基于USB接口的数据采集与控制系统设计
时间:09-21
来源:EDN
点击:
1 系统结构
利用ADuC845单片数据采集器件和CH341 USB接口器件构成的数据采集与控制系统的框图如图1所示。ADuC845完成模拟量数据采集、开关量的输入输出、控制电压和PWM控制信号输出,CH341USB接口器件完成PC机与ADuC845的数据传输。
ADuC845中的数据打包后经USB器件传送至PC机,利用 PC机的数据处理程序完成数据处理与分析,并将其显示在所设计的系统界面上。同时,将控制命令通过USB接口传送至ADuC845,实现对外围设备的控制。
2 USB通信接口电路
USB通信接口电路采用CH341器件,图2为其电路。图2中,P3是USB端口,USB总线包括一对5 V电源线和一对数据信号线。通常+5 V电源线是红色,接地线是黑色,D+信号线是绿色,D-信号线是白色。USB总线提供的电源电流最大可达500 mA,CH341和低功耗的ADuC845直接使用USB总线提供的5 V电源。
CH341的RXD引脚和TXD引脚分别与ADuC845的RxD引脚和TxD引脚相连,由于传输数据。晶体Y2、电容C13和C14用于时钟振荡电路。Y2的频率是12 MHz,C13和C14是容量为15 pF的独石或高频瓷片电容。VD1为工作状态指示灯,R3为其限流电阻。R4是0 Ω电阻(磁珠),它能实现滤波及保护。C12和C11是独石或高频瓷片电容,C12容量为1 000 pF~0.01μF,用于CH341内部电源节点退耦,C11容量为O.1μF,用于外部电源退耦。
设计印刷线路板PCB时,需注意是的:退耦电容C11和C12应尽量靠近CH341放置;使D+和D-信号线贴近平行布线,尽量在两侧提供地线或覆铜,以减少外界的信号干扰;尽量缩短XI和XO引脚相关信号线长度,为减少高频时钟对外界的干扰,可在相关元件周边环绕地线或覆铜。
3 数据采集与控制电路设计
数据采集与控制电路以ADuC845为核心,电路如图3所示,该电路提供10个24位的A/D转换器输入通道,输入端接有1 kΩ的电阻和0.1μF的滤波电容器。12位电压输出 D/A转换器经运算放大器OP284缓冲后输出;也可提供双16位PWM输出和8路开关量的输入/输出。ADuC845的RxD引脚和TxD引脚分别与CH341的RXD引脚和TXD引脚相连,实现数据传输。晶体振荡器电路采用32.768 kHz晶振Y1,电容C18和C19根据系统需要调整确定。数字电路的电源端分别连接0.1μF的退耦电容到地。模拟电路的电源端连接0.1μF和10μF的退耦电容到地。退耦电容应尽可能的靠近电源放置。
4 系统主要程序设计
4.1 USB通信接口电路驱动程序
USB通信接口电路的USB端口与PC机连接。对PC机而言,数据采集与控制系统是一个具有USB接口的功能部件(或称下位机)。PC机通过虚拟串口设备直接传输数据到下位机。USB通信接口电路驱动程序代码如下:
[CH341S98.9X.AddReg];
4.2 A/D采样程序
以下给出A/D采样程序的部分代码:
5 结语
