通用usb接口的数据采集系统的设计

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1、系统解决方案通用USB接口的数据采集系统的设计张伟f临沂师范学院信息学院，山东临沂276005)摘要：Cygnal~＼的c8051f020作为微控制器，NationalSemiconductor~＼,的usBN9604作为usB控制芯片，设计出一个数据采集系统。关键词：单片机；USB；A／D；数据采集中图分类号：TP331．2文献标识码：BDesignofGeneralUSBDataAcquisitionSystemZHANGWei(LinyiNormalUniversityInformationInstitu

2、te，Linyi276005，China)Abstract：AdataacquisitionsystemusingCygnalC80511020asMCUandNationalSemiconductorUSBN9604asUSBconlrolchipisdesigned．Keywords：MCU；USB；A／D,datacollection0引言l数据采集系统概述数据采集技术是信息技术的重要组成部分之一。1．1数据采集信息技术的三大支柱技术是信息获取技术、通信技术数据采集就是将要获取的信息通过传感器转换为和计算

3、机技术，常被称为3C技术。其中，信息获取技术信号，并经过信号调理、采样、量化、编码和传输等步骤，是信息技术的基础和前提，而数据采集技术是信息获最后送到计算机系统中进行处理、分析、存储和显示。取的主要手段和方法，它是以传感器技术、测试技术、数据采集系统追求的主要目标有精度和速度：对电子技术和计算机技术等为基础的一门综合应用技任何量值的测试都要有一定的精确度要求，否则将失术。去采集的意义；提高数据采集的速度不仅仅可以提高数据采集在工程领域中的地位和作用不言而喻，工作效率，更主要的是可以扩大数据采集系统的适用单片机通

4、用数据采集系统是在单片机应用领域中使范围，以便实现动态测试。用最多的一类系统。它主要是实时采集外界连续变化1．2数据采集系统的基本组成的模拟量，通过模／数转换器把这些模拟信号转换成数计算机数据采集系统一般由传感器、前置放大字信号送入单片机，也可以直接采集代表某些状态特器、滤波器、多路模拟开关、采样／保持(S／H)器、A／D转换性的开关量，单片机系统对这些信号进行数据处理，并器和计算机系统组成。根据用户的要求，将处理后的数据送显示、打印，也可1．3USB以通过串行口送给其它的计算机。如果需要，还可以通USB的拓扑

5、结构如图1所示。过数／模转换器变换成模拟信号控制外部设备，输出的开关量信号也可以直接用于控制目的。目前通用的通过数据采集板卡采集的方法存在着以下缺点：安装麻烦，易受机箱内环境的干扰而导致采集数据的失真，易受计算机插槽数量和地址、中断资源的限制，可扩展性差。而通用串行总线USB的出现，很好地解决了上述问题，很容易实现便捷、低成本、易扩展、高可靠性的数据采集，代表了现代数据采集系统的发展趋势。作者简介：张伟，硕士，主要研究方向为计算机控制、智能控制。收稿日期：2010-04—09图1USB的拓扑结构自动化应用201

6、09期11系统解决方案—个USB系统中含有3部分：USBHost、USBDevice、Philips等芯片厂商都推出了具备USB通信接口的单片USBHub。机。这些单片机处理能力强，有的本身就具备多路A，每个USB系统有且只有一个Host，它负责管理整个D，构成系统的电路简单，调试方便，电磁兼容性好，因USB系统，包括USBDevice的连接和删除、Host和USB此采用具备USB接口的单片机是构成USB数据采集系Device的通信和总路线的控制等。统较好的方案。不过，由于具备了USB接口，这些芯片为了满足不同

7、外设和用户的要求，USB提供了4种与过去的开发系统通常是不兼容的，需要购买新的开传输方式：控制传输、同步传输、中断传输和块数据传发系统，投资较高。输。它们在数据格式、传输方向、数据包容量限制和总本方案的芯片选择：单片机选择CYgnal公司的线访问限制等方面有着各自不同的特征。C8051F020芯片，USB通信控制选择Nali公司的USBN9604芯片。2系统硬件设计2．3系统硬件框图2．1硬件组成C8051F020单片机和USBN9604的接口电路如图3所基于USB总线的实时数据采集系统硬件组成包括示，该电路由

8、C8051F020单片机、USBN9604、时钟振荡电模拟开关、A／D转换器、单片机、USB接口芯片，为了扩路以及相应的外围电路组成。其中USBN9604通过外部展用途，还可以加上多路模拟开关和数字I／O端口。其中断INT0与C8051F020单片机进行通信。硬件总体结构如图2所示。多路模拟信号经过模拟开关传到A／D转换器转换为数字信号，单片机控制采集，USB接口芯片存储采集到的数据并