一种新的基于ARM的数据采集系统设计

・应用技术研究・一种新的基于AR M 的数据采集系统设计罗　浩1a,2,谢华成1b(1.信阳师范学院a .物理电子工程学院; b.网络信息与计算中心,河南信阳464000;2.华中科技大学电子系,湖北武汉430074)摘　要:给出了一种新的基于AR M 的数据采集系统硬件和软件设计方案1硬件主要由微处理器芯片S3C44BOX 、US B 接口芯片I SP1362、AD 转换芯片AD7829等构成1系统能实现8路同时采集,单路采集速率100ks p s,且通过设置Device 和Host 两种模式,可在无PC 机的情况下进行数据采样与存储,从而实现了脱机式应用1关键词:数据采集;US B;S3C44B0X;AD7829;I SP1362中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:100320972(2006)022*******0　引言数据采集是测控系统中的核心单元之一,目前常用的数据采集方式是A /D 卡和422、485等总线板卡[1],这类方式的数据采集过程必须依赖PC 机完成,不便野外应用;故研制能够实现脱离PC 机进行数据采集的数据采集卡具有实际意义1本文提出的基于AR M 的数据采集系统设计方案,以S3C44B0X 为主控制器,控制AD7829进行数据采集,并控制US B 接口芯片(I SP1362)进行数据传输1本设计综合利用了S3C44B0X 的高性能、低成本和能耗省的特点,设计了US B 数据通信的Device 模式和Host 模式,在没有PC 机的情况下,工作在Host 模式,可以直接与外存储器相连进行脱机式数据采集,实现了脱机式应用11　硬件设计1.1　方案选择目前,对于US B Host 的开发方式主要有两种选择:一种是选用集成了US B 接口的单片机,比如Cyp ress 公司生产的EZ -US B 系列,I ntel 的8X930AX 系列等1此种开发工具虽然编程简单,但需要购置专门的开发系统,投资较大;另一种是选择普通的单片机或嵌入式微处理器,加专用的US B 接口芯片进行开发1后者不需要购买新的开发系统,节省投资1因此我们采用了第二种方案进行开发1为了便于开发和扩展Device 、Host 模式,选择了较新且易于开发的US B 接口芯片I SP1362;且为了满足8路采集,AD 转换芯片选择了AD7829;适于I SP1362的开发,其主控器芯片选择了高性能、低功耗的AR M 芯片S3C44BOX 1三星的S3C44B0X 是为手持设备和通用设备而设计的一款16/32位R I SC 结构的低成本高性能的单片机1为了降低产品的总体成本,S3C44B0X 还提供了如下的配置:8K B 高速缓存(cache )、可配置的片内SRAM 、LC D 控制器、两路带握手功能的UART (通用串行口)、4路DMA 控制器、系统管理功能(片选逻辑,FP /E DO /S DRAM 控制器)、5路带P WM 的定时计数器、I/O 接口,RTC (时钟)、8路10位ADC 、II C 总线、II S 总线、同步SI O 接口和为系统提供时钟而设的P LL 倍频电路[2]1系统分为四大部分:8路AD 转换,US B 接口,AR M 主控器以及S DRAM (2M )、Flash (2M )1AD7829构成的模数转换(8路模拟输入、8位数字输出),在S3C44B0X 控制下完成数据采集,再通过US B 接口传输到外存储器1如图11图1　系统结构框图F i g .1The syste m structure d i a gramS3C44B0X 自身虽集成有8路10位ADC,但没有采样保持电路,其内部集成的A /D 转换只能输入0～100Hz 的模拟信号,因此我们需要对其进行扩展1AD7829作为A /D 转换,S3C44B0X 作为控制器,利用S3C44B0X 的P D 口为双向口来进行扩展,以S3C44B0X 的P D 口发出脉冲作为AD7829的CONVEST 的负脉冲,进行模数转换,同时能够　收稿日期:2005211230　基金项目:湖北省重大科技攻关项目(2002AA101C39)　作者简介:罗　浩(19702),男,河南信阳人,讲师,在读硕士研究生,主要从事电子技术方向研究1302信阳师范学院学报(自然科学版)Journal of Xinyang Nor mal University第19卷　第2期　2006年4月(Natural Science Editi on )Vol .19No .2Ap r .2006实现多路采集1在US B 接口设置Device 、Host 