【正文】 e periphery circuit design of the Controller (C8051F320)、 the connection between the C8051F320 and the A/D 0809 and the Power supply design. Each chip is choose based on the Technology index in the hardware design，and the ports municate corroding to The mode of the chips and the system function. The papers descript the reasons to choose the chips and the principle chart of the hardware connection. The software of system include USB firmware programme、 device driver programme and the user programme. The USB firmware programme is acplished in Keil C ,realizing the initialization of C8051F320。 The user programme finishes with 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) III VB Language， operating the hardware device through calling the handle of drive function in VB， and realizes the data receiving， saving， and displaying functions. Lastly， it tests the system using the function generator as the object. The system Performs well from the testing results， reaching the expect effects. Key Words： USB。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛快發(fā)展和普及，以數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為核心的設(shè)備也迅速在國內(nèi)外得 到了廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究對(duì)數(shù)據(jù)采集的要求越來越高，如在工業(yè)控制中現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集，溫度、壓力等數(shù)據(jù)的采集，在比較重要場所安裝的監(jiān)控設(shè)備，還有視頻會(huì)議、可視電話等場合中，都需要進(jìn)行高速數(shù)據(jù)采集。 通用串行總線 (Universal Serial Bus)的出現(xiàn)，很好的解決了以上這些問題。因此，我們能夠利用 USB 總線接口比較容易的實(shí)現(xiàn)低成本、高可靠性的多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。盡管目前 USB 接口的應(yīng)用主要集中在電腦的周邊外設(shè)，但是 USB 產(chǎn)品進(jìn)入工控領(lǐng)域?qū)⑹潜厝坏内厔?，所以本課題的研究是具有一定的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)意義的。典型的是美國國家儀器 有限公司 (National Instruments， Nl)公司研制的一系列 USB 數(shù)據(jù)采集卡， Nl于 2021 年 8 月推出了八款最新 高速數(shù)據(jù)采集設(shè)備，從而擴(kuò)展了其業(yè)界領(lǐng)先天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 的高性能 USB 數(shù)據(jù)采集設(shè)備 USB 一 9000 系列產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了高達(dá) 800ks/s 的采樣率。憑借總線驅(qū)動(dòng)、即插即用的連接功能，該系列新款設(shè)備使得 NIUSB 一 9000 高品質(zhì)的 USB 數(shù)據(jù) 采集設(shè)備系列如虎添翼，但是 Nl 公司的 USB 數(shù)據(jù)采集卡系列產(chǎn)品的價(jià)格都比較昂貴。隨著 USB 體系結(jié)構(gòu)的逐步完善， USB 被越來越多的廠商所支持和推崇，也將應(yīng)用到更廣的領(lǐng)域，市場上國內(nèi)的主要產(chǎn)品有北京優(yōu)采公司 UA300 系列、四川拓普公司的 UDAQ、 UBOX、 UCARD 等系列。 協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá) 480MbPs，如此高的傳輸速率能用于 的傳輸速率所無法滿足的地方，如高實(shí)時(shí)性要求的工業(yè)設(shè)備控制、動(dòng)態(tài)圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)龋S著時(shí)代的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展， USB 必將在更廣闊的領(lǐng)域得到更深層次的應(yīng)用。 總而言之，目前國內(nèi)對(duì) USB 數(shù)據(jù)采集設(shè)備的研制己經(jīng)取得了可喜的發(fā)展，但是與國外相比，在開發(fā)和應(yīng)用的深度和廣度而言，還有一段距離，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集要求比較高的場合多是采用的國外產(chǎn)品。 USB 的優(yōu)勢和局限性 USB 支持各種 PC 與外設(shè)之間的連接，還可實(shí)現(xiàn)數(shù)字多媒體集成。 