基于USB接口的数据采集仪器设计

基于USB接口的数据采集仪器设计

AppliedTechnology

应用技术

文章编号：1674-9146（2011）05－0093－03

基于USB接口的数据采集仪器设计

杜

彬

太原

（山西职业技术学院，山西

摘器。

关键词：C8051F020单片机；数据采集仪器；USB中图分类号：TP27

文献标志码：A

030001）

要：对系统总体结构及设备的USB接口设计进行了介绍，设计一种以双模式USB为接口的便携式数据采集仪

数据采集仪器一般都是通过RS232串口与计算机通信，随着计算机技术的发展，这种接口实现已经无法满足PC与外部设备之间不断提高的速度以及稳定性、易用性等要求，给用户使用带来了诸多不便。USB接口技术凭借其易用、稳定、可扩展等优点，越来越广泛应用于PC机外设和便携式设备中，笔者设计了一种基于USB接口的数据采集仪器，该仪器可以方便的通过USB接口实现数据的存储，应用简单，方便快捷。

方便地挂接到DSP/MCU/MPU等控制器的系统总线上。在USB主机方式下，CH375还提供了串行通信方式，通过串行输入、串行输出和中断输出与DSP/

MCU/MPU等相连接。

CH375在USB从机模式下内置了USB通信中

的底层协议，具有省事的内置固件模式和灵活的外置固件模式。在内置固件模式下，CH375自动处理默认端点0的所有事务，本地端单片机只负责数据交换，单片机程序非常简洁。在外置固件模式下，由外部单片机根据需要自行处理各种USB请求，从而可以实现符合各种USB类规范的设备。

1系统总体结构

该仪器以C8051F020为核心，包括了信号的

前置放大电路、液晶显示模块、键盘接口及USB接口等外围模块。系统整体结构框图见图1。

发光二极管

电源电路

CH375的USB主机方式支持常用的USB全速

设备，外部单片机可以通过CH375按照相应的USB协议与USB设备通信。CH375还内置了处理Mass-

Storage海量存储设备的专用通信协议的固件，外部

单片机可以直接以扇区为基本单位读写常用的USB存储设备（包括USB硬盘、USB闪存盘、U盘）[1-2]。

C8051F020

样品比色池检测器放大电路

USB接口模块

人机交互模块数据寄存器实时时钟模块

单片机

3USB电路设计

USB接口设计采用了USB主从模式设计，当系

A/D转换电路

图1

系统整体结构框图

统工作在主机模式下时，该系统可以检测、识别、配置并访问USB存储设备；当系统工作在从模式下时，该系统可以通过USB接口实现与计算机的通信，一方面可以将数据传送到计算机；另一方面计算机通过上位机应用程序可以实现对系统的控制。双模式下USB接口的功能见第94页图2。

在CH375芯片的复位期间，TXD引脚用于选择通信接口。如果CH375在复位期间检测到TXD引脚为低电平则启用并行接口，否则启用串行接

2USB接口芯片

系统中USB接口芯片采用南京沁恒电子生产

的CH375，CH375是一个USB总线的通用接口芯片，支持USB-HOST主机方式和USB-DEVICE/

SLAVE设备方式。在本地端，CH375具有8位数

据总线和读、写、片选控制线以及中断输出，可以

收稿日期：2011－03－10；修回日期：2011－04－11作者简介：杜

彬（1981-），男，山西太原人，助教，主要从事通信信道干扰抑制技术研究，E-mail：jojo_du@。

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图2

AppliedTechnology

双模式下USB接口的功能框图

脚将用于串行数据输出，并且CH375芯片只能工作于USB主机方式。

系统中CH375芯片的TXD端通过1K的下拉电阻接地，这样CH375在复位期间检测到TXD引脚为低电平，因此启用并行接口方式。C8051F020单片机控制CH375的电路及主从动态切换电路见图3、图4。

U1

C9

XTAL1GNDXTAL2VDDAV+VREF

27VCC1112

C11

AGNDMONEN

RST

AGND5

103R5110K

C15104

26

27Y1MHzC10C14

106

7271706968676665

P7.0P7.1P7.2P7.3P7.4P7.5P7.6P7.7

口。如果启用串行接口，那么复位完成后TXD引

U6

VCC

289512231110

VCCV3TXDGNDGNDUD-UD+RSTI

A0RD_NWD_NCS_NINT_NRSTRST_N

843271

SLAVE_S

2526

D0D1D2D3D4D5D6D7

1519171819202122

R501K

GND

D-D+C6

C7

20.47μF

15pF

Y2

MHz

14

13

XIXOCH375

73925256P6.7P4.6P4.7P3.2P0.6P4.1C8051F020

C8

15pF

图3单片机控制CH375电路

P1P1

GNDGNDD+D-VUSB

SLAVE

GNDGNDD+D-VUSB

HOST

542SLAVE

54321

R24

D+D-D+D-+

SLAVE_S

R231KR222K

图4

L4

INDUCTOR

C51106

VCELL

3.3

D12USB5VIN

C50

100U/16V

D13

P6KE18A

USB主从动态切换电路

4系统软件设计

系统软件设计包括单片机端软件设计和从模式

4.1主机模式下软件设计

嵌入式USB主机系统的核心软件包括USB主

下计算机端的应用界面设计，单片机端的软件包括机协议的系统软件、MassStorage类协议软件及

USB主从模式下的固件程序设计。

FAT文件系统软件3个部分，USB主机协议的系统

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应用技术

软件设计将部分实现PC上USB主机的USB核心驱动程序的功能。单片机读写U盘的程序流程见图5、图6。…… 此处隐藏：3786字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……