基于USB接口的数据采集系统的设计与实现

基于 234 接口的数据采集系统的设计与实现
陈秀玲， 等
基于 !"# 接口的数据采集系统的设计与实现
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陈秀玲
周
欣
陈黎平
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（上海交通大学自动化系， 上海
内部的微处理器是 9:;< 单片机的增强型， 提高了 执行速度并增加了一些新的特性。它使用内部 =>? 作为程序和数据存储器； 带有 <@ 位地址线和 9 位数据 线用来访问外部存储器， 特有的快速传输模式可以在 外部逻辑和内部 +,- A7AB 间快速地传递数据。 ! !& #$% 总线数据通信解决方案 在实现数据通信解决方案时， 为完成数据流的正 常传输， 所建立的硬件平台必须能够提供 两 个 接口。 首先必须要有一个实现数据传输的数据总线接口； 除 此之外， 为了保证数据交互过程的正常实现， 必须提供 一个用于传输通信双方控制和状态信息的 CD7B 接口。 >E.<F;," 芯片提供了 () * +,- 系列芯片的所有 接口 和 功 能。在 本 系 统 中， 我们将利用这款芯片和 建立一个基于 +,- 总 线接 口 的 ADC> 芯片配合工作， 数据通信解决方案， 以实现将采样信号输出到上位机 中的功能。 在此解决方案中， 我们选择 >E.<F;," 芯片工作在 快速数据传输模式下的 9 位并行数据总线 5 ［G … :］ 作 为数据传输的总线接口； 选择 >E.<F;," 芯片中的通用 7. " 总线主控制器接口作为数据通信过程中进行控制 和状态信息传输的 CD7B 接口。这样， 芯 片 中的 一 般 方便了系统的进 CD7B 引脚就可以用来实现其它功能， 一步扩充。图 F 所示为 >E.<F;," 芯 片与 ADC> 芯 片 的接口示意图。 为了使 >E.<F;," 芯片中快速数据传输模式下的 数据总线 5 ［G… :］ 和通用 7. " 主控制器分别完成流数
图中 ’()* 采 用 *M/NJ* 公 司 生 产 的 *(NO
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系列芯片， 型号为 N(,Q&%， 通过在 ’()* 中编写硬件逻 辑控制 * L E 转换器的运行； 实现 * L E 转换器和 !"# 控 制芯片间数据传输的数据总线接口。除此之外， 为了 保证 ’()* 和 !"# 控制芯片间数据交互过程的实现， 必须在 ’()* 中提供一个用于传输通信双方控制和状 态信息的 )(RS 接口。
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系统的设计与实现
#$% 接口芯片介绍 在设计中， 我们选取 "#$%&&’ 公司的 () * +,- 系列芯
片来实现 +,- 接口设备方的控制。它是一款带有多个外 设、 高度集成的芯片， 其功能框图如图 . 所示。一个集成 的 +,- 收发器 （ /%01’2&34&%） 连接 +,- 总线的 5 6 和 5 * 。 串行接口引擎 （,7(） 对总线上的数据进行编 8 解码、 错误 检测、 位填充以及 +,- 规范规定的其它信号级操作的实 现， 并且最终把数据收或发到 +,- 接口部分。 ! !!