该数据采集与控制系统以ADuC845为核心器件,采样分辨率高(20位),系统温漂小(10 nV/℃),运行稳定,抗干扰能力强;利用USB接口作为该系统的通信接口,安装灵活、传输速度快、可靠性高、易于扩展;利用PC机完成数据分析与数据处理。因此该系统设计适用于医疗设备、工业控制系统等数据采集与控制领域。
利用ADuC845单片数据采集器件和CH341 USB接口器件构成的数据采集与控制系统的框图如图1所示。ADuC845完成模拟量数据采集、开关量的输入输出、控制电压和PWM控制信号输出,CH341USB接口器件完成PC机与ADuC845的数据传输。
ADuC845中的数据打包后经USB器件传送至PC机,利用 PC机的数据处理程序完成数据处理与分析,并将其显示在所设计的系统界面上。同时,将控制命令通过USB接口传送至ADuC845,实现对外围设备的控制。
2 USB通信接口电路
USB通信接口电路采用CH341器件,图2为其电路。图2中,P3是USB端口,USB总线包括一对5 V电源线和一对数据信号线。通常+5 V电源线是红色,接地线是黑色,D+信号线是绿色,D-信号线是白色。USB总线提供的电源电流最大可达500 mA,CH341和低功耗的ADuC845直接使用USB总线提供的5 V电源。
![]() |
CH341的RXD引脚和TXD引脚分别与ADuC845的RxD引脚和TxD引脚相连,由于传输数据。晶体Y2、电容C13和C14用于时钟振荡电路。Y2的频率是12 MHz,C13和C14是容量为15 pF的独石或高频瓷片电容。VD1为工作状态指示灯,R3为其限流电阻。R4是0 Ω电阻(磁珠),它能实现滤波及保护。C12和C11是独石或高频瓷片电容,C12容量为1 000 pF~0.01μF,用于CH341内部电源节点退耦,C11容量为O.1μF,用于外部电源退耦。
设计印刷线路板PCB时,需注意是的:退耦电容C11和C12应尽量靠近CH341放置;使D+和D-信号线贴近平行布线,尽量在两侧提供地线或覆铜,以减少外界的信号干扰;尽量缩短XI和XO引脚相关信号线长度,为减少高频时钟对外界的干扰,可在相关元件周边环绕地线或覆铜。
![]() |
3 数据采集与控制电路设计
数据采集与控制电路以ADuC845为核心,电路如图3所示,该电路提供10个24位的A/D转换器输入通道,输入端接有1 kΩ的电阻和0.1μF的滤波电容器。12位电压输出 D/A转换器经运算放大器OP284缓冲后输出;也可提供双16位PWM输出和8路开关量的输入/输出。ADuC845的RxD引脚和TxD引脚分别与CH341的RXD引脚和TXD引脚相连,实现数据传输。晶体振荡器电路采用32.768 kHz晶振Y1,电容C18和C19根据系统需要调整确定。数字电路的电源端分别连接0.1μF的退耦电容到地。模拟电路的电源端连接0.1μF和10μF的退耦电容到地。退耦电容应尽可能的靠近电源放置。
![]() |
4 系统主要程序设计
4.1 USB通信接口电路驱动程序
USB通信接口电路的USB端口与PC机连接。对PC机而言,数据采集与控制系统是一个具有USB接口的功能部件(或称下位机)。PC机通过虚拟串口设备直接传输数据到下位机。USB通信接口电路驱动程序代码如下:
