基于USB數據采集系統的設計開(kāi)發(fā)

1系統硬件設計
該數據采集系統的硬件部分主要由A/D轉換器AD7829，LPC2132微處理器，USB2．0接口芯片ISP1581和PC機組成。USB數據采集系統硬件結構圖如圖1所示。

圖1 系統硬件結構框圖

數據采集系統的工作原理：由傳感器采集的信號經(jīng)調制電路放大、濾波等處理后，進(jìn)入由微處理器控制的AD7829進(jìn)行模數轉換，轉換后的數字量進(jìn)入微處理器LPC2132并暫存在其中，隨后由USB接口芯片將數字量傳遞給PC機進(jìn)行數據處理，同時(shí)將PC機端的客戶(hù)應用程序發(fā)出的控制信號通過(guò)USB接口傳送到以L(fǎng)PC2132為核心的數據采集系統[1]。
1.1 USB接口芯片
該數據采集系統選用ISP1581作為USB接口芯片，ISP1581是Philips公司推出的一款高性?xún)r(jià)比的USB2.0接口電路,支持7個(gè)IN端點(diǎn),7個(gè)OUT端點(diǎn)和一個(gè)固定控制IN/OUT端點(diǎn)。ISP1581支持SUB2.0的自檢工作模式和USB1.1的返回工作模式，可以在高速或全速條件下正常運行。內部集成有串行接口引擎（SIE）、PIE、8KB的FIFO存儲器、數據收發(fā)器、PLL的12MHz晶體振蕩器和3.3V的電壓調整器。該電路可直接與ATA/ATAPI外設相連，并具有高速DMA接口。傳輸速率最高可達480Mbps/s[2]。
1.2主控芯片和A/D轉換芯片
為了滿(mǎn)足速度的要求，主控芯片選用LPC2132。LPC2132是Philips公司的一款基于ARM7TDMI-STM 內核的微控制器，帶有64kB的嵌入的高速Flash存儲器和16kB片內靜態(tài)RAM。多達47個(gè)5V的通用I/O口，1個(gè)8路10位A/D轉換器，1個(gè)10位D/A轉換器，可提供不同的模擬輸出。多個(gè)串行接口，包括2個(gè)16C550工業(yè)標準UART、2個(gè)高速I(mǎi)2C接口（400kbit/s）、SPITM 和SSP。通過(guò)片內PLL可實(shí)現最大為60MHz的CPU操作頻率[3]。
雖然LPC2132自帶1個(gè)8路A/D轉換器，但是其每通道轉換時(shí)間是2.44us,達不到高速數據采集的要求，因此選用AD7829模數轉換器。AD7829是一個(gè)8路8位模數轉換器，最大轉換率2Mbps，可以滿(mǎn)足系統設計要求。
1.3硬件接口電路
該數據采集系統硬件連接圖如圖2所示。

圖2硬件連接示意圖

模擬信號經(jīng)AD7829轉換后變?yōu)閿底至?，數據先存放在LPC2132的寄存器里，再由LPC2132將數據傳送給ISP1581，在此將ISP1581的緩沖區定義為8個(gè)，分別寫(xiě)入8路轉換后的數據。而PC機通過(guò)USB接口與ISP1581連接，ISP1581負責分類(lèi)和解釋PC機發(fā)來(lái)的信號，具體操作流程如下：PC機發(fā)送給USB設備的數據以包的形式寫(xiě)入ISP1581的緩存中，當緩存被寫(xiě)滿(mǎn)或數據發(fā)送完畢后，ISP1581就給LPC2132發(fā)中斷信號，LPC2132 響應中斷信號進(jìn)入中斷服務(wù)程序執行相應的包處理。USB設備不能主動(dòng)向主機發(fā)送數據，只有當PC機要求USB設備發(fā)送數據時(shí)，LPC2132才將主機需要的數據寫(xiě)入ISP1581相應端點(diǎn)的緩存中[4]。