USB 設(shè)備支持即插即用，安裝 USB 設(shè)備不必開機(jī)箱，加減已安裝過的設(shè)備，完全不用關(guān)閉計(jì)算機(jī)。USB 為接纜和連接頭提供了單一模型，解決了越來越多造成的插槽緊張問題。每個(gè) USB 主機(jī)通過 USB 集線器，可以同時(shí)掛接最多個(gè)外圍設(shè)備，有效地解決了多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) I/O 口不夠用的問題。 的接口最快可以達(dá)到 12MbPs，可以滿足絕大多數(shù)多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求，鍵盤、鼠標(biāo)、 Medem、游戲手柄以及攝像頭等設(shè)備的要求。 4)有總線電源保護(hù)。 5)性價(jià)比的優(yōu)勢。 6)支持四種傳輸模式 。 盡管 USB 的應(yīng)用領(lǐng)域越來越寬，但是它也有其發(fā)展的局限性，其局限要表現(xiàn)為 : 1)距離的限制。對(duì)于一般的應(yīng)用場合，這一距離已經(jīng)基本能夠滿足用戶的需求，但 USB 接口引入特殊的應(yīng)用場合時(shí)便顯得有些力不從心。 3)測試?yán)щy大。在課題研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，可以形何形式的 USB 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 2)研究 USB 總線接口硬件實(shí)現(xiàn)的方法、需要的芯片及硬件電路。 3)完成 USB 固件程序的開發(fā)，研究基于 USB 總線接口的設(shè)備固件程方法。 4)掌握計(jì)算機(jī) USB 外圍設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)工具及編程方法，完成用于數(shù)據(jù)通訊的 USB 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。 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) 4 2 基于 USB 總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì) 基于 USB 總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括兩部分 :系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。軟件部分包括 USB 固件程序、設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序和用戶界面程序。采集系統(tǒng)收到命令后，根據(jù)所接收的設(shè)置開始對(duì)外部的模擬信號(hào)進(jìn)行 A/D 變換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)由 USB 傳輸至計(jì)算機(jī)，在用戶程序中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)的接收、存儲(chǔ) 和 顯示。 USB 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能指標(biāo) （一） 接口方式 :USB 總線接口 (支持 接口標(biāo)準(zhǔn)、可熱插拔、即插 即拔 ）； （二） 輸入通道 :8 個(gè)通道 (在此設(shè)計(jì)中每次選中一個(gè)通道 )； （三） 測量信號(hào) :工業(yè)現(xiàn)場各類傳感器的輸出電壓、電流信號(hào) 。實(shí)現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)采集，多通道輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過 A/D 的多通道數(shù)據(jù)選擇并轉(zhuǎn)換 ，由 USB 接口控制芯片的 IN 端點(diǎn)讀入緩沖區(qū)，再由其 OUT 端點(diǎn)輸出至 PC 機(jī)。 PC 的用戶應(yīng)用程序發(fā)出接收數(shù)據(jù)的請(qǐng)求，并有設(shè)備發(fā)出相應(yīng) 的響應(yīng)決定是否開始傳輸數(shù)據(jù)。 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) 5 圖 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框架 USB 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) USB 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件部分一共包括三部分 :芯片的固件程序、設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序和用戶界面程序，這三部分的層次關(guān)系如圖 所示 : 圖 系統(tǒng)軟件的層次圖 USB 固件程序是 USB 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中處于最底層的設(shè)備端。它負(fù)責(zé)處理 PC機(jī)發(fā)來的各種 USB 設(shè)備請(qǐng)求，并與外圍電路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 USB 驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)工具有DDK(Driver Development Kit)和 DriverWorks，系統(tǒng)中的 USB 驅(qū)動(dòng)程序是DriverWorks 開發(fā)的，利用 VC++ 的強(qiáng)大編程平臺(tái)， 為用戶界面程序提供了控?cái)?shù)據(jù)采集固件程序驅(qū)動(dòng)程序界面程序傳感器 1傳感器 2傳感器 8A / D MCU + U SB PC多通道數(shù)據(jù)選擇天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 制 USB 接口芯片的句柄。