图&
数据传输通道程序流程图
每次数据总线读操作的启动均由 !"#$%&’( 芯片 发送一个读选通信号来实现。 !"#$%&’( 芯片发送到 I-$T%A 芯片的读选通信号可以作为上述缓冲器数据 输出的同步信号， I-$T%A 芯片也利用这个选通信号来 控制缓 冲 器 的 输 出 地 址 指 针。实 现 这 部 分 功 能 的 !V4F 源代码如下： W<2 :8T @ =;W C<2； ［］ W<2 :56 S :8T @ =;W C<2； ［］ 1C W<2 :56 @ @“ W $AAAAAAAAAAA” 6O95 ［］ ； W<2 :56 @“ W $AAAAAAAAAAA” <2 957 @ D52； 98;9 ［］ ［］ W<2 :56 S 2 @ W<2 :56 S X Y $； <2 957 @ /::； 952 1C； ； =;W ［ 2 ］ @［ X ］ 上面的程序给出了这一次读过程中读地址指针的 变化情况。随着读地址指针的变化， 缓冲器中的数据 顺次输出到数据总线 4 ［M … A］ 上去。程序中 W<2 :56 ［$$…A］ 为缓冲器的读地址指针， ［M … A］ 是缓冲器的 X 输出端口， 是 !"#$%&’( 芯片的数据总线 =;W ［ 2 M … A］ ［M…A］ 。 4 ! S# $%&’ 功能的实现 在 !"#$%&’( 芯片与 I-$T%A 芯片进行数据传输的 同时， 双方需要一些握手信号来协调传输过程。为此， 我们选择了 !"#$%&’( 芯片中的 )# ( 总线主控制器作 为 .-)+ 端口， 用来传输一些必要的控制和状态信息。
/
! 0 1 转换环节
在该系统中 我们 采 用 /R 公 司 的 *E"TU%%。它 是
［$］ ， 接口简单， 很容易控制， 最大 ,$ 位并行模数转换器
采样率可达 &&&PVW， 输入的电压范围为 K ,%I X Y ,%I 或 K -I X Y -I。 *E"TU%% 芯片的数字接口比较简单， 可以很方便地与其它数字系统相连接。对此芯片的控 制有完全控制模式 （ 8A<< ;76:@7< >721） 和孤立控制模式 （ 3:962Z9<761 ;76:@7< >721） 两种控制方法。 在本 系 统 中， 对 *E"TU%% 芯 片 的 控 制 是 通 过 在 ’()* 芯片中编写控制逻辑来实现的。我们采用了孤 立控制模式， 在此控制模式下， 输出数字信号是 ,$ 位 并行的。 利用 ’()* 芯 片 的 可 编 程 性 可 以 使 用 芯 片 中 的 另 使 用 一 些 RS 脚 作 为 ,$ 个 RS 脚 作 为 数 据 总 线， 控制模L数变换器以 *E"TU%% 的 控 制 信 号 输 入， 采样的数据 &$PVW 的速率对模拟输入信号进行采样， 存入 ’()* 的 J*G 中。本 系 统 中 所 使 用 的 ’()* 芯 片型号为 N(,Q&%[.$%U K & ， 它具有着良好的特性， 芯 片内部共有 & 万 个 逻 辑 门， 容 量 相 当 大； \ 个嵌入式
摘
要
介绍了一种基于 !"# 接口并用 ’()* 控制的数据采集系统的设计及此方案中使用到的 !"# 接口芯片 *+$,&-". 的工作原理， 数据采集系统 !"# 接口 ’()*
并详细描述了此解决方案的硬件实现。 关键词 !"#$%&’$ ()*
/01 213456 78 9 29:9 ;7<<1;:476 3=3:1> ?9312 76 !"# 46:1@89;1 962 ’()* ;76:@7< 43 46:@72A;12B /01 7C1@9:4769< C@46;4C<1 78 :01 !"# 46:1@89;1 ’()*
， ,-.! 的 -’ 配置方式及相应的时序见参考
［&］ 。以下是实现 ,-.! 上电后自动配置功能的部 文献
பைடு நூலகம்
分代码， 实践证明， 这种自动配置方式具有节约成本、 省时、 高效的特点。 （ /012） /012 34 )516 ｛ …… -+?3!(,. @ AB(,； ! (05C1D=<9 -!E 7; 4(FG 0=6H >=6 >0<6， -!& 7; (+", 4+"I 15 >0<6 +I! @ AB$A； -+?3((,. @ AB(E； ! (05C1D=<9 -(A -($ 7; 0=6>=6 >0<6，-(% 7; 5(+",). 0=6H >=6 >0<6 +I( @ AB#J； …… +K3(L @ AB,M； （） ； 4IF!N$AK’ ! ’96 5(+",). @ A ! 3O9 5(+",). ;1D578 O08215D 80P C0< $A=; 6O76 6O9 ;=>>81H 9<; 7<9 ! -0P9<15D => 60 6O91< ;>9:1C192 0>9<7615D <75D9; +K3(Q @ ABAR； …… ! S" 数据传输通道的实现 本系统中 I" K’J 芯片工作于快速数据传输模 ! ’96 5(+",). @ $； ! -(E 7; 5’3!3K’ 15>=6 >0<6， -(& 7; 4!3!A 0=6>=6 >0<6 ! (78892 05:9 76 ;67<6=>
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