基于usb接口的数据采集器设计

基于usb接口的数据采集器设计内容摘要：

..................................................................................................... 19 图 工作时序 ....................................................................................................... 21 图 AT89C5131 与 A/D 转换器和存储器芯片的连接电路 ............................................ 22 图 PLL 结构内部结构框图 ............................................................................................. 24 图 固件设计流程图 ........................................................................................................... 27 图 描述符存放顺序 ........................................................................................................... 28 图 USB 初始化程序流程图 ............................................................................................... 32 图 端点 2 中断处理程序流程图 ....................................................................................... 35 图 获得描述符请求处理程序流程图 ............................................................................... 38 图 设置地址请求处理程序流程图 ................................................................................... 39 图 设置配置请求处理程序流程图 ................................................................................... 40 图 获得配置请求处理程序流程图 ................................................................................... 41 图 读取 A/D 转换数据程序流程图 .................................................................................. 43 图 数据发送程序流程图 ................................................................................................. 44 图 WDM 驱动程序和设备对象的层次结构 .................................................................. 45 图 USBDI 与 USB 驱动程序栈 ....................................................................................... 46 图 找到新硬件 (未知 USB 设备 ) ..................................................................................... 49 图 指定 INF 安装文件的保存路径 ................................................................................. 49 图 驱动程序安装完成 ..................................................................................................... 50 图 找到 LJSB 设备 .......................................................................................................... 50 图 数据采集界面 ............................................................................................................. 52 李彦君： 基于 USB 接口的数据采集器设计 4 表格清单 表 USB 标准请求类型 ......................................................................................................... 8 表 标准 USB 描述符数值 ................................................................................................... 9 表 端点配置和 USB 寄存器对应关系 ............................................................................. 17 表 USB 中断优先级设置 ................................................................................................... 19 表 地址码与输入通道对应关系 ....................................................................................... 21 表 引脚说明 ........................................................................................................ 23 表 典型分频值设置 ........................................................................................................... 25 表 设备描述符格式 ........................................................................................................... 29 表 配置描述符格式 ........................................................................................................... 30 表 接口描述符格式 ........................................................................................................... 30 表 端点描述符格式 ........................................................................................................... 30 表 PLLCON 寄存器（ PLL 控制寄存器，地址 A3H） ................................................... 33 表 PLLDIV寄存器（ PLL 分频寄存器，地址 A4H） .................................................... 33 安徽工程大学本科生毕业论文 1 引 言 随着计算机技术的迅速发展对外部总线速度的要求越来越高。 通用串行总线(Universal Serial Bus，即 USB 总线 )凭借其即插即用、热插拔以及较高的传输速率等优点，成为 PC 机与外设连接的普遍标准。 在许多便携式电脑上，已经找不到 RS232 接口。 迄今为止，常用的 USB 总线标准有 1998 年发布的 版本和 2020 年发布的 版本。 其中 版本支持两种传输速率： 和 12Mbps，主要应用在低速传输要求的场合；而 版本面向高数据率传输的场合，支持 480Mbps 的传输速度，并向下完全兼容 协议。 在实际应用中，通常会遇到一些突发信号，需要对其进行高 速采集，对数据进行高速传输，所以 USB2． 0 标准自然成为首选。 本文针对高速数据采集器的需要，设计了基于 USB 的数据采集器。 设计工作包括硬件设计和软件设计两部分，硬件部分本系统选用了 ATMEL 公司的单片机 AT89C5131 作为微控制器，负责接收由 A/D转换得到的数字量数据，并通过其内置的 USB 控制器实现单片机和 PC 机之间的 USB 数据通信。 AT89C5131 是 ATMEL 公司推出一款新型带有 USB 微控制器的芯片。 有较快的处理速度和较大的存储容量 ,有在系统可编程的功能 ,是 USB 接口设计的理想选择。 李彦君： 基于 USB 接口的数据采集器设计 2 第 1 章 绪 论 课题研究意义 现代工业生产领域和科学研究中往往都需要采集数据，并对采集到的数据进行分析和处理。 随着科技的发展特别是计算机技术的逐渐成熟，数据采集器的应用已经非常广泛，同时对于数据采集的要求也越来越高，特别是在一些高实时性要求（如动态图像数据实时传输）的场合，往往需要进行高速数据采集才能保证数据传输的准确性。 传统的数据采集方式包括：安装数据采集板卡、并口采集数据、串口采集数据等。 其中常用的是安装数据采集板卡的方法，其缺点在于：安装麻烦，每次都需要关机后打开机箱 才能插入板卡；受到计算机插槽数量和地址、中断资源的限制，不能外接很多设备；机箱环境的干扰可能导致通讯过程中产生错误。 随着现代计算机技术的发展，通用计算机的外设接口发生了很大变化，并口、串口等传统接口已逐渐不再使用，从而上述的传统采集方式已经过时。 USB（通用串行总线， Universal Serial Bus）近年来开始在计算机外设中得到普及，并逐渐成为计算机标准外设，它的出现使传统数据采集的问题可以得到很好的解决。 相对于传统的串行、并行接口， USB 的优势在于：即插即用，支持热插拔；传输速度快， 提供最高达 480Mbps 的传输率；最多可连接 127 个设备；电源可从计算机或集线器获得，不需要外加电源。 USB 设备在 PC 领域的应用目前已经非常普遍，如 USB 数码照相机、 USB 摄像头、 USB 打印机等；而考虑到 USB 的各种优势，基于 USB 总线的数据采集器也正逐渐成为工控领域的应用热点。 目前国内外都已开发出了一些成熟的 USB数据采集设备产品，可见基于 USB 的数据采集器具有广阔的应用前景，因此本课题的研究具有现实意义。 课题背景 目前市场上虽然已经有许多针对不同应用场合的 USB 数据采集产品，但对于一些特殊的应 用（特别是工业上的高速数据采集），事实上还需要自行开发应用系统。 同时考虑到 USB 规范仍在不断完善，因此 USB 接口的相关产品也还需要不断发展。 USB 数据采集的方案并不唯一， USB 控制器芯片的选择、 A/D 转换芯片的选择等因素都会使设计的产品性能有很大差异。 目前许多公司推出的 USB 数据采集产品在设计上同样是五花八门，并且都存在着一些不足之处，需要不断地改进和完善。 基于以上背景，本文自行设计了基于 USB的数据采集器，实现将采集的数据通过 USB 总线传输到 PC机处理。 另外，目前大多数的 USB 接口产品都是以 PC 机作为 USB主机；而在嵌入式系统中，需要以 MCU/DSP 等作为主机，开发这样的嵌入式 USB 数据采集器的难度更大，且目前还没有很成熟的技术和产品。 本文对此也做了初步的尝试，根据最新的 USBOTG 规范，可进一步设计嵌入式 USB主机数据采集系统，将微控制器作为 USB 主机，通过 USB 控制器芯片连接 USB 接口的数据采集设备（如： USB 摄像头）完成对外部数据（如： US。