信号采集系统原理图_信号采集显示_瞬态信号采集系统的设计与实现.pdf

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网友799474576近日为您收集整理了关于瞬态信号采集系统的设计与实现的文档，希望对您的工作和学习有所帮助。以下是文档介绍：瞬态信号采集系统的设计与实现陈伟(中航第一飞机设计研究院西安710089)摘要:详细阐述了基于通用串行总线(usB)接口的瞬态信号采集系统的设计方法,并介绍了系统的工作原理、硬件设计、firmWare(固件)设计.基于曹indows驱动程序模型(WD吣的设备驱动程序设计以及应用软件的设计.关键词:usB总线;数据采集;windows驱动程序模型;设备驱动程序Designandllr驴lementationofTransientSignaI^cquisitionSyst鲫CHENWeimlcF妇Aim竹ln咖tcof^v101,xi,卸710089,凸l蚰)Abstract:Adesi印memodOf衄1sientsi印alacquisitionsyst锄isi11us仃ated.1hcprincipleofsyst吼’hardwaredesigⅡ,五册warcdesign,desi印ofdevice“veprogrambasedonWDM趾dsoftwaredesi班arein臼Ⅺduced.Key们rds:USBbus;d獭acq西sition;WDM;d嘶ce“Vepro冒锄瞬态信号的采集处理要求主机能够对实时数据做出快速响应并及时进行分析和处理.而采集系统所需的便携性、灵活性也对系统的设计提出了要求。因此本项目利用PDⅡJsBl2芯片和89C55单片机设计了基于uSB总线的瞬态信号数据采集系统。1系统的硬件设计与实现通用串行总线UsB(1lniversal鲫dalb∞)是一种新型的串行通信标准.该总线接口具有速度快、易使用、价位低、稳定性强等优点,它在以PC机为控制核心的数据采集系统的设计中得到了越来越广泛的应用.USB可以总线供电。对一般设备可以提供100mA电流,对大功率设备可提供不超过500mA电流,而数据采集设备通常耗电量不大,可以设计成总线供电。采用uSB接口的数据采集卡与传统的PcI卡及IsA卡相比具有即插即用、连接筒单、热插拔、高带宽、可总线供电.另外,uSB的规范能针对不同的性能价格比要求提供不同的选择,以满足不同的系统和部3射件及相应不同的功能,从而给使用带来极大方便。1.1USB芯片的工作模式usB控制器一般有两种类型;一种是MCu集成在芯片里面的,如CYPRESS的EZ.USB;另一种就是纯粹的USB接口芯片,仅处理UsB通信,如P皿口S的PDIUsBPDIUsBDl2.Natio叫SemicoⅡductor的uSBN9604等。选择集成MCu的uSB控制芯片开发USB产品的优点是cPu与控制器在同一片芯片里,cPu只需要访问一系列寄存器和存储器,便可实现usB口的数据传输,最大限度地发挥uSB高速的特点。而且简化了程序的设计,极大地降低了usB外设的开发难度。缺点是这些芯片与过去的开发系统通常是不兼容的,需要购买新的开发系统,且设计灵活性不够高,开发成本较大。纯粹的uSB接口芯片的优点是系统组成灵活,可根据不同的系统需求,搭配不同的Mcu,具有较高的性能价格比。但因为usB控制器是通过串行口或并行口与MCU连接的,在传输速度方面不如集成了Mcu的控制芯片。不同的实现方式在设计开销、元器件开销和引脚数方面各有优劣,选择不同的方案意味着在以上各项指标中进行取舍。本系统根据开发的实际情况,选择第二种工作方式。1.2硬件总体结构瞬态信号数据采集系统硬件组成包括多路开关、~D转换器、单片机、USB接口芯片等,其硬件结构如图1所示。其中多路选择开关对多路信号进行选择,使其分时输入;A仍转换实现模拟信号的数字化;单片机采用89c55,主要完成信号采集、数据通信;USB接口芯片(PDIUSBDl2)实现USB接口;主机完成数据接收、存入数据库、数据处理、计算、显示等功能。数据采集系统的工作原理是:多路模拟输入信号经多路模拟开关控制,将其中的一路接入并行山口转换器,89c55系统通过8位的并行接口传送刖D转换器采集的数据,存储在usB接口芯片的F正O存储器中;一旦FⅢo存满,串行接口引擎(sIE)立刻对数据进行处理,然后89C55系统将数据从F正O存储器中读出,由收发器通过数据线(D+、D.)送至主机。图l系统硬件结构框图1.3USB芯片PDIUS叻12usB接口芯片采用Phihps公司的一种专用芯片PDIUsBDl2(以下简称D12),它是一款性价比很高的UsB器件。它通常用于基于微控制器的系统,并通过高速通392用并行接口与微控制器进行通信,而且支持本地DMA传输。D12所具有的低挂起功耗连同LazyClock输出可以满足使用ACPI、oI烈0w和uSB电源管理的要求,低的操作功耗可以应用于使用总线供电的外设,此外它还集成了许多特性,包括so丘Co∞ect、oD0dIjDk、可编程时钟输出、低频晶振和终端电阻,支持双电压工作、完全自动DMA操作、多中断模式等,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。D12的sm用来实现usB协议层的功能。这些功能包括:位填充/解除填充、CRC生成/校验、ACI洲AK、令牌包类型识别、地址识别等。系统中D12负责将单片机89c55所送出的信号转换成符合UsB规范的信号。1.4Mcu控制电路设计系统单片机采用的是89C55。D12与89C55的接口有2种方式:多路地址/数据总线方式、单地址/数据总线方式。设计中采用的是前一种方式:使用了89C55的n盯0、A【E、wR、RD和Po口,当D12接收到主机的有效信息时,会产生一个中断通知89c55进行处理。在此种方式下,D12在AI正下降沿的时候,对单片机的输出地址进行锁存。若输出地址为奇数,则表示对D12发送指令:若输出地址为偶数,则表示对D12进行数据传输。MCU控制电路见图2。*Dm/I·;+.1‘DAm/1:,i,D^L^●/.}ii|}Im13W-’彗g激爿i,;i{{,,}rI』;},j.{—菇妾擎挥尊七￡崩{——rf寸1—卜前r凶苗rr一{。IⅡ盯N}j{】1.:;.,l2嚣{;器刀};÷{}}fo:5:}|Ij}}‘·,zcpLH/lI一。lI!一3L』—L-三基#垲兰肄二兰‘”cPL斑/1廿‘‘f’1●CFLw/{}l}}|{jj{lI}.I}l{;l}lI{ll{l}ll~=:j_-1}II口ⅡIm;1.一!:’∞{mil{I|j{ji}l}I?o神I}}}ll}I7{{RDN}}jI'}l一1_!m￡】S}}l1{l‘。}1wEH,'l¨I:二一={∞1ll‘i{}lo}{lj{Ii{l一?}‘Io。l{l}}}’i{{|H皓b些;抖。剐H{{|{}t{}{{}lI}I}I}IJ}jj}Ij{jf{I{l!jl{lf}{{{’l{.;。II}{}1{{l}‘{图2McU控制电路1.5USB接口电路设计89C55将A幻采集的数据经D12的并行接口送入FⅡD存储器.当USB的传输速率达到12Mb,s时,^删(存储器管理单元)和集成RAM作为usB之间速度差393异的缓冲区,这就允许单片机以它自己的速率对u

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