................................................................. 5 3 USB 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ............................................................................. 7 多通道 A/D 轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) ...................................................................... 7 主控芯片的選擇及介紹 ................................................................ 7 常用 控制芯片介紹 ............................................................... 7 控制芯片選型及優(yōu)點(diǎn)分析 ................................