應(yīng)用程序的功能主要是對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，并根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線圖的繪制，顯示某指標(biāo)的動(dòng)態(tài)曲線。 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) 7 3 USB 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 本章主要完成 USB 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計(jì)，硬件電路設(shè)計(jì)部分主要包括 多通道 A/D 轉(zhuǎn)換電路、 主控制器 (C8051F320)外圍電路設(shè)計(jì)C8051F320 與模數(shù)轉(zhuǎn)換器 AD0809 的連接、電源設(shè)計(jì)部分等。IN0~IN7 共 8個(gè)數(shù)據(jù)源與 8 個(gè)通道相連， D0~D7 與單片機(jī)的 I/O 口連接，其中 74F74 給 AD0809提供轉(zhuǎn)換脈沖。這類控制器是為 USB 應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的芯片，能夠使 USB 的應(yīng)用達(dá)到最優(yōu)化。這類控制器芯片與現(xiàn)有 的芯片兼容，這樣開發(fā)者己經(jīng)熟悉現(xiàn)有的芯片結(jié)構(gòu)和開發(fā)指令，因此開發(fā)起來會(huì)比較容易。 3)需要外部微處理器接口的芯片。 控制芯片選型及優(yōu)點(diǎn)分析 根據(jù)設(shè)計(jì)的需要，在此選用的 USB 控制芯片是 silicon 的 C8051F320 芯片。無需外部電阻 ,該芯片性價(jià)比較高。開發(fā)包提供的硬件和軟件己經(jīng)為開發(fā)者做了大量開發(fā)工作，開發(fā)者只需在特定的地方加入自己的功能相關(guān)的代碼即可，開發(fā)極為方便。支持 USB 和UART 操作 外部振蕩器：晶體、 RC、 C、或外部時(shí) 鐘 可在運(yùn)行中切換時(shí)鐘源，適用于節(jié)電方式。 共有 8 個(gè)端點(diǎn)： 一個(gè)雙向控制端點(diǎn) （端點(diǎn) 0） 和三對(duì)輸入 /輸出端點(diǎn) （端點(diǎn) 13 輸入 /輸出）。該 FIFO 空間被分配給端點(diǎn) 03；端點(diǎn) 13 的 FIFO 可以被配置為輸入（ IN）、輸出（ OUT）或輸入 /輸出（分割模 式）。 USB 可以工作在全速或低速方式。外部振蕩器也可以與 4 倍時(shí)鐘乘法器配合使用來產(chǎn)生 USB 時(shí)鐘。 USB 收發(fā)器符合 規(guī)范，并包含內(nèi)部匹配和上拉電阻。 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) 10 圖 USB 控制器原理框圖 USB 控制芯片 及其 外圍 電路設(shè)計(jì) 圖 USB 控制器 電路圖 D5VDD612GND3D+4REGIN7VBUS8RES/C2CLK910151716181920212223242526272829303132C8051F32011121314C8051F342/3/6/7U3C8051F320GNDD+DVDDVREVBUSRST C171KR9S3VDD12P10C20C211 2Y1XTALC18C1910MR8 12P712P8C11C121uFC131uFC14VDD123P11VBUS1D2D+3GND4shell5shell62USBVBUS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) 11 顯示模塊 顯示系統(tǒng)是單片機(jī)不可或缺的環(huán)節(jié)，它為單片機(jī)提供了直觀的觀察環(huán)境。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)涉及到兩種顯示方式，液晶顯示和 LED 數(shù)碼管顯示，這兩種顯示方法在生活中被廣泛的應(yīng)用，學(xué)習(xí)這兩種顯示方法對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計(jì)有很大的意義?？梢燥@示 84 行 1616 點(diǎn)陣的漢字 . 也可完成圖形顯示 .低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。 基本特性 ? 低電源電壓（ VDD:++） ? 顯示分辨率 :12864 點(diǎn) ? 內(nèi)置漢字字庫，提供 8192 個(gè) 1616 點(diǎn)陣漢字 (簡繁體可選 ) ? 內(nèi)置 128 個(gè) 168 點(diǎn)陣字符 ? 2MHZ 時(shí)鐘頻率 ? 顯示方式： STN、半透、正顯 ? 驅(qū)動(dòng)方式： 1/32DUTY， 1/5BIAS ? 視角方向： 6 點(diǎn) ? 背光方式：側(cè)部高亮白色 LED，功耗僅為普通 LED 的 1/5— 1/10 ? 通訊方式：串行、并口可選 ? 內(nèi)置 DCDC 轉(zhuǎn)換電路，無需外加負(fù)壓 ? 無需片選信號(hào)，簡化軟件設(shè)計(jì) ? 工作溫度 : 0℃ +55℃ , 存儲(chǔ)溫度 : 20℃ +60℃ 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) 12 引腳定義 LCD12864 模塊的 20 個(gè)引腳定義 如下 ： 邏輯電源地 邏輯電源正 5v LCD 驅(qū)動(dòng)電壓 數(shù)據(jù) /指令選擇：高電平為數(shù)據(jù)，低電平為指令 ：高電平為讀數(shù)據(jù)，低電平為寫數(shù)據(jù)