usb的数据采集系统设计(附件)【字数：8563】
摘 要本设计介绍了一种基于USB总线的数据采集系统的设计方法,在USB主机方式下,以STC12C5A60S2与CH375芯片为主的数据采集系统进行了硬件设计和软件编程，并在此设计的基础上给出相应的原理图。硬件设计主要解决的是CH375芯片与STC12C5A60S2单片机接口电路的处理，软件设计则是解决串口初始化和ADC初始化，编写应用程序。数据读写只需要几条指令，而不需要具体了解USB通讯协议，从而大大方便客户。本文的研究设计成果为今后研究基于USB接口的测控系统及相关项目奠定了坚实的基础，达到了课题的研究目的。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 选题背景 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 设计内容 1
第二章 系统的设计方案 2
2.1设计要求 2
2.2 系统设计方案比较 2
第三章 系统硬件设计 4
3.1芯片的选择 4
3.2 最小单片机系统 5
3.3 ADC采集 6
3.4 电源电路 6
3.5 串口 6
3.6 按键电路 7
3.7 复位电路 7
第四章 系统软件设计 8
4.1开发工具 8
4.2 初始化程序 9
4.3 主程序 9
4.4 AD转换子程序 10
4.5 串口程序 11
4.6 按键程序 11
第五章 系统调试 13
5.1 硬件调试 13
5.2 软件调试 14
结束语 16
致谢 17
附录A 原理图 19
附录B 部分源程序 20
第一章 绪论
1.1 选题背景
随着现代科技的发展创新，单片机越来越多的被作为开发工具应用于大量的工业和生活应用中。尤其是在工业方面，电子设备更新速度迅猛，在计算机时代人们无不追求着方便快捷而且正确性高的办事效率。而USB，作为数据采集的开发设备，USB是串口通用总线的一种计算机接口规范简称。因其运行速 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
度快，拓展性能高，USB解决了广大用户怎样方便快速的把数据传给电脑的难题，所以饱受用户的青睐。
1.2 国内外研究现状
近年来，国内外许多公司纷纷推出了USB接口的数据采集系统设计，在不同条件、不同环境下对USB数据采集产品的要求是不一样的。其中最著名的是美国半导体公司开发的一款的USB数据采集卡，美国半导体公司在2006年6月推出了采样率高达1.25MB/S的M系列USB2.0总线的数据采集设备[13]。这些新器件不仅能提供高速率的数据采集功能，同时也是一种强大的测量服务性的软件，从而能够简化编程以及系统设置。数据采集设备主要只包括USB2.0高速交互式数据记录软件。但是，半导体公司的USB数据采集卡系列产品的价格是非常昂贵的。
近年来，国内也有不少公司也都纷纷开始研发基于USB接口的数据采集卡，而这些产品大多是采用USB1.1协议规范，数据传输速率低于USB2.0，从而限制了采样速率，现在USB接口的开发和应用还赶不上串行端口、并行端口等传统设备，这些设备的使用主要局限于指定一些标准的PC外围设备，如U盘、键盘、鼠标等。这主要是因为作为一个新的技术和新的标准，USB规范更加复杂的，相应的技术支持比较少，应用程序开发人员都不是很了解，USB接口作为通用I/O接口使用有一定硬件和软件的开发难度。
1.3 设计内容
本设计采用了USB接口技术，在USB主机方式下，通过CH375芯片能直接调用CH375程序库的功能，从U盘读入数据，并进行模数转换传递给单片机，再通过串口的下载功能，加载给计算机，实现通信功能。本次设计采用了USB总线上电的方式，而不是RS232串行总线的方法。依照USB协议进行相关通信，下载到计算机，验证其准确信。硬件设计采用的是STC12C5A60S2单片机和CH375芯片接口相连接的方式，通过芯片的采样功能进行A/D转换，将数据存储在单片机中，通过串口下载，加载到计算机验证其准确性。完成单片机的硬件设计和软件编程，并给出相应的文字介绍[27]。对CH375芯片与单片机分别作出详细的介绍和相关电路图，设计流程图并完成程序编译，再对其进行完整的系统调试，验证其数据传递的准确性。对于数据的读写只需要几条指令，而不需要对USB通讯协议有具体的了解，从而大大方便了客户。相信USB因其支持热插拔的特性和性价比高且实用性强的特点，会在以后的生活和科技中受到更多的推广和广大用户的喜爱。
第二章 系统的设计方案
2.1设计要求
