基于USB總線的實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學研究對數(shù)據(jù)采集的要求日益提高。目前比較通用的是在PC或工控機內(nèi)安裝數(shù)據(jù)采集板卡，如A/D卡及422、485卡。這些數(shù)據(jù)采集設備存在以下缺陷：安裝麻煩；價格昂貴；受計算機插槽數(shù)量、地址、中斷資源限制，可擴展性差；在一些電磁干擾性強的測試現(xiàn)場，無法專門對其做電磁屏蔽，導致采集的數(shù)據(jù)失真。

通用串行總線（UNIversal Serial Bus，簡稱USB）是1995年康柏、微軟、IBM、DEC等公司為了解決傳統(tǒng)總線的不足推廣的一種新型串行通信標準。該總線接口具有安裝方便、高帶寬、易擴展等優(yōu)點，已經(jīng)逐漸成為現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)展趨勢?；赨SB的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)充分利用USB總線的上述優(yōu)點，有效解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的缺陷。

1 系統(tǒng)硬件設計

1.1 硬件總體結(jié)構(gòu)

USB實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件模塊包括A/D轉(zhuǎn)換器、微控制器、USB通信接口和多路模擬開關。硬件總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 USBN9602芯片

USB接口芯片采用National Semiconductor公司的一種專用芯片USBN9602。該芯片內(nèi)部集成微處理器接口、FIFO存儲器、時鐘發(fā)生器、串行接口引擎（SIE）、收發(fā)器、3.3V電壓轉(zhuǎn)換器，支持DMA、微波接口，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

微控制器通過8位的并行接口傳送A/D采集的數(shù)據(jù)，存儲在FIFO存儲器中；一旦FIFO存滿，SIE立刻對數(shù)據(jù)進行處理，其中包括：同步模式識別、并/串轉(zhuǎn)換、位填充/解填充、CRC產(chǎn)生與校驗、地址識別、握手響應與產(chǎn)生、USB特殊事件（Reset、Suspend、Resume）檢測；最后由收發(fā)器通過數(shù)據(jù)線（D+、D-）傳送數(shù)據(jù)至PC。上述過程嚴格遵守USB1.1協(xié)議。USBN9602與89C52的具體實現(xiàn)電路如圖3所示。