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基于USB总线和89C51单片机的数据采集系统设计

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基于USB总线和89C51单片机的数据采集系统设计 现 代 计 算 机 !总 第 二 一 五 期 " ! " # $ % & ’ "! ( ) * + % ,--./! 实践与经验 引 言 在工业生产和科学技术研究的各行业中#常常要 对各种数据进行采集# 现在常用的采集方式是在 "# 机或工控机内安装数据采集卡#如 $%& 卡$’()*++卡 和 ’()*,- 卡% 采集卡不仅安装麻烦#易受机箱内环 境的影响#而且由于受计算机插槽数量和地址$中断 资源的限制#不可能挂接很多设备% 而通用串行总线 ./01234567 (34167 895:简称 /(8;的...

基于USB总线和89C51单片机的数据采集系统设计
现 代 计 算 机 !总 第 二 一 五 期 " ! " # $ % & ’ "! ( ) * + % ,--./! 实践与经验 引 言 在工业生产和科学技术研究的各行业中#常常要 对各种数据进行采集# 现在常用的采集方式是在 "# 机或工控机内安装数据采集卡#如 $%& 卡$’()*++卡 和 ’()*,- 卡% 采集卡不仅安装麻烦#易受机箱内环 境的影响#而且由于受计算机插槽数量和地址$中断 资源的限制#不可能挂接很多设备% 而通用串行总线 ./01234567 (34167 895:简称 /(8;的出现能很好地解决 以上这些冲突% 我们利用 ,<=-> 单片机 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 了基于 /(8总线的数据采集设备#并可与 ?$@*,-结合起来 实现数据的远程采集% ! 系统硬件设计 /(8 数据采集系统硬件模块主要由串行 $%& 转 换器$,<=-> 芯片$/(8 接口芯片和多路模拟开关等 组成% 硬件总体结构框图如图 >所示% 图 > 硬件总体结构框图 /(8 接口芯片采用 A6B1C067 (3D1EC0F9EBC4 公司 的一种专用芯片 /(GAHIJ+% 该芯片内部集成微处理 器接口$ KLKM 存储器$时钟发生器$串行接口引擎 .(LN;$收发器$电压转换器#支持 &?$$微波接口% 多路模拟输入信号经多路模拟开关控制将其中 的一路接入串行 $%&转换器#$%&转换器经光电隔离 后串行输出到移位寄存器#移位寄存器将此结果转为 O 位并行数据#O<=-> 系统通过 O 位的并行接口传送 $%& 转换器采集的数据#存储在 KLKM存储器中&一旦 KLKM存满#(LN 立刻对数据进行处理: 然后 O<=-> 系 统将数据从 KLKM存储器中读出# 由收发器通过数据 线.&P$&);送至主机% /(8A 的具体接 口电路如图 +所示%图 +中 /(8A 的 @S$Q> 相连# 即 /(8A 提供时钟输入% /(8AJJDK 电容及 *TJDU电感#起稳定内部振荡频率的作用% 图 + /(8A 接口电路 基于 /(8总线和 O<=->单片机 的数据采集系统设计 丁伟雄 # 宋晓光 # 杨定安 ’佛山科学技术学院计算机系#佛山 -+OJJJ( 摘 要) 本文介绍了基于 !"# 总线的数据采集设备的开发 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 #包括硬件设计$$%&’()&*+固件,设计$基于 -%./0(1 驱动程序模型+-23,的设备驱动程序设计以及应用软件的设计#同时也介绍了基于 !"4 的远程数据采集系统% 关键词) 通用串行总线& 数据采集& 单片机 !!! !!!!!! ! ! ! ! !!! !!!!!!! ! ! ! ! T< ! " # $ % & ’ "! ( ) * + % ,--./! 实践与经验 现 代 计 算 机 !总 第 二 一 五 期 " ! 系统软件设计 系统软件包括设备固件# "#$ 设备驱动程序和 应用程序$ %!&设备固件"#$%&’(%)*设计 此处固件是指固化到 %&’()*+,-./ 中的程序’ 其主要功能是0 !