基于PIC單片機USB接口的數據采集系統設計

　　我們把所設計的數據采集系統功能分解為三大部分：數據采集部分、數據通信部分、數據處理部分。

　　數據采集部分應包含：A/D轉換器，時(shí)序、模式控制，數據緩沖功能。它應能接受來(lái)自主機的命令，按不同模式控制A/D轉換器采集數據，暫存于數據緩沖區，再根據主機命令發(fā)給主機。這部分功能由一個(gè)單片機及接口來(lái)實(shí)現是最優(yōu)方式。

　　數據通信部分應包含：簡(jiǎn)單、高效、通用的數據通信模式和軟硬件支持。它應能在數據采集和數據處理兩部分之間實(shí)現目前最好的連接和溝通。因為USB作為一種外部總線(xiàn)標準，用于規范電腦與外部設備的連接和通訊,并具有傳輸速度快，使用方便，支持熱插拔，連接靈活，獨立供電等優(yōu)點(diǎn)，所以這部分功能采用USB接口連接最好。[1]

　　數據處理部分應包含：強大、高效、通用、適應性好的軟硬件支持平臺。它應能完成主控和數據處理兩大功能。主控就是根據用戶(hù)需要，給數據采集部分下達命令，采集數據，同時(shí)管理數據通信部分，實(shí)現信息的上傳下達，讀取數據。數據處理就是要提供方便實(shí)用的數據的分析、處理、存儲、顯示、輸出等各種應用功能，滿(mǎn)足用戶(hù)的盡可能多的需求。這部分功能自然非PC機莫屬。

　　系統功能安排是：PC機作為主機(也稱(chēng)上位機)，單片機(也稱(chēng)下位機)負責數據采集與緩沖保存，USB接口負責兩者之間的數據通信。

　　具體工作流程是：PC機接收用戶(hù)的應用命令，按系統功能配置數據采集參數，通過(guò)USB接口，給單片機發(fā)送控制命令，單片機按下達的命令控制A/D轉換進(jìn)行數據采集，并將采集到的數據作緩沖保存，采集好一批數據后，再按主機要求通過(guò)USB接口發(fā)送給PC機，PC機完成數據的存儲、簡(jiǎn)單分析、處理、顯示、輸出等基本應用。更進(jìn)一步還可以對數據進(jìn)行格式轉換，供其它專(zhuān)業(yè)數據處理軟件作輸入數據，實(shí)現更多高級數據處理功能。

　　MCU選型

　　為實(shí)現設計要求，微處理器必須含有具有A/D轉換功能和USB通信功能的兩個(gè)基本模塊,以及其它實(shí)現拓展功能的模塊。

　　上圖所示為設想的功能板圖，控制器通過(guò)它的功能模塊與外圍設備進(jìn)行聯(lián)系: USB模塊與PC機連接，進(jìn)行USB通信;A/D模塊接模擬量輸入，進(jìn)行A/D轉換;D/A模塊接模擬量輸出，產(chǎn)生輸出波形;I/O接口外接輸入輸出;I2C模塊與傳感器等含I2C的器件連接，進(jìn)行I2C通信;SPI模塊與外圍設備相連，使單片機與各種外圍設備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息。

　　USB總線(xiàn)的數據采集方案一般有兩種，一種是采用專(zhuān)用的USB通信芯片。另一種是利用具有USB接口功能的單片機?？紤]到實(shí)際情況，本設計選用第二種方案。

　　PIC18F4550是Microchip公司生產(chǎn)的帶全速USB接口的8位高檔單片機，該單片機具有精簡(jiǎn)指令集、哈佛結構等特點(diǎn)，運行速度快、執行效率高。它的硬件資源非常豐富，并集成有多個(gè)功能模塊: ICSP接口模塊,可以通過(guò)PICkit? 3與PC機聯(lián)系，進(jìn)行程序的燒寫(xiě)和調試;它的全速USB 2.0接口模塊，可以方便、快捷的實(shí)現USB通信。[3]

　　由此，我們選用PIC18F4550單片機來(lái)進(jìn)行設計。它的優(yōu)勢在于：

　　1、利用它的USB接口，可以實(shí)現與PC機之間通信，不需要另加USB接口芯片。

　　2、利用它的ICSP模塊，可以實(shí)現PC機對單片機進(jìn)行程序的直接燒寫(xiě)，并進(jìn)行在線(xiàn)調試。

　　3、能夠讓電路的設計更為簡(jiǎn)潔、實(shí)用，既提高了整個(gè)設計的安全性和可靠性，又降低整個(gè)系統的功耗。

　　4、Microchip公司提供了集成開(kāi)發(fā)環(huán)境Mplab和匯編語(yǔ)言、C語(yǔ)言編譯器，使我們在程序調試，模擬運行方面更容易、更方便快捷。Microchip公司同時(shí)還提供了USB通信的范例和demo子程序，使我們在使用USB通信功能時(shí)更加的簡(jiǎn)單、快捷。