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        基于8501單片機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

        2011-07-09 11:10:26唐啟見
        時代農(nóng)機 2011年9期
        關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)線固件中斷

        唐啟見,劉 娟

        (湖南軟件職業(yè)學(xué)院信息工程系,湖南 湘潭 411100)

        數(shù)據(jù)采集就是將要獲取的信息通過傳感器轉(zhuǎn)換為信號,并經(jīng)過信號調(diào)理、采樣、量化、編碼和傳輸?shù)炔襟E,最后送到計算機系統(tǒng)中進(jìn)行處理、分析、存儲和顯示。計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般由傳感器、前置放大器、濾波器、多路模擬開關(guān)、采樣/保持(S/H)器、A/D轉(zhuǎn)換器和計算機系統(tǒng)組成。

        1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

        (1)硬件組成?;赨SB總線的實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件組成包括模擬開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機、USB接口芯片,為了擴展用途,還可以加上多路模擬開關(guān)和數(shù)字I/O端口。其硬件總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。多路模擬信號經(jīng)過模擬開關(guān)傳到A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,單片機控制采集,USB接口芯片存儲采集到的數(shù)據(jù)并將其上傳至PC,同時也接收PC機USB控制器的控制信息。如圖1 所示。

        圖1 系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)圖

        (2)芯片選擇方案。在微控制器和USB接口的選擇上有2種方式。一種是采用普通單片機加上專用的USB通信芯片,現(xiàn)在的專用芯片中較流行的有National Semiconductor公司的USBN9602、ScanLogic公司的SL11等。另一種方案是采用具備USB通信功能的單片機。隨著USB應(yīng)用的日益廣泛,Intel、SGS—Tomson、Cypress、Philips等芯片廠商都推出了具備USB通信接口的單片機。這些單片機處理能力強,有的本身就具備多路AD,構(gòu)成系統(tǒng)的電路簡單,調(diào)試方便,電磁兼容性好,因此采用具備USB接口的單片機是構(gòu)成USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)較好的方案。不過,由于具備了USB接口,這些芯片與過去的開發(fā)系統(tǒng)通常是不兼容的,需要購買新的開發(fā)系統(tǒng),投資較高。

        本方案的芯片選擇:單片機選擇Cygnal公司的C8051F020芯片,USB通信控制選擇NationalSeniconductor公司的USBN9604芯片。

        (3)系統(tǒng)硬件框圖。C8051F020單片機和USBN9604的接口電路如圖2 所示,該電路由C8051F020單片機、USBN9604、時鐘振蕩電路以及相應(yīng)的外圍電路組成。其中USBN9604通過外部中斷INT0與C805 1F020單片機進(jìn)行通信。

        C805 1F2020單片機與USBN9604的并行連接有非復(fù)用和復(fù)用2種方式。它們可通過設(shè)置引腳MODE0、MODEl來選擇。在非復(fù)用方式時,可用控制引腳CS、RD、WR、地址引腳A0和雙向數(shù)據(jù)線D[7:0]實現(xiàn)相應(yīng)的地址讀寫。而在復(fù)用方式時,則使用控制引腳CS、RD、WR、地址鎖存信號ALE和雙向數(shù)據(jù)線D[7:0]實現(xiàn)其地址讀寫。

        多路模擬輸入信號經(jīng)多路模擬開關(guān)控制將其中的一路接入串行A/D轉(zhuǎn)換器,A/D轉(zhuǎn)換器經(jīng)光電隔離后串行輸出到移位寄存器,移位寄存器將此結(jié)果轉(zhuǎn)為8位并行數(shù)據(jù),C8051系統(tǒng)通。

        過8位的并行接口傳送A/D轉(zhuǎn)換器采集的數(shù)據(jù),存儲在FIFO存儲器中;一旦FIFO存滿,SIE立刻對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,然后C805 1F020系統(tǒng)將數(shù)據(jù)從FIFO存儲器中讀出,由收發(fā)器通過數(shù)據(jù)線 (D+、D一)送至主機。圖2 中USBN9604的CLKOUT與C8051F020的XTAL1相連,即USBN9604的時鐘輸出為C8051F020提供時鐘輸入。USBN9604的復(fù)位端接RC電路以保證復(fù)位電路可靠地工作。由于晶振頻率較高,結(jié)合USBN9604內(nèi)部網(wǎng)絡(luò),在XOUT端串接100mF電容及470mH電感,起穩(wěn)定內(nèi)部振蕩頻率的作用。

        設(shè)計的主要功能:模擬數(shù)據(jù)被C805 1F020的ADC采集并進(jìn)行處理,C805 1F020通過USB控制器把它發(fā)送到Host(PC或者是工作臺),相反,Host可以把這數(shù)據(jù)發(fā)送給USB控制器。

        2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

        一個USB設(shè)備的軟件一般包括主機的驅(qū)動程序、應(yīng)用程序和固件程序。固件實際上是單片機的程序文件,存放在單片機中,包括USB設(shè)備的連接、USB協(xié)議、中斷處理等。

        USB固件程序的結(jié)構(gòu)一般是基于中斷處理的。主程序做完必要的初始化工作后,就等待USB中斷的產(chǎn)生,中斷產(chǎn)生后,根據(jù)中斷狀態(tài)對相應(yīng)的端點讀取數(shù)據(jù),或是向相應(yīng)的端點發(fā)送數(shù)據(jù)。USB單片機控制程序系統(tǒng)解決方案通常由3部分組成:初始化部分,初始化單片機和所有的外圍電路 (包括USBN9604);主循環(huán)部分,其任務(wù)是可以中斷的;中斷服務(wù)程序,其任務(wù)是對時間敏感的,必須馬上執(zhí)行。

        初始化USB須使用USB讀/寫函數(shù)對USB控制器內(nèi)部的控制寄存器進(jìn)行設(shè)置。中斷服務(wù)程序處理USB控制器產(chǎn)生的中斷,將數(shù)據(jù)從USB內(nèi)部FIFO讀出,并建立正確的事件標(biāo)志,以通知主循環(huán)程序處理。初始化單片機主要就是對ADC進(jìn)行初始化。

        3 結(jié)語

        USB為計算機外設(shè)輸入輸出提供了新的接口標(biāo)準(zhǔn)。它使設(shè)備具有熱插拔、即插即用、自動配置的能力,并標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備連接。USB的級聯(lián)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)大大擴充了外設(shè)數(shù)量,使用外設(shè)更加便捷,快速。而新提出的USB2.0標(biāo)準(zhǔn)更是將數(shù)據(jù)傳輸速率提高到了一個新的高度,可以說,USB接口具有很好的應(yīng)用前景。

        [1]林嶸,孫金生,秦華旺,等.數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與接口技術(shù)[M].南京:東南大學(xué)出版社,2004.

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