控制 123转换器的采样( "控制芯片 "4$5&67+ 接受并处理 "4$ 驱动程 序的请求及应用程序的控制指令( 现主要介绍 8&’() 系统如何控制 "4$ 控制器 9"4$5:67+;与主机的通信( %&’() 系统对 "4$ 控制器的操作是严格按照 "4$ 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 )<)进行的(按照 "4$协议 )<)的规定’"4$ 传输方式分为 =种)控制传输’块传输’同步传输和中 断传输( 在实际开发中使用了控制传输和块传输( 控 制传输主要用来完成主机对设备的各种控制操作’也 就是用来实现位于主机上的 "4$ 总线驱动程序9"40 $3<4>4;以及编写的功能驱动程序对设备的各种控制 操作(块传输主要用来完成主机和设备间的大批量数 据传输以及对传输数据进行错误检测 9若发生错误’ 它支持*重传+功能;( %&’() 系统控制 "4$ 控制器的工作过程可以简 单地概括为) 当 "4$控制器从 "4$ 总线检测到主机 启动的某一传输请求后’通过中断方式将此请求通知 %&’()系统’%&’()系统通过访问 "4$ 控制器的状态 寄存器和数据寄存器获得与此次传输有关的各种参 数’并根据具体的传输参数’对 "4$ 控制器的控制寄 存器和数据寄存器进行相应的操作’以完成主机的传 输请求( %+&,-.设备驱动程序设计 "4$系统驱动程序的设计是基于 ?3/9?@ABCDE 3F@GHF /CBHI 驱动程序模型;的( ?3/采用分层驱动 程序模型9见图 J 所示;’分为较高级的 "4$ 设备驱动 程序和较低级的 "4$函数层( 其中 "4$ 函数层由两 部分组成)较高级的通用串行总线模块9"4$3;和较低 级的主控制器驱动程序模块9K’3;( 在上述 "4$ 分层模块中 ’"4$ 函数层由 ?@A0 BCDE&8 提供’负责管理 "4$ 设备驱动程序和 "4$ 控 制器之间的通信’加载及卸载 "4$ 驱动程序’与 "4$ 设备通用端点9HABLC@AM;建立通信来执行设备配置,数 据与 "4$协议框架和打包格式的双向转换任务( 目前 ?@ABCDE&% 提供了多种 "4$ 设备驱动程 序’但并不针对数据采集设备’因此需用 33N开发工 具设计专用的 "4$ 设备驱动程序( 在本设计中由四 个模块实现)初始化模块#即插即用管理模块#电源管 理模块以及 O2.功能实现模块( 图 J "4$ 系统驱动程序层次关系 初始化模块提供一个入口函数 3F@GHF*AMFP9 ;’所 有对各种 O-,9O2. -HQRHEM ,STUHMVO-, 请求包;的处理 例程都在此入口函数中做出定义( 即插即用管理模块实现 "4$ 设备的热拔插及动 态配置( 当硬件检测到 "4$ 设备接入时’?@ABCDE:% 查找响应的驱动程序’并调用它的 3F@GHF*AMFP 例程’ ,A,9即插即用;管理器调用驱动程序的 1BB3HG@TH 例 程’告诉它添加了一个设备-在此处理过程中’驱动程 序收到一个设备启动请求9O-,W/5W4X1-XW3*YO’*; 的 O-,( 同理’当要拔除时’,A,管理器会发出一个设 备删除请求 9O-,W/5W-*/.Y*W3*YO’*;的 O-,’由 驱动程序进行处理( 通过对这些 ,A,请求的处理’可 支持设备的热插拔和即插即用功能( 电源管理模块负责设备的挂起与唤醒( O2. 功能实现模块完成 O2. 请求的大部分工作( 若应用程序想对设备进行 O2. 操作’ 它便使用 ?@A0 BCDE 1,O函数V对 ?O5J+子系统进行 ?O5J+调用(此 调用由 O2.系统服务接收并通知 O2. 管理器’O2.管理 器将此请求构造成一个合适的 O2. 请求包9O-,;’并把 它传递给 "4$ 设备驱动程序’"4$ 设备驱动程序接 收到这个 O-, 以后’ 根据 O-, 中包含的具体操作代 码’构造相应的 "4$请求块并把此 "-$9"4$请求块; 放到一个新的 O-, 中’ 然后把此 O-, 传递到 "4$ 总 线驱动程序’"4$ 总线驱动程序根据 O-, 中所含的 "-$执行相应的操作9如从 "4$设备读取数据等;’并 把操作结果通过 O-,返还给 "4$设备驱动程序("4$ 设备驱动程序接收到此 O-, 后’将操作结果通过 O-, 返还给 O2.管理器’ 最后 O2.管理器将此 O-,中操作 %7 现 代 计 算 机 !总 第 二 一 五 期 " ! " # $ % & ’ "! ( ) * + % ,--./! 实践与经验 结果返还给应用程序# 至此应用程序对 "#$ 设备的 一次 %&’操作完成$ %!&应用程序设计 用户态的应用程序是数据采集系统的中心#其主 要功能为’开启或关闭 "() 设备(检测 "($ 设备(设 置 "($数据传输管道( 设置 *+, 状态和数据采集端 口(实时从 "($ 接口采集数据(显示并分析数据$ 应 用程序主流程图如图 -所示$ 图 - 应用程序主流程图 由于 "($./012 提供的 3%3’不超过 0- 字节#当 它存满后#"(4./052 自动将数据打包即时请求读入 数据#由 (%6自动发送数据包$ 另外#当系统启动 *7, 模块后#便会创建两个线程’采样线程和显示存盘线 程$采样线程负责将采集数据写到应用程序提交的内 存)而显示存盘线程负责给应用程序发送显示和存盘 消息$ 当应用程序接收到此消息后#便从它提交的内 存中读取数据并显示和存盘$此处需要注意的是采样 线程和显示存盘线程在读写应用程序提交的内存时 要保持同步$ ! 