基于USB总线的车载数据采集系统的研究

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1、吉林人学硕士学位论文摘要一、引言车载数据采集系统可用于记录汽车上各种传感器所提供的数据以便工作人员对整车或零部件进行状态监测，性能比较，技术分析等等。传统计算机的外围接口因工RQ,DMA等I/0资源的不足使计算机扩展性受到很大限制。本文讨论了基于USB控制器的车载数据采集系统的实现，并以FZ.-USB芯片为研究对象，对USB系统的驱动程序及在主机方应用程序的搭建进行了开发。针对普通车载数据采集系统存在的传输速度慢等问题通过引入USB总线技术来解决。本文建立了一个基于USB总线协议的数据采集系统。它是USB

2、总线在数据采集系统中的具体应用，具有热插拔，传输速度快等优点。大大提高了通信的带宽。二、USB协议USB需要主机硬件、操作系统和外设三个方面的支持才一能工作。一个USB系统可以从三个部分来描述:USB的互连，USB的设备，USB的主机。USB协议中将USB分为五个部份:控制器、控制器驱动程序、USB芯片驱动程序、USB设备以及针对不同USB设备的客户驱动程序。根据设备对系统资源需求的不同，在USB协议中规定了四种不同的数据传输方式:等时传输方式(Isochronous)、中断传输方式(Interrupt)

3、、控制传输方式(Control)和批(Bulk)传输方式，这些传输方式各有特点，分别用于不同的场所。三、系统总体构成系统从结构上可分为主机部分和数据采集卡两部分。二者之间通过USB电缆进行通讯。从功能的实现上又可分为硬件和软件部分。将此系统设计成非实时采集系统。即在微机测控中，将数据采集下来并存储，然后再将其传往微机中进行数据处理。此时若采用USB总线进行传输，将大大提高传输速率。因为此数据采集系统为非实时系统，数据的采集与传送并不竞争CPU的处理时间，因此，可以在系统中选用EZ-USB芯片作为控摘要制器

4、。当系统在实验测量时，由EZ-USB负责采集外部信号，此时执行一般的51单片机功能，将采到的数据存放在存储器中。当向微机传输数据时，此芯片执行USB功能，将数据从存储器中取出并传往微机。美国Cypress公司的EZ-USB芯片是基于8051的芯片，它使用一套标准的指令集并且提供各种大小的RAM和ROM。片上资源包括24根1/0端口，8根数据端口，16根地址端口，两个USB数据端口及其它功能端口，其内部有一个增强的8051处理器、一个USB收发器、2KB的FIFO存储器、一个8KB的RAM和一个智能串行接口

5、引擎(SIE)。智能SIE可以使开发者不必因产品增加USB功能而学习USB协议，缩短产品开发时间。它执行所有基本的USB功能，内部的8051则可以用来负责外设的其它功能。四、系统的硬件设计在数据存储部分采用三星公司的32兆闪存(FLASHmemory)。闪速存储器是一类非易失性存储器NVM(Non-VolatileMemory)即使在供电电源关闭后仍能保持片内信息，不但存储速度快，而且存储数据的保存时间可达10年以上。当系统工作时，首先由MCU发出控制逻辑，多路转换开关电路对多达犯路的传感器信号逐一进行选

6、通，传感器发来的模拟信号经A/D转换后，经过锁存器，存入到闪存中。最后，由AN2131QC芯片负责将采到的数据传入PC机中。五系统的软件设计训系统的软件设计分为三个部分:固件(firmware)设计、USB设备驱动程序、PC机Windows应用程序设计。Cypress公司为用户的软件设计提供了良好的框架。固件工作时，首先初始化所有的内部状态变量，这一任务由初始化函数TD_Init()函数来完成。之后，当在端点。收到一个setup包，任务分配工作汗始。先调用用户函数TD_Poll()，然后判断是否有标准设备

7、请求没有解决，最后判断USB内核是否报告一个USB挂起事件，若有，则调用TD_Suspend()函数使设备挂起，并由TD_Resume()函数恢复工作。PC机方的应用程序用于访问USB设备，在系统的调试过程中以及试验中系统的控制、数据采集处理等都起着重要的作用。吉林大学硕L学位论文为验证此采集系统是否达到所要求的性能，特采用实测的方式进行测量研究。在实践中，将此系统联机进行试验。主机方采用Windows操作系统对车的前桥加速度，后桥加速度，车身加速度，汽车座椅加速度，蛇行操作稳定性方向盘力，操作轻便性方向

8、盘力等信号进行了采集。六、实验分析最后的数据基本符合预期的结果。系统实现了USB设备的即插即用功能但目前速度并没有充分体现出USB总线的优势。分析原因如下:USB总线的最大传输率可以达到12Mbps，是指主机控制器最大的处理能力，而一个USB设备不可能拥有这么高的带宽，它的带宽由主机的总线驱动程序管理。当添加或者删除一个USB设备时，连接的其它USB设备的资源要重新分配，以提高总线的利用率。单个USB设备所能拥有的带宽一般小于