lab的数据采集开发板硬件设计解析.PDF

第２９卷　第２３期 甘肃科技 Ｖｏｌ２９　Ｎｏ２３ ２０１３年１２月 ＧａｎｓｕＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｅｃ　２０１３ 基于Ｍａｔｌａｂ的数据采集开发板硬件设计 李　刚，欧志新 （兰州交通大学 机电技术研究所，甘肃 兰州７３００７０） 摘　要：Ｍａｔｌａｂ支持很少几款数据采集卡在Ｓｉｍｕｌｉｎｋ下运行，而且直到Ｍａｔｌａｂ７为止也没有对ＵＳＢ接口数据采集卡 的支持。基于这种情况，设计了完全支持Ｍａｔｌａｂ的ＵＳＢ数据采集卡，非常适合教学和科研使用。 关键词：数据采集卡；Ｓｉｍｕｌｉｎｋ模型；ＵＳＢ接口；ＡＶＲ单片机 中图分类号：ＴＰ３６８．２ 　　随着Ｍａｔｌａｂ功能的不断增强，越来越多的人喜 ２）２路１０位分辨率，０～４．０９６Ｖ电源输出； ［１］ 欢使用Ｍａｔｌａｂ作为控制系统教学和科研的平台 。 ３）输入输出总数６路，可以全部选为输入或输 可是与Ｍａｔｌａｂ直接接口的数据采集卡不仅价格很 出或ＰＷＭ输出； 贵，而且功能单一，不利于个人和学生用户接受。基 ４）工作电压：５Ｖ，方便起见可利用 ＵＳＢ的５Ｖ 于这种情况，设计了一套通过串口和Ｍａｔｌａｂ直接相 电源。 连的单片机数据采集开发板，开发了完整的Ｓｉｍｕ ｌｉｎｋ下的实验程序，非常适合教学和科研使用。 ２　数据采集开发板软硬件设计 ２．１　ＡＶＲ单片机 １　数据采集开发板的结构参数 选用ＡＶＲ单片机系列中的ＭＥＧＡ８作为ＡＤ采 １．１　硬件结构 集和信号处理的芯片。ＡＶＲ单片机的速度是５１十 本采集卡由ＡｔｍｅｌＭＥＧＡ８单片机采集输入的 倍以上，可以进行一些控制算法的运算，本身带有６ 各种信号，而各输出控制信号也由单片机发出。单 路ＡＤ，并支持中断、ＰＷＭ、双向ＩＯ口，增强型串口， 片机的运行模式由ＰＣ机控制。ＰＣ机与单片机的 最高速率可以达到１１５Ｋ。其实本开发板作为ＡＶＲ 通讯接口和数据交换由串行口实现。采集卡硬件结 单片机的学习板也可以，因为要想完美地进行数据 构如图１所示。 采集，最好是单片机程序和Ｍａｔｌａｂ程序同时编写。 不过为了简化使用，本开发板设计了一套简单的协 议，并提供 Ｍａｔｌａｂ下的调用函数。这样一来，简单 调用函数即可完成Ｍａｔｌａｂ的编程，实现各种算法。 ２．１．１　开发板和Ｍａｔｌａｂ的通信协议 定义五字节数据为一帧见表 １，波特率为４８００ （如果严格要求数据传输的正确性，可再加一个校 验字节）。 图１　采集卡硬件结构 表１　五字节数据帧 １．２　工作原理 ５５     本采集模块采用单片机作为ＣＰＵ，利用单片机 　　第一位为起始位，