基于USB总线的高速数据采集系统.doc

基于USB总线的高速数据采集系统 摘要：介绍了一种基于总线的高速数据采集系统，讨论了控制器 的性能及传输方式给出了该系统的硬件和基于主控方式实现数据传输的软件设计方法。 引言现代工业生产和科学研究对数据采集的要求日益提高。目前比较通用的是在或工控机内安装数据采集卡（如卡及、卡）。但这些数据采集设备存在以下缺陷：安装麻烦、价格昂贵、受计算机插槽数量、地址、中断资源的限制，可扩展性差，同时在一些电磁干扰性强的测试现场，可能无法专门对其作电磁屏蔽，从而导致采集的数据失真。传统的外设与主机的通讯接口一般是基于总线、总线或者是串行总线。总线虽然具有较高的传输速度（），并支持“即插即用”功能，但其缺点是插拔麻烦，且扩展槽有限（一般为个），总线显然存在同样的问题。串行总线虽然连结简单，但其传输速度慢（），且主机的串口数目也有限。通用串行总线（ ，简称）是年康柏、微软、等公司为了解决传统总线的不足，而推出的一种新型串行通信标准。该总线接口具有安装方便、高带宽、易扩展等优点，已经逐渐成为现代数据传输的发展趋势。基于的数据采集系统充分利用总线的上述优点，有效地解决了传统数据采集系统的缺陷。的规范能针对不同的性能价格比要求提供不同的选择，以满足不同的系统和部件及相应不同的功能，从而给使用带来极大方便。系统介绍 数据采集系统的结构与功能常见的数据采集系统的硬件总体结构如图所示。其中数据采集接口卡是硬件部分的核心，它包括转换器、微控制器、通信接口等。在高速数据采集系统中由于现场输入信号是高频模拟信号，因而信号的变化范围都比较大如果采用单一的增益放大那么放大以后的信号幅值有可能超过转换的量程所以必须根据信号的变化相应地调整放大器的增益。在自动化程度较高的系统中希望能够在程序中用软件控制放大器的增益正是这样一种具有增益可编程功能的芯片。是美国公司生产的一种增益可编程线性驱动器。它具有频带宽、噪声低、增益可编程且易于与单片机进行串行通信等优点，十分适合在数据采集系统中做前置放大。经过调理后的信号可送入模数变换器（）进行变换。笔者选用的是，它是一种高速位模拟数字转换器，能以高达每秒的采样速率进行转换，由于采用半闪速结构和工艺制造，因此功耗和成本很低。其（典型值）的模拟输入带宽使该器件成为欠采样应用的良好选择。该器件带有内部电阻，可用于从电源产生满度的基准电压，以减少外部元件数。数字输出置于高阻方式。它仅需要电源工作，可由总线供电。由于数据采集接口卡是硬件部分的核心，因此应选择能适用协议的合适芯片。 是一种集成微控制器。它的内部集成了收发器、串行接口引擎（）、增强的微控制器和一个可编程的串行接口。其主要特性如下：带有加强的内核性能，可达到标准的倍，且与标准的指令完全兼容；集成度高，芯片内部集成有微处理器、（串行接口引擎）等多个功能模块，从而减少了多个芯片接口部分需要时序配合的麻烦；