两种模式,可以通过跳线选择1S DRAM (2M )、Flash (2M )调用和驻留系统程序使用11.2　硬件连接数据采集部分采用AD78291AD7829是一片高速A /D 转换芯片,有8路模拟输入通道,8位数字输出;最大转换速率2M SPS,转换时间为420ns,+5V 电源供电[4]1将之与S3C44B0X 的P D 口相接,利用S3C44B0X 的P D 口为双向口来进行扩展,以S3C44B0X 的P D 口发出脉冲作为AD7829的CONVEST 的负脉冲,来对数据进行转换1AD7829的关键信号有:转换脉冲(CONVST ),转换结束信号(E OC ),读(RD ),以及数据线(DB0～7)和地址线(A0、A1、A2),其数据线与S3C44B0X 的数据线相连(DB0..7),地址线与S3C44B0X 的A0,A1,A2相连,CS 与S3C44B0X 的nGCS 相连,RD 与S3C44B0X 的OE 相连,AD7829的与CONVEST 与P D1相连,P D1用于产生转换脉冲1AD7829的E OC 与P D0相连,P D0产生结束信号1US B 接口芯片采用Phili p s 公司的I SP1362;该芯片具有US B OTG US B HOST 和US B DE V I CE 三种功能[4]1扩展脱机式数据采集,使用该芯片较方便1本系统设计了Host 和Device 两种模式,可以通过跳线选择Host 或Device模式,I SP1362同时支持US B2.0和RE V1.0这两个版本,全速传输可达12Mbp s,也可实现高速传输1I SP1362提供与外部CP U 连接的信号有,16位数据线(D [15:0]),读、写信号(RD 、WR ),片选(CS ),地址线(A0、A1),以及中断控制信号(I N T1、I N T2)1具体连接如图21图2　硬件电路连接示意图Fig .2The hard ware circuit diagra m采集信号经A /D 转换后,数据先存放在S3C44B0X 的寄存器里,S3C44B0X 在将数据写入I SP1362,S3C44B0X 先发控制信号,再发数据;将I SP1362的缓冲区定义为8个,分别写入8路转换后的数据1当I SP1362的缓存区装满时,在Device 模式下,由主机来读取数据;在Host 模式下,由I SP1362生成传输事务,发送到外存储器11.3　CP U 及其外设的地址分配S3C44B0X 对存储器分了8个存储区进行管理,地址从0x00000000到0x10000000,每一个存储区的容量为32M ,其中第一块的可用地址空间为28M ,其余4M 用于特殊功能寄存器,存储区0分配给Flash ROM ,存储区6和存储区7分配S DRAM 1本设计中存储区0分配给SST39VF160,存储区6分配给HY57V641620HG,存储区3分配给A /D 转换芯片AD7829,存储区2分配给I SP13621S3C44B0X 与8位ROM 连接地址从A0开始,与16位ROM 连接地址从A1开始;其中S3C44B0X 与AD7829地址线分别连A0、A1、A2,I SP1362的A0,A1分别与S3C44B0X 的A1,A2相连12　软件设计系统软件主要包括数据采集和US B Host 主机驱动两个部分12.1　数据采集数据采集是由S3C44B0X 的P D 口发出脉冲,作为AD7829的转换脉冲CONV EST,当AD7829转换结束时,E OC 输出有效低电平,S3C44B0X 接到有效电平后,发下一路地址,然后读数据,当AD7829的RD 和CS 信号有效,将数据读入S3C44B0X 的数据缓冲区的同时将下一路的地址打入,这样循环采集8路模拟输入,直到数据采集结束,本过程的流程图如图3所示1图3　数据采集流程图Fig .3The data acquisiti on fl ow chart2.2　US B HOST 主机驱动US B HOST 主机驱动是关键,US B 主控制器驱动程序(Host Contr oller D river,HCD )是US B 软件协议栈最底层的一部分[5],是整个体系的中枢,是建立管道和识别外存的基础1US B Host 主机驱动主要包括设备枚举和数据传输1设备枚举是发标准请求,即识别外存储设备,建立数据通信管道1所发的标准请求先按照US B 协议规定的格式作好,一旦有设备连上,设备就响应所发的标准请求,并对其作出响应,如果不支持标准请求对应的功能,则返回一个402　第19卷　第2期信阳师范学院学报(自然科学版)2006年4月ST ALL1枚举设备分为两个过程[6]:(1)确认系统已经找到新插入的US