[CH341S98.9X.AddReg];
![]() |
4.2 A/D采样程序
以下给出A/D采样程序的部分代码:
![]() |
![]() |
5 结语
该数据采集与控制系统以ADuC845为核心器件,采样分辨率高(20位),系统温漂小(10 nV/℃),运行稳定,抗干扰能力强;利用USB接口作为该系统的通信接口,安装灵活、传输速度快、可靠性高、易于扩展;利用PC机完成数据分析与数据处理。因此该系统设计适用于医疗设备、工业控制系统等数据采集与控制领域。
USB 接口 数据采集 ADuC845 控制系统 设计 相关文章:
- 基于S3C44B0X的心电血压监测仪USB接口设计(11-28)
- C8051F320在USB设计中的应用(01-18)
- 基于ISP1581型接口电路的USB2.0接口设计(01-18)
- 用CP2101将USB口扩展成串口(01-18)
- TM1300 PCI-XIO口的UART和USB接口设计(01-17)
- 基于CH371的实用USB接口设计(01-23)
闂佽绻愮换鎰偓姘嵆閵嗗倿鎳滈悽纰樻灃闂佽宕樼亸娆撴偡瑜版帗鐓曢柍鍝勫枤閺€鐗堛亜閺傚灝顏€殿噮鍋勯埢搴ㄥ箣閺冣偓閻撶娀姊虹憴鍕埅闁告柨绻愰悾鐑芥晸閿燂拷
- 濠德板€曢崐鐟扮幓閹稿寒娈介柛銉㈡櫃閻掑﹪鏌涢弴銊ョ伇闁哄棎鍎抽埀顒冾潐閹爼宕曢幎钘夌厺闁兼祴鏅滈弳婊堟煕椤愶絿绠撻柟顔碱儔閺岀喓鈧稒锚婵洭鏌i幘瑙勭《闁瑰嘲顑夐、姗€鎮㈤崨濠勬殮缂傚倷绀侀鍛搭敄閸涙番鈧啫饪伴崨顔兼櫝闂佽法鍣﹂幏锟�
闂備胶枪缁诲牓宕濆澶婅摕闁绘柨鎲℃刊瀵糕偓骞垮劚閹峰宕濋崨顓涙闁哄啫鍊稿瓭闂佹眹鍔庢慨鐢告晬閹版澘绠f繝濠傛噽閹冲洦绻涢幋鐐村鞍婵ǜ鍔戦幃锟犳晬閸曨剙鐝伴梺绯曟閸樺墽绮堟径鎰厵缂備焦锚婵洨鈧娲栭惌鍌炲箚瀹ュ妫橀柛顭戝枤瀹€娑㈡倵鐟欏嫭鍋犻柛搴㈠缁辩偤寮崼鐔锋畱闂佽姤锚椤︻垶锝為弮鍫熺叆婵炴垶枪鐎氭澘鈹戦鍛偗妤犵偛鍟存俊鎼佸Ψ閿曗偓濞撴劙姊绘笟鍥т簽闁哥姵鍔欏畷鐟邦潩閼哥鎷规繝銏e煐閻℃洜绮堢€n€㈠綊宕楅崸姘辩窗濡炪値鍋勯幊姗€骞嗛崘顔肩妞ゆ劑鍊栭蹇斾繆椤愩倕顣奸柛銊ョ仛鐎靛ジ骞囬鍓х厯闁诲函缍嗘禍鐐烘偡閿燂拷...
- 濠电偞鍨堕幖鈺呭储閻愵剦娈介柛銉㈡櫃閻掑﹪鏌涢弴銊ョ伇闁哄棎鍎抽埀顒冾潐閹爼宕曢幎钘夌厺闁兼祴鏅滈弳婊堟煕椤愶絿绠撻柟顔碱儔閺岀喓鈧稒锚婵洭鏌i幘瑙勭《闁瑰嘲顑夐、姗€鎮㈤崨濠勬殮缂傚倷绀侀鍛搭敄閸涙番鈧啫饪伴崨顔兼櫝闂佽法鍣﹂幏锟�
缂傚倷绶¢崳锝囩不閺嶎厼鐒垫い鎺戯攻鐎氾拷30濠电姰鍨奸崺鏍х暆缁嬭娑㈩敆閸屾瑧鍓ㄩ梺鍛婃处閸ㄥジ寮抽妷鈺傜厱闁冲搫鍠氶弨鐗堛亜閺傚灝顏柟椋庡█瀹曟粏顦柡灞诲€濋弻銊モ槈濡警娈紓浣诡殕閹搁箖鍩€椤掑偆鏀伴柛鈺傜墪椤斿繒鎹勯妸锕€鐝伴梺瑙勫劤閹虫劗绮堟径鎰厱闁哄倻鍎ゅ▍鍛亜閹烘柨鏋涚€规洏鍔岃灒闁绘垶锚濞撴劙姊绘笟鍥т簽闁哥姵娲熼獮鎾活敂閸繄顦俊顐︻暒閼冲爼顢旈崡鐐╂闁瑰灝鍟╃花濠氭煙椤斿ジ鍙勭€殿喕绮欓幃鈩冩償閿濆棭鍟呭┑鈽嗗亞婢ф宕归崹顐㈩嚤闁归偊鍠氶惌娆撴倵閿濆簼绨介柣鐔烽叄閺岋綁濡搁妷銉紓濡炪倐鏅粻鎴炴櫏闂佽法鍣﹂幏锟�...
