基于USB接口的单色仪数据采集器精选.doc

基于USB接口的单色仪数据采集器 摘 要：为了能在电脑上实现显示从单色仪采集回来的光电信号的波长数值及光强大小，必须把采集回来的光电模拟信号转换为电脑可识别的数字信号，因此制作了基于USB接口的单色仪数据采集器。该系统可以把光电模拟信号转换为数字信号，并把数字信号用USB数据包形式传到电脑的USB接口，使得上位机能够收到数据，并用相应程序读取及解释数据包。本文主要介绍了该系统的设计原理、硬件电路设计和USB固件编程。 关键字：USB接口、中断处理子程序、ADC0809、PDIUSBD12。 1、引言 现在电脑系统连接外围设备的接口并无统一的标准，如键盘用PS/2接口，连接打印机要用25针的并行接口，鼠标则要用串行或PS/2接口。USB则将这些不同的接口统一起来，使用一个4针插头作为标准插头。通过这个标准插头，采用菊花链形式可以把所有的外设连接起来，并且不会损失带宽。 目前普遍采用的USB1．1主要应用在中低速外部设备上，它提供的传输速度有低速1．5Mbps和全速 12Mbps两种，低速的USB带宽（1．5Mbps）支持低速设备，例如显示器、调制解调器、键盘、鼠标、扫描仪、打印机、光驱、磁带机、软驱等。全速的USB带宽（12Mbps）将支持大范围的多媒体设备。　　 USB之所以能得到广泛支持和快速普及，是因为它具备下列的优点:　 1.使用方便，使用USB接口可以连接多个不同的设备，支持热插拔，在软件方面，为USB设计的驱动程序和应用软件可以自动启动，无需用户干预。2.速度加快，USB接口的最高传输率目前可达12Mb／s，比串口快了整整100倍，比并口也快了十多倍。今后USB的速度还将会提高到100Mb／s以上。3.连接灵活，USB接口支持多个不同设备的串列连接，一个USB口理论上可以连接127个USB设备。连接的方式也十分灵活，既可以使用串行连接，也可以使用中枢转接头 (Hub)，把多个设备连接在一起，再同PC机的USB口相接。4.独立供电普通使用串口、并口的设备都需要单独的供电系统，而USB设备则不需要，因为USB接口提供了内置电源。USB电源能向低压设备提供5V的电源。 基于以上现状我们设计了基于USB接口的单色仪数据采集系统，能够实时采集实验的模拟信号，再转换为八位数字信号送到计算机上进行处理。 为实验教学测量手段的自动化奠定基础。 2、总体电路设计 我们把整块电路分为两部分来做，一部分是采集部分，另一部分是USB通信部分。 该电路主要由模数转换芯片ADC0809、单片机AT89S52、USB芯片PDIUSBD12以及步进马达控制仪组成。电路基本原理图如图1所示。 图1（电路基本原理图） 其中的ADC0809是八个输入端和八位数字输出的模数转换器，其转换时间是100微秒，时钟频率范围是10~1280千赫。而PDIUSBD12是USB通信芯片（其内部结构如图2所示），完全符合USB1.1规范，也能适应大多数设备类规范的设计，如成像类、大容量存储类、通信类、打印类和人工输入设备等，因此，PDIUSBD12 非常适合做很多外围设备，如打印机、扫描仪、外部大容量存储器（ Zip驱动器）和数码相机等。现在用SCSI实现的很多设备如果用 USB来实现可以直接降低成本。PDIUSBD12挂起时的低功耗以及LazyClock输出符合ACPI 、OnNOW和USB电源管理设备的要求。低功耗工作允许实现总线供电的外围设备。PDIUSBD12还集成了SoftConnect、GoodLink、可编程时钟输出、低频晶振和终端电阻等特性。所有这些特性都能在系统实现时节省成本，同时在外围设备上很容易实现更高级的 USB功能。 由图1可以看到，单片机是整个电路的中心，同时协调各单位的工作情况。通过单片机中的程序，控制模数转换器的start口（给它一个高电平）使之开始转换，当转换完成后A/D中eoc（end of conversion转换结束）信号送到单片机的INT1口，单片机收到中断信号，就立刻通过中断子程序，发送一个高电平给A/D的oe口（out enable输出使能），从而使单片机收到于当前模拟信号对应的数字信号。该部分为采集部分（如图3所示） 单片机控制PDIUSBD12（后面简称D12）工作的部分是建立与电脑间USB通信的部分（如图4），本系统用T1口与D12的SUSPEND端连接，以判断D12是否处于挂起状态，用RD和WR口与D12的RD和WR端对应相连，以判断读取与写入状态，把单片机的INT0与D12的INT_N相连，使得单片机在有中断的时候可以执行相应的中断处理子程序。 3、USB固件编程 采集部分单片机编程主要是控制当A/D转换完成时，单片机接收到中断信号并发送一高电平使能A/D把转换成功的的数字信号送到单片机，其中涉及到中