基于USB總線的實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學技術研究的各行業(yè)中，通常需要對各種數(shù)據(jù)進行采集。目前通用的通過數(shù)據(jù)采集板卡采集的方法存在著以下缺點：安裝麻煩，易受機箱內(nèi)環(huán)境的干擾而導致采集數(shù)據(jù)的失真，易受計算機插槽數(shù)量和地址、中斷資源的限制，可擴展性差。而通用串行總線USB(Universal Serial Bus)的出現(xiàn)，很好地解決了上述問題，很容易實現(xiàn)便捷、低成本、易擴展、高可靠性的數(shù)據(jù)采集，代表了現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

1系統(tǒng)硬件設計與實現(xiàn)

1．1硬件總體結構

基于USB總線的實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件組成包括模擬開關、A／D轉(zhuǎn)換器、單片機、USB接口芯片，其硬件總體結構如圖1所示。多路模擬信號經(jīng)過模擬開關傳到A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，單片機控制采集，USB接口芯片存儲采集到的數(shù)據(jù)并將其上傳至PC，同時也接收PC機USB控制器的控制信息。

1．2 PDIUSBDl2芯片

USB接口芯片采用Philips公司的一種專用芯片PDIUS-BDl2(以下簡稱D12)。該芯片完全符合USBl．1規(guī)范，集成了SIE、 320B的多配置FIFO存儲器、收發(fā)器、電壓調(diào)整器、SoftConnect、GoodLink、可編程時鐘輸出、低頻晶振和終端電阻等，支持雙電壓工作、完全自動DMA操作、多中斷模式，內(nèi)部結構如圖2所示。

單片機通過8位并行接口傳送經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)換的采集數(shù)據(jù)，存儲在FIFO存儲器中。一旦存滿，串行接口引擎SIE立刻對數(shù)據(jù)進行處理，包括同步模式識別、并／串轉(zhuǎn)換、位填充／不填充、CRC校驗、PID確認、地址識別以及握手鑒定，處理完畢后數(shù)據(jù)由模擬收／發(fā)器通過D+、D-發(fā)送至PC。上述過程遵循 USBl．1協(xié)議。D12與89C51的具體實現(xiàn)電路如圖3所示。