B设备;(2)发送标准请求,让待驱动的设备处于US B配置状态,等待相应子程序进一步操作1本系统中,采集完毕的数据是要送到U盘、移动硬盘等海量存储类设备中,海量存储类设备常使用BO(Bulk Only)和CB I(Contr ol/Bulk/I nterrup t)两种传输方式,BO传输方式用的最多1这里以BO传输为例,一次数据传输的过程如图4所示1图4Bulk Only流程图Fig.4Bulk Only fl ow chart 3　测试用NF1630函数发生器(四台),分别输出幅值范围1.25～3.75Vp-p和频率为0～100kHz的正弦波、矩形脉冲(占空比50%)、三角波和锯齿波(通过"直流偏置"调整,使输出信号为正电平),再将一路用电阻分压器分成幅值差别明显的两路作为信号源,将8路信号分别接入8个输入端,在VC编写的显示软件支持下,进行测试;在PC机上能够同时再现8路波形1经测试,8通道可以同时采集,单路模拟信号输入频率可达100kHz,其采集精度为0.3%,工作电流I≤200mA14　结束语综上,该系统能够完成8路同时采集,单路采集率为100ks p s,系统同时配置了Device模式和Host模式功能,可以通过跳线设置,在有PC机的情况下,与PC机相连,通过US B口供电进行数据采集;在无PC机的情况下,与外存储器相连,将数据采集到外存储器里,然后在PC机上进行数据处理,适合野外现场采集1参考文献:[1]　夏益民,王广君.基于US B总线的高速数据采集系统[J].国外电子元器件,2003(10):20223.[2]　Sam sung Electr onics.S3C44B0X R I S C M I CROPROCESS OR[E B/OL].(2000209219)htt p://www.sa m /Pr od2ucts/Se m iconduct or/MobileSoluti ons/Mobile ASSP/MobileComputing/S3C44B0/u m_s3c44b0.pdf.[3]　Anal og Devices,I nc.AD7829[E B/OL].(2001210224)htt p://www.anal /Up l oadedFiles/Data_Sheets/11234439AD7822_25_29_b.pdf.[4]　Koninklijke Phili p s Electr onics.I SP1362[E B/OL].(2003204219)htt p://www.se m iconduct ors.phili p /acr obat/datasheets/I SP1362204.pdf.[5]　孙　骏,王晓蔚.嵌入式系统上的HOST设计[J].现代电子技术,2004(24):89292.[6]　邓　剑.嵌入式US B Host系统设计[D].武汉:华中科技大学图书馆,2005:35237.D esi gn of a Novel Da t a Acqu isiti on System Ba sed on AR ML UO Hao1a,2,X I E Hua2cheng1b(1.a.College of Phys.&Elec.Eng.;b.The Net w ork I nfor mati on and Computer Center,Xinyang Nor mal University,Xinyang464000,China;2.Huazhong University of Science&Technol ogy,W uhan430074,China)Abstract:The design of a novel data acquisiti on syste m based on AR M is intr oduced.Its hard ware is mainly composed of S3C44B0X,I SP1362,AD7829,et al.The syste m can si m ultaneously acquire8channel data,has a sa mp ling rate of100ks p s for each channel and is app licable without a PC by setting t w o operating models of De2 vice and Host.Key words:data acquisiti on;US B;S3C44B0X;AD7829;I SP1362责任编校:任长江502罗　浩,等:一种新的基于AR M的数据采集系统设计。