基于USB接口的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

摘要：介紹了USB接口協(xié)議?；谠搮f(xié)議采用PDIUSBD12器件和AT89S52微處理器組成的數(shù)據(jù)采集裝置，該裝置與PC機(jī)連接，在PC機(jī)中運(yùn)行數(shù)據(jù)處理程序，顯示信號波形。同時(shí)闡述了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想及其層次結(jié)構(gòu)，并給出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。該系統(tǒng)采用USB總線傳輸數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)之間的通訊提供新的思路。
關(guān)鍵詞：USB接口；AT89S52微處理器；數(shù)據(jù)采集

    數(shù)據(jù)采集技術(shù)是以傳感器、信號測量與處理、微型計(jì)算機(jī)等技術(shù)為基礎(chǔ)形成的一門綜合應(yīng)用技術(shù)，主要研究信息數(shù)據(jù)的采集、存儲、處理以及控制等涉及模擬信號調(diào)理、模擬信號數(shù)字化、數(shù)字信號處理等方面，并具有很強(qiáng)的實(shí)用性。早期常見的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般通過傳統(tǒng)接口如RS232串口、并口或PCI總線與PC機(jī)進(jìn)行通信。串口連接方式簡單，但傳輸速度有限；并口傳輸方式據(jù)線連接復(fù)雜，傳輸距離較近，而且在Windows境下開發(fā)消息驅(qū)動方式麻煩；PCI總線已無法滿足PC機(jī)發(fā)展的速度，過多的拍接口也會增加芯片成本，并且PCI擴(kuò)展槽在PC機(jī)的內(nèi)部，使用非常不方便。本論文所設(shè)計(jì)的基于USB接口的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，引入了USB這種新型的通信接口，使得整個(gè)系統(tǒng)不再那么龐大，且連接方便支持即插即用，其數(shù)據(jù)傳輸速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通的串口和并口，它的應(yīng)用對采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)增添了亮點(diǎn)，也為USB外圍設(shè)備的開發(fā)增加了經(jīng)驗(yàn)。

1 USB協(xié)議介紹
    USB(universal Serial Bus，通用串行總線)是一種標(biāo)準(zhǔn)的連接接口，在把外圍設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接時(shí)，不必重新配置規(guī)劃系統(tǒng)，也不必打開機(jī)殼和調(diào)整接口卡的指撥開關(guān)，會自動識別這些接口設(shè)備，并且配置適當(dāng)?shù)尿?qū)動程序，無需用戶再重新配置。USB接口，實(shí)現(xiàn)了熱插拔的特性，用戶可迅速方便地連接PC主機(jī)的各種接口設(shè)備。另外，在連接PC機(jī)時(shí)，對所有USB接口設(shè)備，提供了一種“全球通用”的標(biāo)準(zhǔn)連接器(A型與B型)，取代了各種傳統(tǒng)外圍端口，如串行端口、并行端口以及游戲接口等。同時(shí)USB接口還允許將多達(dá)127個(gè)外圍設(shè)備同時(shí)串接到PC的一個(gè)外部的USB接口上。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    采用USB接口的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由終端數(shù)據(jù)采集裝置和上位機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)組成。其中數(shù)據(jù)采集裝置以AT89S52微處理器組成。向前由A／D電路組成，向后采用USB接口電路與PC機(jī)連接。信號通過A／D轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)流，在單片機(jī)的控制下，通過USB接口向PC機(jī)傳送數(shù)據(jù)。在PC機(jī)中運(yùn)行數(shù)據(jù)處理程序，顯示信號波形，且單片機(jī)也可受PC機(jī)的控制。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

3 USB接口電路設(shè)計(jì)
3．1 PDIUSBD12芯片簡介
    PDIUSBD12是一款性價(jià)比很高的USB器件。通常用在基于微控制器的系統(tǒng)，通過高速通用并行接口與微控制器進(jìn)行通信，并且支持本地的DMA傳輸。該器件采用模塊化的方法實(shí)現(xiàn)一個(gè)USB接口在眾多可用的微控制器中選擇最合適的作為系統(tǒng)微控制器，允許現(xiàn)存的體系結(jié)構(gòu)并使固件投資減到最小。這種靈活性減少了開發(fā)時(shí)間、風(fēng)險(xiǎn)和成本，是開發(fā)低成本且高效的USB外圍設(shè)備解決方案的一種最快途徑。PDIUSBD12完全符合USBI．1規(guī)范，也能適應(yīng)大多數(shù)設(shè)備類規(guī)范的設(shè)計(jì)：如成像類、大容量存儲類、通信類、打印類和人工輸入設(shè)備類等。因此，PDIUSBD12非常適合做很多外圍設(shè)備，如打印機(jī)、掃描儀、外部大容量存儲器和數(shù)據(jù)碼相機(jī)等。
    PDIUSBD12所具有的低掛起功耗連同LazyClock輸出，可以滿足使用ACPI、OnNOW和USB電源管理的要求，其低的操作功耗可以應(yīng)用于使用總線供電的外設(shè)。此外，PDIUSBD12還集成了許多特性，包括SoftConnetTM、GoodLinkTM、可編程時(shí)鐘輸出、低頻晶振和終止寄存器集合。所有這些特性都為系統(tǒng)節(jié)約了大量的成本，同時(shí)使USB功能在外設(shè)上的應(yīng)用變得容易。
3．2 PDIUSBD12接口芯片與單片機(jī)AT89S52的連接
    PDIUSBD12與單片機(jī)AT89S52的連接如上圖2所示。AT89S52的8位數(shù)據(jù)通過并行方式發(fā)送到PDIUSBD12的8位數(shù)據(jù)線上，P2．3連接到CS_N，作為片選信號，中斷請求信號由INT_N送出到INT1／P3．3引腳，由單片機(jī)AT89S52響應(yīng)中斷請求。其它引腳按照一般設(shè)置。

4 結(jié)束語
    隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，較之各種傳統(tǒng)接口速度比較慢、沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)、成本較高、占用空間的局限性，USB接口憑借其成本低，使用方便，支持即插即用，易于擴(kuò)展，傳輸速率高等優(yōu)點(diǎn)，勢必在PC外圍設(shè)備的應(yīng)用中發(fā)揮越來越重要的作用。