USB在數據采集系統中的應用

１ USB簡(jiǎn)介

USB是一些PC大廠(chǎng)商，如Microsoft、Intel等為了解決日益增加的PC外設與有限的主板插槽和端口之間的矛盾而制定的一種串行通信的標準，自1995年在Comdex上亮相以來(lái)至今已廣泛地為各PC廠(chǎng)家所支持?，F在生產(chǎn)的PC幾乎都配備了USB接口，Microsft的Windows98、NT以及MacOS、Linux、FreeBSD等流行操作系統都增加了對USB的支持。

1.1 USB系統的構成

USB系統主要由主控制器(Host Controller)、USB Hub 和USB外設(Peripherals Node)組成系統拓撲結構，如圖１所示。

1.2 USB的主要優(yōu)點(diǎn)

·速度快。USB有高速和低速兩種方式，主模式為高速模式，速率為12Mbps，另外為了適應一些不需要很大吞吐量和很高實(shí)時(shí)性的設備，如鼠標等，USB還提供低速方式，速率為1.5Mb/s。

·設備安裝和配置容易。安裝USB設備不必再打開(kāi)機箱，加減已安裝過(guò)的設備完全不用關(guān)閉計算機。所有USB設備支持熱拔插，系統對其進(jìn)行自動(dòng)配置，徹底拋棄了過(guò)去的跳線(xiàn)和撥碼開(kāi)關(guān)設置。

·易于擴展。通過(guò)使用Hub擴展可撥接多達127個(gè)外設。標準USB電纜長(cháng)度為3m（5m低速）。通過(guò)Hub或中繼器可以使外設距離達到30m。

·能夠采用總線(xiàn)供電。USB總線(xiàn)提供最大達5V電壓、500mA電流。

·使用靈活。USB共有４種傳輸模式：控制傳輸(CONTROL)、同步傳輸(Synchronization)、中斷傳輸(interrupt)、批量傳輸(bulk)，以適應不同設備的需要。

２ 采用USB傳輸的數據采集設備

2.1 硬件組成

一個(gè)實(shí)用的USB數據采集系統包括A/D轉換器、微控制器以及USB通信接口。為了擴展其用途，還可以加上多路模擬開(kāi)關(guān)和數字I/O端口。

系統的A/D、數字I/O的設計可沿用傳統的設計方法，根據采集的精度、速率、通道數等諸元素選擇合適的芯片，設計時(shí)應充分注意抗干擾的性能，尤其對A/D采集更是如此。

在微控制器和USB接口的選擇上有兩種方式，一種是采用普通單片機加上專(zhuān)用的USB通信芯片?，F在的專(zhuān)用芯片中較流行的有NATIONAL SEMICONDUCTOR公司的USBN9602、ScanLogic公司的SL11等。筆者曾經(jīng)采用Atmel公司的89c51單片機和USBN9602芯片構成系統，取得了良好的效果。這種方案的設計和調試比較麻煩，成本相對而言也比較高。

另一種方案是采用具備USB通信功能的單片機。隨著(zhù)USB應用的日益廣泛，Intel、SGS-Tomson、CYPRESS、PHILIPS等芯片廠(chǎng)商都推出了具備USB通信接口的單片機。這些單片機處理能力強，有的本身就具備多路A/D，構成系統的電路簡(jiǎn)單，調試方便，電磁兼容性好，因此采用具備USB接口的單片機是構成USB數據采集系統較好的方案。不過(guò)，由于具備了USB接口，這些芯片與過(guò)去的開(kāi)發(fā)系統通常是不兼容的，需要購買(mǎi)新的開(kāi)發(fā)系統，投資較高。

USB的一大優(yōu)點(diǎn)是可以提供電源。在數據采集設備中耗電量通常不大，因此可以設計成采用總線(xiàn)供電的設備。