基于USB數據采集系統的設計開發

1系統硬件設計
該數據采集系統的硬件部分主要由A/D轉換器AD7829，LPC2132微處理器，USB2．0接口芯片ISP1581和PC機組成。USB數據采集系統硬件結構圖如圖1所示。

圖1 系統硬件結構框圖

數據采集系統的工作原理：由傳感器采集的信號經調制電路放大、濾波等處理后，進入由微處理器控制的AD7829進行模數轉換，轉換后的數字量進入微處理器LPC2132并暫存在其中，隨后由USB接口芯片將數字量傳遞給PC機進行數據處理，同時將PC機端的客戶應用程序發出的控制信號通過USB接口傳送到以LPC2132為核心的數據采集系統[1]。
1.1 USB接口芯片
該數據采集系統選用ISP1581作為USB接口芯片，ISP1581是Philips公司推出的一款高性價比的USB2.0接口電路,支持7個IN端點,7個OUT端點和一個固定控制IN/OUT端點。ISP1581支持SUB2.0的自檢工作模式和USB1.1的返回工作模式，可以在高速或全速條件下正常運行。內部集成有串行接口引擎（SIE）、PIE、8KB的FIFO存儲器、數據收發器、PLL的12MHz晶體振蕩器和3.3V的電壓調整器。該電路可直接與ATA/ATAPI外設相連，并具有高速DMA接口。傳輸速率最高可達480Mbps/s[2]。
1.2主控芯片和A/D轉換芯片
為了滿足速度的要求，主控芯片選用LPC2132。LPC2132是Philips公司的一款基于ARM7TDMI-STM 內核的微控制器，帶有64kB的嵌入的高速Flash存儲器和16kB片內靜態RAM。多達47個5V的通用I/O口，1個8路10位A/D轉換器，1個10位D/A轉換器，可提供不同的模擬輸出。多個串行接口，包括2個16C550工業標準UART、2個高速I2C接口（400kbit/s）、SPITM 和SSP。通過片內PLL可實現最大為60MHz的CPU操作頻率[3]。
雖然LPC2132自帶1個8路A/D轉換器，但是其每通道轉換時間是2.44us,達不到高速數據采集的要求，因此選用AD7829模數轉換器。AD7829是一個8路8位模數轉換器，最大轉換率2Mbps，可以滿足系統設計要求。
1.3硬件接口電路
該數據采集系統硬件連接圖如圖2所示。

圖2硬件連接示意圖

模擬信號經AD7829轉換后變為數字量，數據先存放在LPC2132的寄存器里，再由LPC2132將數據傳送給ISP1581，在此將ISP1581的緩沖區定義為8個，分別寫入8路轉換后的數據。而PC機通過USB接口與ISP1581連接，ISP1581負責分類和解釋PC機發來的信號，具體操作流程如下：PC機發送給USB設備的數據以包的形式寫入ISP1581的緩存中，當緩存被寫滿或數據發送完畢后，ISP1581就給LPC2132發中斷信號，LPC2132 響應中斷信號進入中斷服務程序執行相應的包處理。USB設備不能主動向主機發送數據，只有當PC機要求USB設備發送數據時，LPC2132才將主機需要的數據寫入ISP1581相應端點的緩存中[4]。