基于嵌入式USB接口的數據采集系統的設計

摘要：USB接口的通用性和簡(jiǎn)便性使其成為數據采集系統與嵌入式系統進(jìn)行數據傳輸的理想選擇。因此，設計一款以單片機控制MAX197芯片進(jìn)行模數轉換，以及通過(guò)USB接口芯片PDIUSBD12進(jìn)行數據傳輸的采集系統，并詳細介紹了單片機固件程序和嵌入式驅動(dòng)程序的具體實(shí)現。最后通過(guò)實(shí)際采集正弦波信號進(jìn)行測試以驗證該系統的可用性，并針對出現的問(wèn)題提出了相應的改善措施。改善后的整個(gè)系統功耗低、可靠性高，傳輸速度能滿(mǎn)足實(shí)際的數據采集任務(wù)。
關(guān)鍵詞：數據采集系統；USB接口開(kāi)發(fā)；嵌入式系統；驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)；MAX197；PDIUSBD12

數據采集任務(wù)多在戶(hù)外進(jìn)行，所以數據采集系統通常要滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性、專(zhuān)用性、可靠性和低功耗等性能，這些特性在嵌入式系統中都能得到很好的體現，因此本文將以WindowsCE的嵌入式平臺來(lái)開(kāi)發(fā)效據采集系統。但是由于嵌入式系統的硬件結構不易改變，所以在進(jìn)行數據采集設備擴展時(shí)應該選擇接口簡(jiǎn)單靈活、數據傳輸率高和支持熱拔插的傳輸總線(xiàn)，而USB接口則能很好地滿(mǎn)足這些要求，同時(shí)USB還有總線(xiàn)供電和不受插槽、中斷等硬件資源限制的特性，因此USB接口是數據采集設備與嵌入式系統進(jìn)行數據傳輸的理想選擇。綜上所述，本文將設計一款基于嵌入式USB接口的數據采集系統以滿(mǎn)足實(shí)際的需要，下面將從硬件設計，程序實(shí)現和實(shí)際測試3方面具體描述。

1 硬件設計
1．1 硬件結構框架
本系統的硬件結構主要由控制中心、模數轉換和USB協(xié)議實(shí)現3個(gè)部分組成，下面將針對這3個(gè)部分進(jìn)行詳細的介紹。具體的結構框架如圖1所示。

1)控制中心。本系統采用單片機提供地址數據復用總線(xiàn)、選通信號(D12_CS和AD_CS)，讀寫(xiě)信號(RD和WR)以及對中斷信號(D12_INT和AD_INT)進(jìn)行檢測。
2)模數轉換。本系統采用MAX197芯片進(jìn)行模數轉換，該芯片具有采樣保持功能和12位的高精度輸出。單片機可向MAX197寫(xiě)入其特定的命令從而選擇指定的通道進(jìn)行模數轉換，轉換結束后，MAX197向單片機輸出低電平的AD_INT信號，單片機采用輪詢(xún)方式檢測到后通過(guò)HBEN信號控制MAX197輸出低8位和高4位的轉換數據。
3)USB協(xié)議實(shí)現。本系統采用PDIUSBD12作為USB設備端的控制芯片，該芯片實(shí)現了USB1．1傳輸協(xié)議。嵌入式系統要對USB設備進(jìn)行讀寫(xiě)均需通過(guò)信號D12_INT向單片機發(fā)送中斷，單片機響應中斷后只需對PDIUSBD12的不同寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)操作就可以利用USB進(jìn)行數據傳輸。
1．2 固件程序設計
硬件設備需要固件程序的控制以保證其正常運行，本文所設計的固件程序主要用于識別USB設備以及采集與傳輸數據。固件程序的總體流程如圖2所示。