毕业论文：基于USB的数据采集系统.doc

第1章 绪论 1.1 引言 数据采集系统就是采集传感器输出的模拟信号并转换为计算机可以识别的数字信号，送入计算机并进行记录或打印。以便对某些物理量进行监视，其中一部分数据还将被生产过程中的计算机用来控制某些物理量。数据采集系统的好坏取决于他的精度和速度。在保证精度的情况下尽可能的提高速度以满足实时采样、实时处理、实时控制的要求。 数据采集监测已成为日益重要的检测技术，广泛应用于工农业等需要同时监控温度、湿度和压力等场合。数据采集是工业控制等系统中的重要环节，通常采用一些功能相对独立的单片机系统来实现，作为测控系统不可缺少的部分，数据采集的性能特点直接影响到整个系统。生产过程中，这一系统可对现场的工艺参数进行采集、监视和记录，为提高产品质量，降低生产成本提供信息和手段。在科学研究中应用该系统可以获得大量动态是研究瞬间物理过程的重要手段，也是获取科学奥秘的重要手段之一。总之无论在哪个领域，数据采集系统，应用的越及时，工作效率就越高，获得的经济利益就越大。 现代工业生产和科学研究对数据采集的要求日益提高。在许多场合要求数据采集系统向便携化方向发展，要求系统具有体积小、功耗低、传输速率快、使用方便灵活等特点。在数据采集系统中，如何节省电能以使系统工作时间更长，如何通信才能使系统数据传输速度更快，已经成为系统开发过程中考虑的主要内容。 1.2课题背景 在数据采集系统中，传统的外设与主机的通信口一般采用ISA、PCI、1394等标准，基于这些接口的产品，安装麻烦，价格昂贵，并受计算机插槽数量、地址中断资源限制，且可扩展性差，USB的出现，很好地解决了以上问题。 USB作为一种新型的串口通信标准，具有较高的传输速率，可扩展性好，采用总线供电，使用灵活。它共有4种传输模式：控制传输、同步传输、中断传输、批量传输，以适应不同设备的需要。 信息技术与电子技术的迅猛发展，使得计算机和外围设备也得到飞速发展和应用。过去人们单纯追求计算机与外设之间的传输速度，现在纠错能力和操作安装的简易性也成为人们关注的目标。USB通讯技术的 出现，使高传输速度、强纠错能力、易扩展性、方便的即插即用，有机的结合在一起。 1.3课题的提出 尽管RS232是一种十分成熟且应用广泛的通讯方式，但是随着控制系统的日益复杂，所要采集的量也会越来越多。因此寻求一种高速、安全、方便的通讯形式是十分必要的。USB技术虽然出现的时间并不长，但是由于它的种种优点，被越来越多的厂商和用户所接受，出现了USB打印机、摄像头等产品。尽管目前USB接口的应用主要集中在电脑的周边外设，但是USB产品进入工控领域将是必然的趋势。采用CH375芯片和C8051F330单片机设计的基于USB总线的数据采集系统，具有可靠性高、数据不丢失、抗干扰性强、便于数据传输和处理等优点，可在信号测试、信号采集场合广泛使用。所以本课题的研究是具有一定的现实意义和经济意义的。 1.4主要工作 本论文所设计的数据采集系统是在单片机C8051F330控制下进行数据采集，并通过沁恒公司的USB 总线接口芯片CH375上传给PC机进行分析、显示和存盘。该系统用传统的USB总线取代了RS232串行总线，通过对USB协议和设备构架的充分理解，对以单片机C8051F330和USB接口芯片CH375为主的数据采集系统进行了硬件设计和软件编程，并在此设计的基础上给出相应的原理图。硬件设计主要解决的是CH375与单片机的接口电路的设计。软件设计可分为三部分:一是充分了解CH375的主要功能特点，为满足CH375在USB上的最大传输速率而编写固件程序；二是在充分了解WDM驱动程序的基础上编写USB的设备驱动程序； USB的简介 通用串行总线(Universal Serial Bus，简称USB)是康柏、微软、IBM， DEC1995年在Comdex上亮相以来至今己广泛地为各PC厂家所支持。现在生产的PC机几乎都配备了，USB接口，Microsoft的windows98，NT 以及MacOS， Linux， FreeBSDUSB的支持。USB的主要特点如下: 1. 速度快。 USB 有全速和低速两种方式，主模式为全速模式，速率为12Mbps，从而使一些要求高速数据的外设，如:高速硬盘、摄像头等，都能统一到同一个总线框架下。另外为了适应一些不需要很大吞吐量但是有很高实时性要求的设备，如鼠标、键盘、游戏杆等，USB还提供低速方式，速率为1.5Mbps。如表2-1所示。新推出的USB2.0协议提供最高达480Mbps的数据传输速率可以适应各种不同类型的外设。 表2-1 USB使用分类表 性能 应用 特性 低速 ·交互设备 ·10-20kb/s 键盘、鼠标、游戏棒 低价格、热插拔、易用性 中速 ·电话、音频、压缩视频