基于USB总线的实时数据采集系统设计与实现

在现代工业生产和科学技术研究的各行业中，通常需要对各种数据进行采集。目前通用的通过数据采集板卡采集的方法存在着以下缺点：安装麻烦，易受机箱内环境的干扰而导致采集数据的失真，易受计算机插槽数量和地址、中断资源的限制，可扩展性差。而通用串行总线USB(Universal Serial Bus)的出现，很好地解决了上述问题，很容易实现便捷、低成本、易扩展、高可靠性的数据采集，代表了现代数据采集系统的发展趋势。

1系统硬件设计与实现

1．1硬件总体结构

基于USB总线的实时数据采集系统硬件组成包括模拟开关、A／D转换器、单片机、USB接口芯片，其硬件总体结构如图1所示。多路模拟信号经过模拟开关传到A／D转换器转换为数字信号，单片机控制采集，USB接口芯片存储采集到的数据并将其上传至PC，同时也接收PC机USB控制器的控制信息。



1．2 PDIUSBDl2芯片

USB接口芯片采用Philips公司的一种专用芯片PDIUS-BDl2(以下简称D12)。该芯片完全符合USBl．1规范，集成了SIE、 320B的多配置FIFO存储器、收发器、电压调整器、SoftConnect、GoodLink、可编程时钟输出、低频晶振和终端电阻等，支持双电压工作、完全自动DMA操作、多中断模式，内部结构如图2所示。


单片机通过8位并行接口传送经过A／D转换的采集数据，存储在FIFO存储器中。一旦存满，串行接口引擎SIE立刻对数据进行处理，包括同步模式识别、并／串转换、位填充／不填充、CRC校验、PID确认、地址识别以及握手鉴定，处理完毕后数据由模拟收／发器通过D+、D-发送至PC。上述过程遵循 USBl．1协议。D12与89C51的具体实现电路如图3所示。