- Agilent ADS 闂備浇妗ㄩ悞锕傛偡閵夆晩鏁嗛柣鏃傚帶閺勩儳鐥鐐村闁哥偞鐓¢幃褰掑炊瑜嶉埛鏃堟煃鐠囨彃鎮戠紒楦挎铻栭柛鏇炵仛椤ワ拷
濠电偞鍨堕幐濠氬箰閹间緡鏁婄€广儱顦粻鎶芥煕椤愵剛绉甸柛銈忕畵閺屻劌鈽夊Ο鍨伃闂佸憡鐟ョ换妯何涢崘顔碱潊闁挎繂楠搁弫濂告煟閻斿摜鎳愰柡瀣剨S闂備礁鎲¢懝鍓р偓姘煎櫍閿濈偤骞掑Δ鈧粈澶愭煟閺冨浂鍤欓柛妯绘尦閺屾稑饪伴崘顓烆伃婵炴潙鍚嬮崝妤冨垝濞嗘垟鍋撻敐搴濈敖閻庣懓顦甸弻锝夊閳哄啫甯ㄧ紓渚€浜舵禍璺虹暦濠靛鐓涢柛灞剧煯閹查箖姊洪悜鈺佷壕闁告柨绉撮妴鎺楀醇閺囩喎鍓瑰銈嗘尵婵敻鎮鹃柆宥嗙厸闁告劑鍔庨崺锝嗕繆椤愩儲纭堕柍褜鍓氶崘鑽ょ磽濮樿鲸顫曢柣褍鎸稴...
- HFSS闂佽瀛╅崘鑽ょ磽濮樺崬濮柛鏇ㄥ灠閺勩儳鐥鐐村闁哥偞鐓¢幃褰掑炊瑜嶉埛鏃堟煃鐠囨彃鎮戠紒楦挎铻栭柛鏇炵仛椤ワ拷
闂佽崵濮嶉崘顭戜痪缂備浇顔婇悞锔剧矙婢舵劕绠婚柟棰佺閺呮瑩姊洪悷鐗堟儓闁绘鍔欓、姘跺箮閼恒儲娅栭柣蹇曞仩濡嫬顕i崸妤佲拻闁割偅绋戦悘杈ㄣ亜閺傛妯€妤犵偞甯″畷宄扳枎缁傗娍闂備焦鐪归崝宀€鈧凹鍓氶幈銊モ槈閵忊€虫畱闂佽姤锚椤︽壆鈧碍鐓¢獮鏍偓娑櫳戦埛鎺楁煛娴i潧鈧繈寮鍥︽勃闁芥ê顦遍惄搴ㄦ⒑閸涘﹥鐓涢柡鍛矒瀹曟垵顓兼径濠勵槯闂侀潧艌閺呮粌顩奸妸褏纾兼い鏍ㄧ箓閸氬湱绱掗鑺ャ仢鐎规洜鍏樺璺衡枎閹兾ゅ┑鐐村灦濮婄粯鎱ㄩ悽鍨殰濠㈣埖鍔曠粻鍨亜閳ユ娊鏁猄S...
- CST闁诲海鏁婚崑濠囧窗濡ゅ啩鐒婃繝闈涙-閸熷懘鏌曟径鍫濃偓妤冪矙婵犲洦鍊垫鐐茬仢閳ь剚娲熼幃锛勬崉閵婏箑顎涘銈嗘尵閸犳劕鈻撳畝鈧槐鎺斺偓锝庝憾閸庡繑銇勯妸锔剧煂闁瑰弶顨婇弫鎾绘晸閿燂拷
闂備礁鎼ˇ顖溾偓娑掓櫅鍗遍柟瀛樼贩閾忓厜鍋撻敐鍌涙珔闁伙附绮撻幃瑙勬媴缁涘娈濈紓浣介哺缁诲牆鐣峰Δ鍛╅柍鍝勫€归妴鍐煟閻樿京顦︾€殿喛娉涢蹇曟缂嶇挆闂備礁鎲¢懝鍓р偓姘嵆婵℃潙顓兼径濠勵槷闂佺粯妫侀褔宕㈤幘顔界厱婵犲﹤鍟崇€氭澘霉閸忕厧濮夌紒顔界懅閳ь剨缍嗘禍鐐碘偓鐟邦樀閺岋綁濮€閳哄啫甯ㄧ紓浣介哺缁诲牆鐣峰┑瀣厸闁稿本鐭幉楣冩椤愩垺绁╅柛瀣躬閸┾偓妞ゆ帒鍊搁弸娆撴煕閵堝棛鐭岄柍褜鍓氶崘濠氭⒔閸曨厽鏆滃鑸靛姇缁犲灚銇勯垾鎰佹晬T闂佽崵濮抽悞锕€鐣峰鈧、姗€宕ㄦ繝鍐ㄥ妳闂佸搫鍟崐褰掑汲閿燂拷...
