USB傳感器與存儲器在數(shù)據(jù)記錄中的應(yīng)用

    目前市場上有很多種數(shù)據(jù)采集設(shè)備可用于在PC上記錄數(shù)據(jù)，如NationalInstrument的LabVIEW，不過這類設(shè)備的傳感器件開始越來越多地采用USB接口而不是RS232或其他傳統(tǒng)接口。過去在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用USB設(shè)備需要性能相對較強的硬件，要帶有USBHost控制器接口、RTOS以及USB軟件驅(qū)動，結(jié)果因USBHost功能實施成本的原因設(shè)計工程師一直都不太愿意在小型8位或16位MCU系統(tǒng)上增加USB設(shè)備。但隨著最新一代智能USBHost控制器IC的推出，與MCU配合使用不僅可為PC應(yīng)用使用USB數(shù)據(jù)采集設(shè)備，而且還可將數(shù)據(jù)存儲在低成本高容量的閃存盤上。

    數(shù)據(jù)記錄應(yīng)用

    第一個應(yīng)用實例顯示了一個MCU控制器和一個帶有兩個端口的FTDIVNC1LUSBHost控制器：一個用于數(shù)據(jù)傳感器件讀取信息，另一個用于閃存盤以存儲信息。MCU和USBHost控制器之間通過UART(或者SPI)命令監(jiān)控接口進行通信，可使應(yīng)用通過簡單的命令集控制USB設(shè)備。

                                             USB數(shù)據(jù)記錄原理圖

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    應(yīng)用原理框圖見圖1。這里選擇的MCU是MicrochipPICDEM4演示板上的PIC18F1320，雖然它應(yīng)該直接連到PIC系列其他成員以及其他MCU系列。MCU和VNC1L之間采用4線連接(再加上電源和地)，連到PIC的EUSART(Tx和Rx)和兩個I/O端口，以進行RTS/CTS數(shù)據(jù)流控制。另外，4線SPI端口還可以通過直接位拆裂I/O端口實現(xiàn)。下面提供了兩種方法的C語言源代碼。

    該應(yīng)用要求從一個DLPDesign的DLP-TILT2軸傾角傳感器讀取數(shù)據(jù)，然后以CSV格式將接收到的數(shù)據(jù)存在USB閃存盤上。當(dāng)DLP-TILT模塊從USB總線接收到一個包含字母“z”的OUT數(shù)據(jù)包后，就會對傳感器電流讀數(shù)進行采樣，傾角傳感器讀數(shù)被一個IN數(shù)據(jù)包讀取。通過VNC1L監(jiān)控器，OUT數(shù)據(jù)包可以和DSD(設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù))命令一起發(fā)送，后面跟著數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)和發(fā)送的數(shù)據(jù)。IN數(shù)據(jù)包和DRD(設(shè)備讀取數(shù)據(jù))命令一起被接收，VNC1L將返回字節(jié)數(shù)和從設(shè)備讀出的所有數(shù)據(jù)。

    由于USB需要將數(shù)據(jù)傳遞到數(shù)據(jù)包中，所以通常USB設(shè)備會有幾個毫秒的延遲，盡管這可以通過對傳感器數(shù)據(jù)提供更大的緩沖加以解決。當(dāng)然，有些設(shè)計可能不需要USB傳感器件而只是將數(shù)據(jù)存儲到閃存盤上，在數(shù)據(jù)采集應(yīng)用中通常都是這種情況，此時MCU采樣模擬數(shù)據(jù)或者記錄外部源傳來的數(shù)據(jù)。由于無需探查USB設(shè)備，因此這樣可以得到更高的采集數(shù)據(jù)率。

    數(shù)據(jù)采集應(yīng)用  

                                                數(shù)據(jù)采集應(yīng)用

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    圖2顯示了一個模擬輸入應(yīng)用。此例中我們還是使用MicrochipPICDEM4演示板上的PIC18F1320作為MCU。加速計模塊是意法半導(dǎo)體的STEVAL-MKI010V1，它連到PIC的模擬輸入端。PIC定期對該輸入進行采樣，結(jié)果送入FIFO緩沖器中，在軟件中執(zhí)行，然后由VNC1L寫入存儲設(shè)備。

    VNC1L監(jiān)控器提供命令對USB閃存盤文件進行讀寫，它還有命令管理文件系統(tǒng)，可對文件及文件目錄進行建立、重命名以及刪除操作。有了與USB設(shè)備進行通信的命令后，文件系統(tǒng)命令使用非常簡單。將數(shù)據(jù)寫入文件的順序是：使用OPW(打開準備寫入)命令，后面緊跟文件名，然后是WRF(寫入文件)，后面是寫入字節(jié)數(shù)，然后是CLF(關(guān)閉文件)，后面還是跟著文件名。

    USB閃存盤的標準扇區(qū)大小是512字節(jié)，因此要達到最好效果就是在寫入USB閃存盤之前提供512字節(jié)數(shù)據(jù)的緩存。USB閃存盤通常使用的文件系統(tǒng)是FAT12、FAT16或者FAT32，在這些系統(tǒng)中簇按需分配，這樣當(dāng)簇沒有按順序排列時可能造成一些小的延遲，然而這通常只是在那些內(nèi)容快滿的盤上比較常見。

    使用Vinculum

    幾乎所有扇區(qū)容量為512字節(jié)和采用FAT文件系統(tǒng)的USB閃存盤都可以作為VNC1L的存儲設(shè)備。VNC1L的固件可以在現(xiàn)場進行升級，通過USB閃存盤上特別的升級文件或者通過其UART接口進行ROM升級?；赩NC1L設(shè)計的其它優(yōu)點是當(dāng)USB閃存盤沒有使用時它可以使其暫停以省電，而在執(zhí)行文件操作期間自動喚醒，VNC1L本身也可進入低功耗睡眠模式并由微控制器應(yīng)用喚醒。將USB設(shè)備協(xié)議及文件管理系統(tǒng)放到一個單獨的IC上可為嵌入式數(shù)據(jù)記錄或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計帶來很多好處，它可使低功耗8位和16位MCU訪問USB設(shè)備和閃存盤，而FTDI的VNC1L則以一種符合成本效益的方式實現(xiàn)了這一功能。