毕业设计（论文）-基于USB总线和89C51单片机的数据采集设计.doc

论文题目:基于USB总线和89C51单片机
的数据采集系统设计
学生姓名:
所在院系:机电学院
所学专业:应用电子技术教育
导师姓名:
完成时间:
摘要
本文介绍了基于USB总线的数据采集设备的开发法,包括数据采集硬件设计、USB总线的硬件设计,同时也简单的介绍了设备固件设计、基于USB的远程数据采集。89C51通过对多路采集模块进行控制,选出一路通道的数据寄存在单片机,再通过USB芯片将89C51采集到的数据上传给上位机。
关键词:数据采集,89C51,通用串行总线
Based on the USB bus and 89C51 single-chip data acquisition system design
Abstract
This paper introduces the acquisition based on USB bus-based data acquisition, including the data acquisition hardware design and USB bus of the hardware design. Also introduces USB-based remote data acquisition system and firmware design. 89C51 selects the way data storage channel in the single-chip by controlling multi-channel module, and then the data collected by 89C51 upload to the puter. through the USB chips
Key word: Data Acquisition, 89C51 Single-chip, Universal Serial Bus
目录
1 引言 1
2 总体方案设计 1
设计思路 1
设计方框图 1
3 数据采集设计 2
模拟信号的多路选择 2
多路开关原理 2
A/D转换介绍 3
分辨率 3
误差和精度 4
转换速率 4
A/D转换的方法 4
数据采样电路 4
4 单片机介绍 6
单片机的基本组成 6
单片机引脚及功能 6
5 USB接口电路设计 7
USB芯片内部结构 8
端点0 8
端点1 9
端点2 9
外部固件参考流程 9
USB芯片与单片机的接口电路 10
USB设备驱动程序设计 11
6 应用程序设计 12
7 设备固件设计 13
8 远程数据采集系统设计 14
9 结束语 15
致谢 15
参考文献 15
附录一整体电路图 17
附录二 CH375芯片管脚 18
附录三程序清单 19
1 引言
在工业生产和科学技术研究过程中,常常需要对各种数据进行采集,现在常用的数据采集方式是在PC机或工控机内部安装数据采集卡,如A/D卡、RS-422卡及RS-485卡。采集卡不仅安装麻烦,易受机箱内其他电路的干扰,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。本设计利用通用串行总线(Universal Serial Bus,简称USB) 设计了基于USB总线的数据采集设备很好地解决以上这些冲突。
2 总体方案设计
设计思路
本设计主要包括三部分:数据采集设计部分,单片机控制部分和USB设计部分。数据采集由多路模拟开关、滤波采样保持、隔离放大、A/D转换、光电隔离器组成。单片机采用AT89C51。USB电路主要采用CH375芯片。
单片机再从地址寄存器中发出地址控制信号经光耦控制多路模拟开关。多路模拟模拟开关根据地址控制信号选择一路信号进行滤波、放大、A/D转换后送至单片机的移位寄存器。移位寄存器将采集到得数据转换为8位并行是传送到USB芯片的数据缓冲区中;一旦数据缓冲区存满,USB芯片自动将数据打包即时请求读入数据,然后89C51系统将数据从数据缓冲区中读出,由收发器通过数据线(D+、D-)送至主机。
设计方框图
光电隔离器
多路模拟开关
单片机
USB 电路
上位机
滤波采样
隔离放大
A/D 转换

图1 设计方框图
3 数据采集设计
模拟信号的多路选择
32路模拟电压信号(如1-5V)送往多路模拟开关组成的模拟数据选择器,选择控制信号决定其中1路模拟信号经滤波、隔离放大、A/D转换,变为M位十进制数据