基于USB總線的實時數據采集系統設計與實現

在現代工業生產和科學技術研究的各行業中，通常需要對各種數據進行采集。目前通用的通過數據采集板卡采集的方法存在著以下缺點：安裝麻煩，易受機箱內環境的干擾而導致采集數據的失真，易受計算機插槽數量和地址、中斷資源的限制，可擴展性差。而通用串行總線USB(Universal Serial Bus)的出現，很好地解決了上述問題，很容易實現便捷、低成本、易擴展、高可靠性的數據采集，代表了現代數據采集系統的發展趨勢。

1系統硬件設計與實現

1．1硬件總體結構

基于USB總線的實時數據采集系統硬件組成包括模擬開關、A／D轉換器、單片機、USB接口芯片，其硬件總體結構如圖1所示。多路模擬信號經過模擬開關傳到A／D轉換器轉換為數字信號，單片機控制采集，USB接口芯片存儲采集到的數據并將其上傳至PC，同時也接收PC機USB控制器的控制信息。

1．2 PDIUSBDl2芯片

USB接口芯片采用Philips公司的一種專用芯片PDIUS-BDl2(以下簡稱D12)。該芯片完全符合USBl．1規范，集成了SIE、 320B的多配置FIFO存儲器、收發器、電壓調整器、SoftConnect、GoodLink、可編程時鐘輸出、低頻晶振和終端電阻等，支持雙電壓工作、完全自動DMA操作、多中斷模式，內部結構如圖2所示。

單片機通過8位并行接口傳送經過A／D轉換的采集數據，存儲在FIFO存儲器中。一旦存滿，串行接口引擎SIE立刻對數據進行處理，包括同步模式識別、并／串轉換、位填充／不填充、CRC校驗、PID確認、地址識別以及握手鑒定，處理完畢后數據由模擬收／發器通過D+、D-發送至PC。上述過程遵循 USBl．1協議。D12與89C51的具體實現電路如圖3所示。