基于USB数据收集系统的设计开发.docx

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1、基于USB数据收集系统的设计开发shixi导语：在数据收集系统中利用通用串行总线USB接口，进步了数据收集系统的传输速度，曾强了系统的抗干扰才能。摘要：在数据收集系统中利用通用串行总线USB接口，进步了数据收集系统的传输速度，曾强了系统的抗干扰才能。本系统利用通用串行总线USB的高速传输功能，采用基于ARM7TDMI-STM内核的LPC2132主控芯片，将调制后的模拟信号进展AD7829模数转换，完成数据收集后通过USB20接口芯片ISP1581实现与PC机的快速数据传输，构成高性能数据收集系统。关键词：ARM7；USB接口；数据收集DesignandRealizationofDataAcqu

2、isitionSystemBasedonUSBYANShi-lei,SUWei-jia(CollegeofMechanicalandEngineering,LiaoningTechnicalUniversity,Fuxin123000,China)Abstract：UsestheUniversalSerialBus(USB)connectioninthedataacquisitionsystem，enhancedthedataacquisitionsystemtransmissionspeed,hasstronganti-interferenceabilityofthesystem。Thesy

3、stemusesaUniversalSerialBus(USB)high-speedtransmission，usesbasedonARM7TDMI-STMtheessenceLPC2132mastercontrolchip，willbemodulatedanalogsignalsAD7829analog-digitalconversion，afterthecompletionofdataacquisitionthroughtheUSB2.0interfacechipISP1581toachievewiththePC-fastdatatransfers，constituteahigh-perf

4、ormancedataacquisitionsystem。Keywords:ARM7；USBInterface；DataAcquisition引言目前，国内外的数据收集系统常用的数据收集卡有RS-232、RS-485卡、PCI卡、ISA卡等。这些数据收集卡固然有各自的优点，但是也有各自的缺点。例如：RS-232、RS-485卡的传输速度较慢，PCI卡、ISA卡需要插在主机的PCI插槽或者ISA插槽上，使用不方便等。通用串行总线USB是一种新的接口方式，具有连接方便、支持热插拔、无需外接电源、传输速度高、功耗低等优点。USB2.0的最大传输速率高达480Mbps。因此，基于USB的数据收集系统在

5、通讯、遥感、智能仪器仪表、工业自动化等领域得到了广泛应用。1系统硬件设计该数据收集系统的硬件局部主要由A/D转换器AD7829，LPC2132微处理器，USB20接口芯片ISP1581和PC机组成。USB数据收集系统硬件构造图如图1所示。图1系统硬件构造框图数据收集系统的工作原理：由传感器收集的信号经调制电路放大、滤波等处理后，进入由微处理器控制的AD7829进展模数转换，转换后的数字量进入微处理器LPC2132并暂存在其中，随后由USB接口芯片将数字量传递给PC机进展数据处理，同时将PC机端的客户应用程序发出的控制信号通过USB接口传送到以LPC2132为核心的数据收集系统1。1.1USB接

6、口芯片该数据收集系统选用ISP1581作为USB接口芯片，ISP1581是Philips公司推出的一款高性价比的USB2.0接口电路,支持7个IN端点,7个OUT端点和一个固定控制IN/OUT端点。ISP1581支持SUB2.0的自检工作形式和USB1.1的返回工作形式，可以在高速或者全速条件下正常运行。内部集成有串行接口引擎SIE、PIE、8KB的FIFO存储器、数据收发器、PLL的12MHz晶体振荡器和3.3V的电压调整器。该电路可直接与ATA/ATAPI外设相连，并具有高速DMA接口。传输速率最高可达480Mbps/s2。1.2主控芯片和A/D转换芯片为了知足速度的要求，主控芯片选用LP

7、C2132。LPC2132是Philips公司的一款基于ARM7TDMI-STM内核的微控制器，带有64kB的嵌入的高速Flash存储器和16kB片内静态RAM。多达47个5V的通用I/O口，1个8路10位A/D转换器，1个10位D/A转换器，可提供不同的模拟输出。多个串行接口，包括2个16C550工业标准UART、2个高速I2C接口400kbit/s、SPITM和SSP。通过片内PLL可实现最大为60MHz的CPU操纵频率3。固然LPC2132自带1个8路A/D转换器，但是其每通道转换时间是2.44us,达不到高速数据收集的要求，因此选用AD7829模数转换器。AD7829是一个8路8位模数

