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当基于USB的LDT实时数据采集系统设计

发布时间:2021-09-15 02:16:47 阅读: 来源:浴盐厂家

基于USB的LDT实时数据采集系统设计

激光多普勒测量技术(LDT)具有精度高、动态响应快、测量范围大,非接触测量的特点,成为气体、流体测量的强有力的工具。近年来,它在固体测量领域得到了长足的发展,被广泛应用于固体表面的粗糙度、运动速度场、位移场、振动场等的精密测量。它的迅猛发目前产能每个月只有50-60吨展对信号的采集提出了越来越高的要求:高动态范围、低功耗、便于携带、能与计算机进行实时高速数据传输。针对这种要求,提出了一种基于USB的LDT实时数据采集系统。

USB(Universal Serial Bus)总线是由Intel,Com-paq,Microsoft,IBM,DEC,Northern Telecom等7家公司共同研制的一种针对PC的串行接口标准。它的热插拔、即插即用、连接简单、高带宽、可总线供电等优点几乎使其成为目前计算机外设的首选通信接口。

该文依据的是USB1.1协议规范,总线一共4根:5V电源线、地线及两根以差分形式驱动的数据线D+、D-。连接设备的电缆最长可达5 m,通过USB集线器以菊花链拓扑形式实现多达5级的拓扑连接,可外接127个USB设备。USB总线可以提供5V、500mA电流,并支持节约能源的挂机和唤醒模式。它规定的12Mbps传输速率,与一个标准的串行口相比,大约快出100倍,与一个标准并行口相比,大约快出10倍。

1 系统硬件设计

1.1 硬件总体结构

USB实时数据采集系统硬件如图所示。DSP控制器TMS320F240内部的模数转换模块包括两个独立的采样/保持电路和两个10位双积分型的转换器,16路模拟输入通道,可同时转换2路信号。 16路模拟输必须把更多的精力放在拓展煤炭产业链和发展非煤业务上入信号由多路模拟开关选择被检测信号接入A/D转换器,A/D转换的结果经TMS320F240写入FIFO存储器。

TMS320F240通过信号线IS选通USBN9603,将其作为DSP的I/O口访问。USBN9603的D+脚外接一个1.5K的上拉电阻,使其工作在全速方式下,USBN9603的MODE1、MODE2均接至地电位,设定USBN9603为非总线复用方式。操作时序是将地址线A0置高,将欲读写的地址从数据线D0~D7写入,然后将A0置低,读写D0~D7中的数据。

由DSP对A/D转换的结果进行FFT分析、小波分析等,并通过USBN9603与主机交换数据,接收控制命令。从1个实验室到另外一个实验室都易于验证的条件

1.2 USBN9603控制器

目前市场上有两类USB接口控制器:一类是带USB接口的MCU,如Cypress的CY7C6xxxx第列、Intel的930xx系列等,嵌入了8051系列微控制器。其系统结构和指令集大家都比较熟悉,便于硬件开发和软件编程,然而开发工具较昂贵。另一类是专用接口控制器,如朗讯公司的USS820、国家半导体公司的USBN960x、PHILIPS公司的PDIUSBD11等,都留有与MCU、DSP的接口,搭配灵活。

USBN9603是一个支持USB1.1协议的节点控制器。具有静态模式和异步唤醒功能;5V/3.3V供电;具有一个双向的控制节点Endpoint0、3个发送端点、3个接收端点;具有两种模式的8位并行接口(复用模式和非复用模式);改进的DMA传输方式;串行接口引擎SIE,主要负责时钟恢复、EOP检测、位填充、位解填充、CRC编解码、组帧、拆帧、包类型识别及节点状态识别等。

2系统软件设计

USB系统软件设计分为3个部分:USB外设端的固件、主机操作系统上的客户驱动程序以及应用程1.电子拉力实验机的测控系统(也就是软件和硬件)序。应用程序通过客户驱动程序与系统USBDI(USBDevice Interface)进行通信,由系统产生数据的传送动作,固件则响应各种来自系统的标准要求,完成各种数据的交换工作和事件处理。

2.1 固件(firmware)设计

固件是指被固化到TMS320F240中的程序。它完成两个任务:控制A/D的采样和通过USB控制器与主机通信。USB有控制、中断、批量、等时等4种数据传输模式。其中控制传输用于传送一些系统控制命令,每个USB设备都必须有控制传输的通道;中断传输适用于鼠标等人工输入的设备使用;等时传输适用于对数据实时性要求较高的场合,如视频、音频数据,但其设备和进程的同步设计有较大难度,且它不能提供错误检查机制;批量传输能提供错误检查机制,适用于打印机、调制解调器等不定期传送大量数据的中速设备。

系统采用两种传输方式:控制传输和批量传输。控制传输用来实现位于主机上的USB总线驱动程序(USBD模块)以及编写的功能驱动程序对设备的各种控制操作;批量传输用来完成将采集数据从设备传送到主机。

2.2 驱动程序设计

USB系统驱动程序采用分层驱动模型:USB设备驱动程序、USB函数层。其中函数层由通用串行总线驱动程序模块(USBD)和主控制器驱动程序模块(HCD)组成。它由Windows98提供,负责管理USB设备驱动程序和USB控制器之间的通信;加载及卸载USB驱动程序;与USB设备通用端点建立通信来执行设备配置、数据与USB协议框架和打包格式的双向转换任务。

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