- 闂佽绻愮换鎰偓姘嵆閵嗗倿宕奸弴鐐存К闂佹儳绻楅鏍绩閵娾晜鐓曢柍鍝勫枤閺€鐗堛亜閺傚灝顏柟椋庡█瀹曟粏顦柡宀嬫嫹
濠电偞鍨堕幐绋棵洪敐鍥╃當闁逞屽墮铻栭柛灞炬儺閹达箑围濠靛倸鎽滃畵渚€鏌涢幇顒€绾ч柛鏇㈢畺閹顦查柛銈嗙墱濡叉劕鈹戦崶銊ゆ唉濠电偛妫楀ù鐑藉及閸岀偞鍋i柛銉戝啠鎸冮梺瀹狀嚙閸氬绮欐径瀣闁规鍠氶埥澶愭⒑闂堚晞绀嬮柛鏂跨焸閹啴鎮╃粵鍦煑闂佺懓顕崑娑滅亣闂備礁鎼悧婊堝垂閸洏鈧倿顢曢敃鈧弰銉╂煟閺冣偓閻忔碍绂嶉敐澶嬪€堕柣鎰摠缁€鍐倵濮樿鲸鏆柟铏~婵嬪礈瑜忛ˇ顕€姊洪悷鎵粵闁规悂顥撶划顓㈠川閺夋垿鏁滃┑顔斤供閸撴盯寮舵禒瀣厽闁靛ǹ鍎遍褏绱掑Δ浣瑰鞍缂佸顦~婵嬵敆閸屾碍鏆忕紓浣鸿檸閸樻悂宕戦敓锟�...
- 闁诲海鏁婚崑濠囧窗濡ゅ啩鐒婃繝闈涚墔閻掑﹪鏌涢弴銊ョ伇闁哄棎鍎茬换娑㈠级閹搭厼鍓堕梺闈╃稻濡炰粙鐛▎蹇e悑闁告洦鍘鹃埢鏇㈡⒑缁洘娅囨い銏狅躬椤㈡瑩宕熼鐔风彴闂佸憡鎸嗛埀顒勫蓟閵堝鐓曟慨姗嗗墰婢э附绻涙径娑欏
闂佽崵濮甸崝锕傚储濞差亜绠梺顒€绉寸憴锕傛煕椤愮姴鍔滈柤鑼█閺岋繝宕堕妸锔剧▏闂佹眹鍊曠€氫即鐛崱娑欏亼闁告侗鍨抽ˇ顔剧磽閸屾艾鏆為柛銊ф暬瀹曡鎯旈妸銉庛儱銆掑锝呬壕濡炪倧绲芥晶搴ㄥ箯椤愶箑鐭楁俊顖氭惈绾惧潡姊洪棃娑欘棛闁煎啿鐖兼俊闈涱潩椤戣姤鐏冮梺闈涚箳婵敻鎮甸妶澶嬬厪闁糕剝娲橀ˇ宄扒庨崶褝韬€规洩缍侀弻銊р偓锝庡墰閸╁秹姊洪幐搴b槈闁哄牜鍓熷畷鐟扳堪閸涱喖鏆繛杈剧到濠€杈ㄧ珶婢舵劖鐓涚€广儱顦藉Λ鎴犵磼閵娿儲鍋ラ柡灞芥嚇閺佹捇鏁撻敓锟�...