8、转换器，最大转换率2Mbps，可以知足系统设计要求。1.3硬件接口电路该数据收集系统硬件连接图如图2所示。图2硬件连接示意图模拟信号经AD7829转换后变为数字量，数据先存放在LPC2132的存放器里，再由LPC2132将数据传送给ISP1581，在此将ISP1581的缓冲区定义为8个，分别写入8路转换后的数据。而PC机通过USB接口与ISP1581连接，ISP1581负责分类和解释PC机发来的信号，详细操纵流程如下：PC机发送给USB设备的数据以包的形式写入ISP1581的缓存中，当缓存被写满或者数据发送完毕后，ISP1581就给LPC2132发中断信号，LPC2132响应中断信号进入中断效

9、劳程序执行相应的包处理。USB设备不能主动向主机发送数据，只有当PC机要求USB设备发送数据时，LPC2132才将主机需要的数据写入ISP1581相应端点的缓存中4。2系统软件设计本数据收集系统的软件局部主要由：固件程序设计、应用程序设计和USB驱动程序设计三局部组成。2.1固件程序设计固件程序中AD7829的转换脉冲/CONVST是由LPC2132的P0.18口发出，当AD7829转换完毕后输出有效低电平，LPC2132接到有效电平后，发下一路地址通过A0，A1，A2的上下电平配置给AD7829，然后读数据，当AD7829的/RD和/CS信号有效时，将数据读人LPC2132的数据缓冲区的同时

10、将下一路的地址打人，这样循环收集8路模拟输入，直到数据收集完毕。LPC2132与ISP1581之间的通讯时靠LPC2132给ISP1581发送命令和数据来实现的。通过ISP1581的INT中断信号与微控制器LPC2132的EINT0口相连，当接收或者发送数据成功时会产生中断，固件程序对这些中断进展响应并完成设备的配置。设备固件程序采用KeilC进展编写，包括主循环程序、中断效劳程序、USB标准恳求处理和批量数据传送恳求处理4局部。如图3所示。图3固件程序框图2.2应用程序设计应用程序包括Win32DLL程序和用户应用程序。Win32动态连接库是包含分享函数库的二进制文件，可以被多个应用程序同时

11、使用。客户应用程序那么是实现数据收集系统功能的软件程序，在本系统中采用VisualC+进展编写。2.3USB系统驱动程序设计USB系统驱动程序采用分层构造模型，如图4所示。选用Microsoft公司提供的Windows驱动开发工具WindowsDDK。图4USB分层驱动模型应用程序通过Win32子系统利用一个Windows定义的软件接口(API)来同根集线器驱动程序进展通讯。而USB根集线器驱动程序那么要通过USBDI(通用串行总线驱动程序接口)来实现同通用串行总线驱动程序(USBD)的通讯。然后,US2BD会选择两种主控制器驱动程序之一来同其下方的主控制器进展通讯。最后,主控制器驱动程序会直

12、接实现对USB物理总线的访问。在USB可用之前,必须对其进展配置和接口选择,然后所选择接口的各个管道才是可用的。在USBDI的根底上进展编程将大大简化,用户不用关心IRP的类型,而只需要在相应的分发例程中通过构造USB块并将其通过USBDI发送下去,就可以实现对USB设备的控制5。3完毕语USB数据收集系统优于传统的实时数据收集系统，它具有安装方便，支持即插即用，易于扩展，电磁干扰小，性价比高等优点。系统采用ARM7芯片LPC2132和USB20接口控制芯片ISP1581，实现数据收集系统的软硬件设计开发。在实验测试中，使用信号发生器生成8路模拟信号并将其接到数据收集系统的输入端，在PC机上可

13、显示出对应的8路模拟信号波形，单路采样率为150kSPS，到达系统设计的要求，证实了设计的正确性和实用性。参考文献1王立萍，吴黎明基于嵌入式USB数据收集系统的设计开发J电子测量技术，2007，309：24262ISP1581UsersManualZPhilipsCorp3周立功,张华深化浅出ARM7M北京：北京航空航天大学出版社，200552534张广利，阎有运基于AT89S52的USB数据收集系统的设计J仪器仪表用户，2020，03：33355周冲，刘镇基于AT89S52的USB数据收集系统的设计J科学技术与工程，2007，722：59355938作者简介：闫石磊男，1982年出生，内蒙古赤峰人，硕士研究生。主要研究方向：无损检测与故障诊断。联络方式：联络人：闫石磊手机：15041811291邮箱：地址：辽宁省阜新市辽宁工程技术大学中华路139号信箱：1230000