基于USB的数据采集卡设计

四川师范大学成都学院本科毕业设计基于USB的数据采集卡设计学生姓名杜学成学号2009101038所在系通信工程系专业名称通信工程班级2009级1班指导教师段纯爽四川师范大学成都学院二○一三年三月四川师范大学成都学院本科毕业设计1基于USB的数据采集卡设计学生：杜学成指导教师：段纯爽内容摘要：本论文所设计的数据采集卡是在单片机AT89C5131控制下进行数据采集，主要核心部分是微控制器和USB控制器，通过两者结合实现上位机和下位机之间的USB通信，使用AT89C5131单片机采集到数据通过USB数据线传输给PC机，在从PC机上的USB数据采集界面，可显示出采集数据的波形图功能，最后实现数据采集功能。在数据采集系统中，传统外接设备与主机通信口一般采用ISA、PCI、1394等标准，但是基于这些接口的产品，要不安装麻烦，要不就是价格昂贵，还受到计算机插槽数量和地址中断资源的限制，并且可扩展性差，但USB的出现很好地解决了以上所有问题。作为一种新型串口通信标准，它不但具有较高的传输速率，而且可扩展性好、采用总线供电，因此使用起来更加灵活。USB数据采集共有4种传输模式：同步传输、控制传输、批量传输、中断传输，以此用来适应不同设备的需求。同时信息技术与电子技术发展迅猛，也使得计算机和计算机外围设备得到飞速发展和应用。过去人们单纯追求计算机与外设之间的数据传输速度，而现在操作安装的简易性和纠错能力也成为人们关注的问题。USB通讯技术出现后，使高传输速度、强纠错能力、易扩展性、即插即用等优点有机的结合在一起，使得USB数据采集发展前景更为广阔。关键词：数据采集USB接口控制器四川师范大学成都学院本科毕业设计2DesignofdataacquisitioncardbasedonUSBAbstract:ThedataacquisitionsystemdesignedisunderthecontrolofSCMdataacquisitioninAT89C5131.ThemicrocontrollerandtheUSBcontrollerasthecorepart,implementationofUSBcommunicationbetweenuppermachineandlowermachinethroughthecombinationofthetwo,theretothedatalineviatheUSBdataistransmittedtothePCthroughtheAT89C5131collection.AndthedevelopmentofapplicationsonPC,fromtheUSBdataacquisitioninterfaceonPCmachine,candisplaythewaveformfunctionofdataacquisition,dataacquisitionfunction.Indataacquisitionsystem,communicationhostandperipheralstraditionalmouthgenerallyusetheISA,PCI,1394standards,theseinterfaceproducts,basedontheinstallationoftrouble,thepriceisexpensive,andtheslotnumber,addressandinterruptresourcesconstraints,poorscalability,USB,isagoodsolutiontotheaboveproblem.USBisakindofserialcommunicationstandardmodel,thetransmissionrateishigh,goodscalability,thebuspowersupply,theuseofflexible.Ithasatotalof4transmissionmodes:controltransfer,interrupttransfer,synchronoustransmission,masstransfer,inordertoadapttotheneedsofdifferentequipment.Therapiddevelopmentofinformationtechnologyandelectronictechnology,thecomputerandperipheralequipmenthasalsobeenrapiddevelopmentandapplication.Inthepastpeopleonlypursuethetransmissionspeedbetweencomputerandperipherals,simplicityofinstallationerrorcorrectionabilityandoperationnowhasbecomeoneofthefocusesofthetarget.USBcommunicationtechnology,thehightransmissionspeed,strongerrorcorrectionability,expansibility,easyplug-and-play,organicunifiesintogether,atthesametime,alsomakethedevelopmentofabroaderUSBdataacquisition.Keywords:DataacquisitionUSBinterfacecontroller四川师范大学成都学院本科毕业设计3目录1USB简介...................................................................51.1USB的互连.............................................................61.2USB的主机.............................................................61.2.1USB驱动(USBD).....................................................61.3USB设备...............................................................71.4USB的物理层...........................................................72整体方案设计...............................................................82.1方案论证...............................................................82.2方案比较...............................................................93单元模块设计..............................................................103.1微控制器及USB控制器接口电路模块......................................103.1.1AT89C5131封装及引脚说明..........................................103.1.2AT89C5131的USB接口电路..........................................113.2AD转换电路模块.......................................................133.2.1A/D转换器.......................................................133.2.2A/D转换器接口电路.................................................153.3外接存储器接口电路...................................................163.3.1外接存储器.......................................................163.3.2外接存储器接口电路...............................................173.4系统外围电路.........................................................183.5软件设计.............................................................193.5.1固件程序.........................................................193.5.2USB设备驱动程序.................................................233.5.3应用程序.........................................................254小结.....................................................................285致谢.....................................................................296参考文献.................................................................307附录.....................................................................317.1硬件连接电路图.......................................................31四川师范大学成都学院本科毕业设计47.2PCB图...............................................................32四川师范大学成都学院本科毕业设计51USB简介通用串行总线标准USB是1995年微软、康柏、DEC、IBM等公司为解决传统总线不足的问题而推出的一种新型通信标准。该标准具有高带宽、安装方便、易扩展诸多优点，逐渐成为现代数据传输的主要手段。基于USB数据采集卡充拥有USB总线的上述优点，有效优化解决传统数据采集卡的安装麻烦、扩展不便等弊端。随着现代工业生产和现代科学研究对数据采集的要求日益提高。许多地方都要求数据采集系统朝着便携化的方向发展，并且要求系统功耗低、体积小、使用方便灵活、传输速率快。当前数据采集系统开发过程中考虑的主要问题有如下两点：1，如何才能节省电能以使系统工作时间更长。2，如何通信才能使得系统数据传输速度更快。在我国国民经济和工业生产迅速发展，传统工业数据采集已经满足不了工业现代化的发展。因我国工业现场数据的复杂性，所以数据的采集正在向网络化、智能化、集成化等方向发展。传统的数据采集方式有许多种，比如并口采集数据、安装数据采集板卡、串口采集数据。其最常用的方法是安装数据采集板卡，但它的缺点是安装麻烦，每次安装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、地址以及中断资源的限制，外接设备数量有限，此外机箱环境干扰可能导致通讯过程中产生中断。随着计算机技术的高速发