基于雙模式USB接口的多處理器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計

現(xiàn)代軍事、工業(yè)自動化設備功能不斷完善、集成化程度越來越高，這就對配套的數(shù)據(jù)采集以及檢測系統(tǒng)提出了更高要求。特別是條件惡劣、野外以及空間狹小封閉的測試環(huán)境中，不僅要求系統(tǒng)能夠快速穩(wěn)定地完成數(shù)據(jù)采集，同時更需要將采集的數(shù)據(jù)保存于大容量存儲設備中，方便后續(xù)的分析處理[1]。目前，由于高速率、低成本、易擴展的優(yōu)點，USB總線已成為計算機與外設之間數(shù)據(jù)交換的主流總線協(xié)議。采用USB接口的各種大容量移動存儲設備具有高速、抗震、穩(wěn)定的優(yōu)點，特別適用于以上的數(shù)據(jù)采集場合。
　本文采用USB總線接口芯片CH375設計了具有主/從雙模式的多單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，既能完成與上位機的實時通訊，也可在環(huán)境條件惡劣時作為便攜式系統(tǒng)完成采集數(shù)據(jù)在USB移動存儲設備上的轉存。
1 雙模式USB接口芯片CH375簡介
　CH375是南京沁恒有限公司生產(chǎn)的USB總線通用接口芯片,支持USB-HOST主機方式與USB-DEVICE/SLAVE設備方式，并可動態(tài)切換。CH375具有8 bit數(shù)據(jù)總線，讀、寫、片選控制以及中斷輸出，可以方便地掛接到單片機等控制器的系統(tǒng)總線上。主機模式下，芯片還提供了串行通訊方式，控制器可以通過串口操作USB移動存儲設備。此外，CH375內置了處理Mass-Storange海量存儲設備的專用通訊協(xié)議固件，支持常用的USB全速設備，兼容USB2.0設備(U盤、閃盤以及USB移動硬盤)[2]。外部控制器可以通過該芯片直接以扇區(qū)為單位進行讀寫操作控制。如果需要處理與PC機兼容的文件系統(tǒng)，可以利用廠家提供的C語言子程序庫實現(xiàn)USB存儲設備的文件級接口，從而降低開發(fā)難度、節(jié)約成本。
2 硬件系統(tǒng)設計[3]
本文介紹的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于某型數(shù)字式隨動系統(tǒng)的性能測試，其硬件框圖如圖1所示。

　系統(tǒng)硬件主要由主控單片機、信號調理模塊、USB通訊模塊、從控單片機組以及鍵盤顯示模塊五部分構成。工作時，先由主控單片機向從控單片機組發(fā)出測試開始指令，從控單片機組完成與被測隨動系統(tǒng)數(shù)控電路的通訊，一方面測試通訊情況是否正常，另一方面維持隨動系統(tǒng)正常工作。通訊測試結果經(jīng)串行口由從控機組送回主控機，作為性能測試的部分結果數(shù)據(jù)。隨動系統(tǒng)正常運行后，信號調理模塊將被測信號濾波整理，分批送入主控單片機的ADC輸入端，主控單片機經(jīng)CH375將被測數(shù)據(jù)寫入USB存儲設備或發(fā)送至PC機直接處理。
　基于USB主機模式下文件級子程序庫編程的需要，主控單片機采用宏晶科技有限公司的STC12C5A60S2。該單片機工作頻率可達35 MHz,具有1280 B片內RAM數(shù)據(jù)存儲器與60 KB片內Flash程序存儲器，8通道10 bit高速ADC，2個全雙工異步串行口[4]，完全滿足數(shù)據(jù)采集與CH375主/從雙模式的控制要求。
　USB主機接口電路如圖2所示。CH375芯片工作于并口方式，將其TXD引腳接地，并行接口掛接到單片機系統(tǒng)總線上。其8 bit雙向數(shù)據(jù)總線D0~D7直接與單片機的P0數(shù)據(jù)總線相連，地址輸入線A0，讀、寫選通引腳RD、WR和片選信號CS，分別連接至單片機的P5.0~5.3引腳。中斷請求輸出INT連接到單片機的中斷輸入INT0引腳，中斷請求為低電平有效。