基于CH375的智能數據采集卡
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該設計采用外置9 V開(kāi)關(guān)型穩壓電源或USB端口供電，由于開(kāi)關(guān)電源的低成本和高功率密度，普遍被現代電子系統設計所采用，但其帶來(lái)的電磁干擾(EMI)問(wèn)題也不容忽視。同時(shí)，ARM7主頻高達45MHz，必須考慮其EMI問(wèn)題。該設計盡量選取低噪聲的放大器和ADC，遵循最短路徑的布線(xiàn)原則，確保前置通道具有較低的噪聲水平。設計中，采用數字地／模擬地分區覆銅，并一點(diǎn)接地的布線(xiàn)方式，避免電源和數字部分對模擬地電位產(chǎn)生浮動(dòng)和干擾。同時(shí)，采集卡外殼貼裝鋁箔紙，以防止外界電磁輻射影響內部電路的工作。
2．3 USB接口
該設計使用USB控制芯片CH375，內置海量存儲固件，既可以作為USB設備方式向PC上位機傳送數據，又可以作為USB主機，將數據存入U盤(pán)中。該芯片支持USB2．0通信協(xié)議，在并口工作模式下能同時(shí)支持主機方式和設備方式。為了保證USB高速傳輸數據的穩定性和完整性，采取如下措施：
(1)采用USB屏蔽線(xiàn)作為連接線(xiàn)，保證數據傳輸不受外界電磁干擾。
(2)保證計算機USB端口的地線(xiàn)與USB控制芯片CH375的地線(xiàn)嚴格等電位。
2．4 ARM系統的構建
ADuC7026是基于A(yíng)RM7TDMI內核的精密控制器，具有62 KB FLASH，8 KB RAM和4個(gè)通用定時(shí)器，內部集成UART，I2C，SPI，DAC，PWM，JT-AG端口、PLA等眾多硬件資源，40個(gè)通用I／O引腳。CPU時(shí)鐘高達45 MHz，采用80腳LQFP封裝。在該設計中，搭建了一個(gè)包括供電電路、時(shí)鐘電路、復位電路、JTAG程序下載調試接口等電路的完整ARM7應用系統。實(shí)際上由于實(shí)測ADuC7026的外部I／O取反速度只有4 MHz，因此在SPI設計中。該設計加入Atmega48單片機作為中轉，保證了控制核心在處理USB通信、U盤(pán)讀／寫(xiě)等大量信息時(shí)對采樣的準確觸發(fā)。
3 程序設計
3．1 ARM端程序編寫(xiě)
ARM下位機軟件完成的主要功能有3個(gè)進(jìn)程，分別為Wait，Online，Offline。當數據采集卡上電復位后，首先執行Wait進(jìn)程，該進(jìn)程等待按鍵操作，更改系統工作模式，配合的子程序還有相應初始化程序、按鍵防抖程序等。當Wait進(jìn)程結束時(shí)，系統轉入聯(lián)機模式(Online)或離線(xiàn)模式(Offline)。聯(lián)機模式按照用戶(hù)設置進(jìn)行采樣，將數據存入CH375緩沖，CH375負責將數據傳送給上位PC機，其程序流程如圖2所示。離線(xiàn)模式則利用CH375海量存儲固件，將數據存入U盤(pán)。為保證采集的實(shí)時(shí)性，控制器將數據存放在U盤(pán)扇區中，而不是以文件的形式讀／寫(xiě)，避免創(chuàng )建文件時(shí)復雜時(shí)序的延誤，其程序流程圖如圖3所示。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/187880.htm
3．2 PC端編程
該數據采集卡的上位機應用程序由動(dòng)態(tài)鏈接庫DLL和客戶(hù)端程序2個(gè)部分組成。其中，DLL負責與內核態(tài)的USB功能驅動(dòng)程序通信，并接收應用程序的各種操作請求；客戶(hù)端程序負責對數據進(jìn)行分析處理。采用VC--編寫(xiě)，遵循了工程通用的輸入／輸出界面，可以完成普通數據采集卡的在線(xiàn)采集功能，同時(shí)也可以將數據采集卡存儲在U盤(pán)中的采集數據，通過(guò)物理扇區尋址來(lái)讀取相應的采集數據。
4 測試與結論
通過(guò)該數據采集卡掛載U盤(pán)，對5 kHz正弦單通道信號進(jìn)行采集，將U盤(pán)數據導入上位機，以獲得如圖4所示的波形，它良好地復現了現場(chǎng)波形信號。
5 結語(yǔ)
由于采用了支持海量存儲技術(shù)的多模式USB總線(xiàn)控制芯片CH375和高速低功耗的ARM7控制器，使得該數據采集卡具有一定的智能采集能力，擺脫上位機連接限制而獨立工作，采集到的數據存儲到U盤(pán)中。符合新型數據采集系統小型化、移動(dòng)化、智能化的發(fā)展趨勢，廣泛適用于工業(yè)現場(chǎng)和戶(hù)外作業(yè)等應用場(chǎng)合，有很高的實(shí)用價(jià)值和推廣意義。該項目獲得2009年UDC全國大學(xué)生創(chuàng )新設計競賽高級組一等獎。
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