基于USB总线的数据采集系统设计与实现.doc

简介：
本文档深入探讨并实现了基于USB总线的数据采集系统的构建方法和技术细节，详细介绍了硬件架构、软件开发及实际应用案例。 【基于USB总线的数据采集系统设计与实现】 第一章 绪论 1.1 课题背景 随着科技的发展，数据采集系统在科学研究、工业自动化、环境监测等领域中的应用日益广泛。传统的数据采集系统常采用RS-232或IEEE 1284等接口，但这些接口存在传输速度慢、距离有限等问题。USB（通用串行总线）的出现，以其高速、易用和即插即用的特点，为数据采集系统提供了新的解决方案。 1.2 课题的提出 本课题旨在设计并实现一个基于USB总线的数据采集系统，以克服传统接口的局限性，提高数据传输速率和系统灵活性，同时简化用户的操作步骤。 1.3 USB串行总线优势 USB具有以下优势：高传输速率（最高可达480Mbps），支持热插拔，可连接多个设备，自动配置功能以及低功耗设计。这使得它成为现代电子设备理想的接口选择。 1.4 本课题研究的内容和意义 研究内容包括USB总线原理、数据采集硬件设计及相应的软件驱动开发。通过该课题可以实现高效稳定的数据传输，提高数据采集系统的实时性和准确性，对促进相关领域的技术进步具有重要意义。 第二章 USB概要设计 2.1 USB传输要件 USB传输由主机（Host）、设备（Device）、集线器（Hub）和传输协议组成，支持四种类型：控制传输、批量传输、中断传输以及同步传输。以满足不同的数据传输需求。 2.2 事务、信息包及联络信号 在USB通信中，数据通过事务形式进行传递，每个事务由一个或多个信息包构成，其中包括令牌包、数据包和握手包。联络信号负责协调设备与主机之间的沟通。 2.3 USB的传输结构 USB采用菊花链或星型拓扑结构，所有通讯均由主机控制，并且各设备之间不直接通信。 2.4 USB总线枚举过程 当一个USB设备连接至总线上时会经历识别和配置的过程称为“枚举”，包括检测、读取描述符、选择并设定状态等步骤。 2.5 USB的设备描述符 该信息由USB设备提供给主机，包含有关其类型、版本以及配置选项的基础详情。 2.6 USB请求 这些操作是由主机发起，并用于控制设备行为如访问寄存器或获取状态等任务。 第三章 数据采集系统的硬件设计 3.1 硬件系统结构 该硬件系统主要由微控制器、ADC（模数转换器）、USB接口芯片以及外围传感器组成，实现数据的采集处理和通信功能。 3.2 芯片选择 - ADC0809：一款用于将模拟信号转化为数字信号的8位逐次逼近型ADC。 - AT89C51: 一种MCS-51系列微控制器, 具备四个8位IO端口，适合执行控制逻辑和数据处理任务。 - PDIUSBD12: Cypress公司生产的USB接口芯片，提供与USB总线的物理连接，并且简化了通信协议。 3.2.1 ADC0809 ADC0809是一款支持八通道输入信号选择转换功能的模拟到数字转换器。 3.2.2 AT89C51 AT89C51是MCS-51系列单片机，拥有四个IO端口，适合控制和处理数据采集任务。 3.2.3 PDIUSBD12 PDIUSBD12整合了USB收发器与协议控制器，并提供接口以实现微控制器的通信功能。 3.3 接口硬件电路设计 该部分包括ADC传感器连接、微处理器与ADC及PDIUSBD12之间的数据交换以及电源管理等，确保系统的稳定运行。 总结：本项目通过深入理解USB总线原理结合具体的硬件开发和软件编程实现了高效灵活的数据采集系统。借助于USB接口技术, 该装置能够迅速准确地将传感器收集到的模拟信号转化为数字信息并传输至主机端，满足了高速实时数据传递的需求，并提高了整个系统的性能水平。