基于USB数据采集系统的设计开发

引 言
目前，国内外的常用的卡有RS-232、RS-485卡、PCI卡、ISA卡等。这些卡虽然有各自的优点，但是也有各自的缺点。例如：RS-232、RS-485卡的传输速度较慢，PCI卡、ISA卡需要插在主机的PCI插槽或ISA插槽上，使用不方便等。通用串行总线（）是一种新的接口方式，具有连接方便、支持热插拔、无需外接电源、传输速度高、功耗低等优点。 2.0的最大传输速率高达480Mbps。因此，的数据采集在通信、遥感、智能仪器仪表、工业自动化等领域得到了广泛应用。

1硬件设计
该数据采集系统的硬件部分主要由A/D转换器AD7829，LPC2132微处理器，USB2．0接口芯片ISP1581和PC机组成。USB数据采集系统硬件结构图如图1所示。

图1 系统硬件结构框图

数据采集系统的工作原理：由传感器采集的信号经调制电路放大、滤波等处理后，进入由微处理器控制的AD7829进行模数转换，转换后的数字量进入微处理器LPC2132并暂存在其中，随后由USB接口芯片将数字量传递给PC机进行数据处理，同时将PC机端的客户应用程序发出的控制信号通过USB接口传送到以LPC2132为核心的数据采集系统[1]。
1.1 USB接口芯片
该数据采集系统选用ISP1581作为USB接口芯片，ISP1581是Philips公司推出的一款高性价比的USB2.0接口电路,支持7个IN端点,7个OUT端点和一个固定控制IN/OUT端点。ISP1581支持SUB2.0的自检工作模式和USB1.1的返回工作模式，可以在高速或全速条件下正常运行。内部集成有串行接口引擎（SIE）、PIE、8KB的FIFO存储器、数据、PLL的12MHz晶体振荡器和3.3V的电压调整器。该电路可直接与ATA/ATAPI外设相连，并具有高速DMA接口。传输速率最高可达480Mbps/s[2]。
1.2主控芯片和A/D转换芯片
为了满足速度的要求，主控芯片选用LPC2132。LPC2132是Philips公司的一款ARM7TDMI-STM 内核的微控制器，带有64kB的嵌入的高速Flash存储器和16kB片内静态RAM。多达47个5V的通用I/O口，1个8路10位A/D转换器，1个10位D/A转换器，可提供不同的模拟输出。多个串行接口，包括2个16C550工业标准UART、2个高速I2C接口（400kbit/s）、SPITM 和SSP。通过片内PLL可实现最大为60MHz的CPU操作频率[3]。
虽然LPC2132自带1个8路A/D转换器，但是其每通道转换时间是2.44us,达不到高速数据采集的要求，因此选用AD7829模数转换器。AD7829是一个8路8位模数转换器，最大转换率2Mbps，可以满足系统设计要求。
1.3硬件接口电路
该数据采集系统硬件连接图如图2所示。

图2硬件连接示意图

模拟信号经AD7829转换后变为数字量，数据先存放在LPC2132的寄存器里，再由LPC2132将数据传送给ISP1581，在此将ISP1581的缓冲区定义为8个，分别写入8路转换后的数据。而PC机通过USB接口与ISP1581连接，ISP1581负责分类和解释PC机发来的信号，具体操作流程如下：PC机发送给USB设备的数据以包的形式写入ISP1581的缓存中，当缓存被写满或数据发送完毕后，ISP1581就给LPC2132发中断信号，LPC2132 响应中断信号进入中断服务程序执行相应的包处理。USB设备不能主动向主机发送数据，只有当PC机要求USB设备发送数据时，LPC2132才将主机需要的数据写入ISP1581相应端点的缓存中[4]。