远程数据采集系统设计 传输距离是限制 "(4 在工业现场应用的一个障 碍# 即使增加了中继或 89:#"#4传输距离通常也不 超过几十米#这对工业现场而言显然太短了$ 现在工 业现场有大量采用 ;(<-=> 传输数据的采集设备#其 优点主要为传输距离可达到 ?2@@米以上# 并且可以 挂接多个设备#但传输速度慢#且需要板卡支持#安装 麻烦$如果将 A(<-=>与 "(4结合起来就可以优势互 补#产生一种快速(可靠(低成本的远程数据采集系 统$ 设计这样一个系统的关键设备是 A(<-=>B"(4 转换器# 可以采用 "(4./0@2C=/D>EC F*G-=>实现 这一功能$ 整个系统的基本思想是’将传感器采集到 的模拟量数字化以后# 利用 A(<-=> 协议将数据上 传#上述 A(<-=>B"(4转换器在主机端接收 -=> 的数 据并通过 "(4 接口传输至主机进行处理# 而主机向 "(4发送数据时#数据通过 A(<-=>B"(4转换口转换 为 -=>协议向远端输送#从而能够实现远程数据的双 向传输$ 如图 >所示$ 软件方面的设计跟前所述类似$ 图 > 采用 "(4和 A(<-=> 实现远距离数据传输 结 语 基于 "(4外设的应用目前在国内外都处于高速发 展阶段# 利用 "(4 进行数据采集和工业控制已得到 成功应用$ 特别是随着 "(4协议 2H@的推出#数据传 输速率高达 -=@F:IJ#如此高的传输速率必将使 "(4 在数据采集中的优势更加体现出来#同时会使其在更 广阔的领域得到更深层次的应用$ 参考文献 KEL张念淮#江浩H "#4 总线接口开发指南H 北京’ 国防工业 出版社#2@@2 K2L李朝青H MN 机及单片机数据通信技术H 北京O 北京航空 航天出版社#2555 KPL原嵩#林浒H 通用串行总线的原理及实现H 小型微行计算 机系统#E///Q>R K-L张洪润#蓝清华H 单片机应用技术 教程 人力资源管理pdf成真迷上我教程下载西门子数控教程protel99se入门教程fi6130z安装使用教程 H 北京O 清华大学 出版社#E//S K>L徐有青#余胜生H 通用串行总线设备接口的设计H 电子计 算机与外部设备#E//=Q>R %收稿日期’"##$%#!%"&& %英文摘要见下页& =E ! " # $ % & ’ "! ( ) * + % ,--./! 实践与经验 现 代 计 算 机 !总 第 二 一 五 期 " !"# $%&’#( )#&*+, -. )/’/ 0-11#2’ 322-45*,+ ’- ’"6 7$8 /,5 9:0;< "#$% &’()*(+,- . /0$% 1(2+)-32,- . 45$% "(,-)2, 6"’7289:’,9 +; <+:739’8 /=(’,=’>. ?+>@2, A,(B’8>(9C. ?+>@2, DEFGG <@(,2H 3=&’4/>’? I@(> 289(=J’ (,98+K3=’K 9@’ K’B’J+7:’,9 :’9@+K 2==+8K(,- 9+ A/L K292 =+JJ’=9 ’M3(7:’,9>. (,=J3K’> 9@’ @28KN28’ K’>(-,. ;(8:N28’ K’>(-, 2,K 9@’ K’>(-, +; 9@’ 78+-82: K’>(-, 2,K 9@’ 277J(=29(+, >+;9N28’ 2==+8) K(,- 9+ 9@’ &(,K+N> K8(B’>. 2J>+ (,98+K3=(,- 9+ 9@’ =+JJ’=9 >C>9’: 2==+8K(,- 9+ 9@’ A/L J+,- 82,-’ K292O @6% A-45&# A/L$ "292 <+JJ’=9$ P(9C +; ?(,2,=’ 2,K T=+,+:C. L’,-U3 EVVGWX <@(,2Y 3=&’4G2’% 5> 9@’ 9@(8K 78+;(9 >+38=’. J+-(>9(=> (> 7J2C(,- 2 :+8’ 2,K :+8’ (:7+89:2,9 8+J’ (, 9@’ ,29(+,2J ’=+,+:C 2,K 9@’ 7’+7J’'> J(B’J(@++KO TB’8C J+-(>9(=> =+87+829(+, (> 8’(,;+8=’(,- (9> :2,2-’:’,9. ’>7’=(2JJC 9@’ (,;+8:29(+, :2,2-’:’,9O I@(> 727’8 78’>’,9 9@’ K’>(-, 2,K 8’2J(Z29(+, +; 2 9@(8K 7289 J+-(>9(=> :2,2-’,) :’,9 (,;+8:29(+, >C>9’:O @6% A-45&? I@’ I@(8K [289 \+-(>9(=>] V)\2C’8 /983=938’] TJ’=98+,(= "292 #,9’8=@2,-’ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! &上接第 !" 页’ FE
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