- 濠电姰鍨归悘鍫ュ疾濠靛鍚归幖绮规閸熷懘鏌曟竟顖楀亾闁哄被鍊濋幃浠嬵敍濮樺崬顣洪梺缁樻崄濞夋洟骞忕€n噮鏁囬柍钘夋濞堝墽绱撴担鍓插剰妞ゆ垵鎳橀妴鍐ㄢ堪閸涱喖鏅抽梺璺ㄥ櫐閹凤拷
闂備胶枪缁诲牓宕濋幋婵佺細闁规鍠楅崰鍡涙煥濠靛棙顥犻柍褜鍓濇慨銈咁嚗閸曨垰鐓涢柛鎰╁妽閻ゅ洭鏌i悩杈╁妽鐎规洘锕㈤、姗€骞栨担鐟颁哗闂佺硶鍓濋崙褰掑疮閸儲鐓曟繝濠傚暢鐎氫即鏌曢崶褜妲洪柣銉邯閹虫顢涢敐鍛珬闂佽崵濮崇拋鏌ュ焵椤掆偓绾绢參寮堕挊澹濆綊鏁愰崱娆戝箵缂備浇椴哥换鍫濈暦濠靛鐓涢柍褜鍓涚槐鐐参熺捄銊ф澑濡炪倖鍔ч懙褰掑磻閹剧粯鍋勭紒瀣硶娴滐綁姊婚崒妤€浜炬繝銏e煐閻℃洜绮堢€n亖妲堥柟缁㈠灠娴滈箖姊洪崨濠呭缂佸纾Σ鎰邦敇閻樼數鐓嬮梺閫炲苯澧撮柟顖氬暣瀹曠喖顢曢悩鍗炲毐缂傚倷鐒﹀畷姗€宕曟繝姘兼晩闁哄洨濮垫刊濂告煃閵夈儱甯犵紒鎲嬬悼缁辨帞鈧綆浜堕崕蹇曠磼濡炶浜�...
- 闂備礁缍婂ḿ褔顢栭崱妞绘敠闁逞屽墮椤潡宕瑰☉娆愮彇闂佹悶鍊曞ù鐑藉箯鐎n喖绠查柟浼存涧閹線姊虹化鏇熸珖妞ゃ垹锕、娆撳礋椤栨碍鐎┑鐐叉閸ㄧ喖寮婚敓锟�
闂備胶枪缁诲牓宕濋幋婵佺細闁规鍠楁刊濂告煠閼测晝绀嬮柟鐑橆殔缁犮儵鎮楅敐搴′簼缂併劍鑹鹃…鍧楀垂濞戞瑦鐝栭梺鎼炲€曞ù鐑藉箯鐎n喖绠查柟浼存涧閹線姊洪崨濠勭煀闁兼椿鍨虫禍鎼侇敋閳ь剟寮绘繝鍌ゅ悑闁搞儯鍔嶅В鍕煟閻樿精顒熼柛銊ф暬椤㈡瑩寮撮悩鍐差€涢梺瀹犳閹虫劗绮堟径濞㈡棃宕掑ù顒佸灩缁晠鎳¢妶鍡楁瀭闂佺硶鍓濇笟妤呭汲閵夆晜鐓忛柛鈩冩礃椤﹂绱掑Δ浣瑰暗闁逞屽墰椤㈠﹪宕洪弽褜鍟呴悹鎭掑妽鐎氭艾菐閸ャ劌顣抽柛瀣尰閹峰懘宕妷锔界钒濠电偞鎸婚懝楣冾敄閸儺鏁婂璺烘湰閸犲棝鏌ㄥ┑鍡楁殜闁稿鎸婚幏鍛存倻濡厧鍤遍梺鑽ゅ枑閻熴儵宕愰悷鎷旓絽螖閸愶絽浜炬繛鎴f珪鐎氾拷...
栏目分类