2008年 第 11期 仪 表 技 术 与 传 感 器
Instrum ent T echn i que and Sensor 2008 N o 11
基金项目 :中国电子科技集团公司技术创新基金项目 :11-:2008-基于 USB 接口通讯的多传感器数据采集系统 宋成艳 1 , 袁国庆 2 , 李凤玲 1 , 傅 巍 1
, 李 凯 1
(1. 中国电子科技集团公司第四十九研究所 , 黑龙江哈尔滨 150001; 2. 哈尔滨飞机工业集团 , 黑龙江哈尔滨 150001 摘要 :基于 U SB 接口通讯的多传感器数据采集系 统以 EZ U SB 控制器为 核心 , 由 EZ U SB 经控 制电路 实现对 模数 转换的控制 , 从而将被测系统中各传感器检测到的 参数通过 U SB 接 口输入 到计算 机并显 示出来 。 系 统硬件 主要采 用以 AN 2131QC 为核心的 USB 接口 电路和以模 数转换器 AD7938为核心的 USB 设备 功能单元电 路 。 系统软件 采用 K eil C51语言编写芯片固 件程序 、 采用 V C++语言编写 U SB 设备驱动程序和 W i n32应用程序 。 关键词 :USB ; 传感器 ; 数据采集
中图分类号 :TP368 文献标识码 :A 文章编号 :1002-1841(2008 11-0101-03 D ata A cquisition Syste m of Sensors Based on U S B Co mmunication SONG Cheng yan 1, YUAN Guo qi ng 2, L I Feng li ng 1, FU W e i 1, L I K a i 1(The 49Institu te of Ch i na E l ec tron Sc i ence and Techno l ogy Corporation ,
H arb i n A i rcraft I ndu stry Corporati on, H arb i n 150001, Ch ina
Abstract :The da ta acqu isiti on syste m o f sensors based on U SB communicati on took an EZ U SB contro ller as the core . A nd the EZ U SB contro lled A /Dconversi on by its contro l circu it . Thus the para m ete rs detec ted by sensors w ere i m ported to the com pu ter and d i sp l ayed . T he core o fU SB i nterface c i rcu it was AN 2131Q C , and the core o fU SB functi on i ng circu it unit was AD 7938. T he fir mware progra m o f the syste m w as w ritten by K e il C51language and t he USB dri ve r and W i n32appli cation by V C++.K ey word s :U SB ; senso r ; da ta acquisiti on 0 引言
随着工业生产的 发展 , 日益复杂和 庞大的系 统需要测 控的 点和参数 越来 越 多 , 导致 数据 采 集系 统 日益 复 杂而 庞 大。目 前 , 建立在单片微型计算机和微电
子 技术基础上 的存储测 试技 术已广泛地应用于兵 器测试、 环境 控制、 石 油测井、 生 物、 医 学、 航空、 航天等领域 , 其核心是将 微测试系统 直接放入 被测体 内 , 直接测试被测体在工 作过程中的各种主 要参数 , 将数据存 储起 来 , 将存储的数据 通过计 算机 接口读 出。然而 , 数据 采集 通常 采用 ISA 总 线、 PCI 总 线、 422、 485等 接口形 式的 A /D采集 卡 , 这种板卡不仅安 装麻 烦 , 且易受 计算 机插槽 数量 和地 址、 中断 资源的限制。为了解决日益增加的 PC 外设 与有限的主 板插槽 和端 口之 间的矛 盾 , Intel 、 DEC 、 M i croso ft 等公司 联合 提出 一种 新的串行总 线接口 规范 U SB 串行 通信 标准 [1]。 于是 提出 了一种基于 U SB 接口通讯的 多传感 器数据采 集系统 的完 整解 决方案。
1 系统总体设计及功能
在微处理器和 U SB 控制器的设计有 2种方式可供选用 :一 种普通的单片机加上 专用的 USB 通信芯片组成 ; 另一方 式是采 用具有 U SB 通信功能的单片机。前一种方式 , U SB 通信 芯片只 处理与 U SB 相关的通信工作 , 而且必须由外部微处理器 对其控 制才能正常工作 , 这些芯片必须提供 一个串行或 并行的数 据总 线与微处理器 进行连 接。此外 , 还 需要 一个中 断引 脚 , 当 数据 收到或发送完 , 这个 中断 引脚会 向单 片机发 出中 断请 求信 号。
这种方式硬件电 路比 较复杂 , 维 护不 方便 , 因此 采用 具 有 U SB 通信功能的单片机。系 统的原 理框图如 图 1所 示 , 它主 要由 6部分组成 :具有 U SB 通信功能的微处理器、 A /D转换电路、 电源 转换及管理、 存储器电路、 各种 传感器的输 出信号、 计算 机。系 统硬件电路主要芯片 为 AN 2131Q C 和 AD7938。系 统软件 分为 3个模块 :采用 K eil C51语言编写 AN 2131Q C 的芯片固件程序 、 采用 V C++语言编写 U SB 设备驱 动程序 及采用 VC ++语言 编写 W i n32应用程序。
图 1 系统原理框图
系统可实现如下功能 :使用内部 U SB 接口提 供的 +5V 电 源 , 并具有供电指示灯 ; 采用全速 块传输 ; 具有模数 转换指 示功 能 , 实时显示所采集到的波形 , 并 可
进行保存 和回放 ; 系统 的采 样频率可调 (由 AN 2131QC 控制 , 输入信号幅度范围为 0~+5V; 可读取该采集卡的 U SB 设备描述符和配置描述符。 2 系统硬件设计
基于 U SB 接口通 讯的多传感 器数据 采集系 统的 硬件 分为 102
Instru m ent T echn i que and Sensor N ov 2008
两大部分 :以 AN 2131Q C 为核心的 U SB 接口电路和以模 数转换 器 A D7938为核心的 U SB 设备功能 单元电路 , 部 分详细电 路图 如图 2所示。
AN 2131QC 是基于 U SB1. 1的外 设 通信 控制 芯 片 , 主要 特 点 :四时钟周期的 8051内核 ; 2个 快速存 储器 到存储 器的 数据 传送指针 ; 扩展的中断 , 包含有 多个 U SFB 数据传输中断 ; 8k 内 部 RAM, 用于存放程序和数据 , 支持外 部存储器 ; 灵活的固件程 序升级 ; 32个输入输出管道 , 其中同 步传输支持 1024B 长度数 据传输 ; 多种固件程序引导方式 , 方便的固件程序升级办法。
AD 7938包含 了采 样 /保持 及 A /D转换 , 8通 道模 拟输 入 , 12位转换精度 , 能够满足 多传感器 多输出 的特 点 ; 数 据的 总吞 吐率高达 1 5M bps , 平均每通 道采样率高 达 600kbps ; 低噪 声、 宽带的差分跟踪保持 电路 , 处理 的输入 信号频 率能达 50MH z ; 快速的系统响应时间 , 转换时间 524ns , 跟踪保 持采样时 间 125ns
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基于USB接口通讯的多传感器数据采集系统.