基于单片机和USB接口芯片设计出一个能进行数据采集的单片机模块，能将U盘的数据写入并保存至单片机内部。通过A/D采集数据，并进行处理。单片机读写数据后，由USBHOST存储方式将数据通过串口下载，输送到U盘中，再由计算机显示验证读写功能的准确性。
预期目标：掌握单片机的最小系统设计，完成相应软硬件的调试，实现单片机与U盘大量数据快速且准确的双向传递。
2.2 系统设计方案比较
方案一：
这次设计使用USB总线供电，芯片选用USB通用芯片和通用型51单片机，其硬件由复位电路、电源电路、模拟信号输入调理电路、模拟信号输出调理电路、通信电路、状态电路和MCU组成[15]。将模拟信号通过整形滤波，调理输出成数字信号，通过状态显示出信号。其优点在于有状态电路，对主机的工作状态和U盘的状态进行显示，极大的方便了用户进行数据的传输，工作性能高。缺点在于开发工具为集成度高的器件，成本过高，还得对USB2.0标准模块进行熟练运用，掌握牢靠。系统框图如图21所示。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 选题背景 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 设计内容 1
第二章 系统的设计方案 2
2.1设计要求 2
2.2 系统设计方案比较 2
第三章 系统硬件设计 4
3.1芯片的选择 4
3.2 最小单片机系统 5
3.3 ADC采集 6
3.4 电源电路 6
3.5 串口 6
3.6 按键电路 7
3.7 复位电路 7
第四章 系统软件设计 8
4.1开发工具 8
4.2 初始化程序 9
4.3 主程序 9
4.4 AD转换子程序 10
4.5 串口程序 11
4.6 按键程序 11
第五章 系统调试 13
5.1 硬件调试 13
5.2 软件调试 14
结束语 16
致谢 17
附录A 原理图 19
附录B 部分源程序 20
第一章 绪论
1.1 选题背景
随着现代科技的发展创新，单片机越来越多的被作为开发工具应用于大量的工业和生活应用中。尤其是在工业方面，电子设备更新速度迅猛，在计算机时代人们无不追求着方便快捷而且正确性高的办事效率。而USB，作为数据采集的开发设备，USB是串口通用总线的一种计算机接口规范简称。因其运行速 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
度快，拓展性能高，USB解决了广大用户怎样方便快速的把数据传给电脑的难题，所以饱受用户的青睐。
1.2 国内外研究现状
近年来，国内外许多公司纷纷推出了USB接口的数据采集系统设计，在不同条件、不同环境下对USB数据采集产品的要求是不一样的。其中最著名的是美国半导体公司开发的一款的USB数据采集卡，美国半导体公司在2006年6月推出了采样率高达1.25MB/S的M系列USB2.0总线的数据采集设备[13]。这些新器件不仅能提供高速率的数据采集功能，同时也是一种强大的测量服务性的软件，从而能够简化编程以及系统设置。数据采集设备主要只包括USB2.0高速交互式数据记录软件。但是，半导体公司的USB数据采集卡系列产品的价格是非常昂贵的。
近年来，国内也有不少公司也都纷纷开始研发基于USB接口的数据采集卡，而这些产品大多是采用USB1.1协议规范，数据传输速率低于USB2.0，从而限制了采样速率，现在USB接口的开发和应用还赶不上串行端口、并行端口等传统设备，这些设备的使用主要局限于指定一些标准的PC外围设备，如U盘、键盘、鼠标等。这主要是因为作为一个新的技术和新的标准，USB规范更加复杂的，相应的技术支持比较少，应用程序开发人员都不是很了解，USB接口作为通用I/O接口使用有一定硬件和软件的开发难度。
1.3 设计内容
本设计采用了USB接口技术，在USB主机方式下，通过CH375芯片能直接调用CH375程序库的功能，从U盘读入数据，并进行模数转换传递给单片机，再通过串口的下载功能，加载给计算机，实现通信功能。本次设计采用了USB总线上电的方式，而不是RS232串行总线的方法。依照USB协议进行相关通信，下载到计算机，验证其准确信。硬件设计采用的是STC12C5A60S2单片机和CH375芯片接口相连接的方式，通过芯片的采样功能进行A/D转换，将数据存储在单片机中，通过串口下载，加载到计算机验证其准确性。完成单片机的硬件设计和软件编程，并给出相应的文字介绍[27]。对CH375芯片与单片机分别作出详细的介绍和相关电路图，设计流程图并完成程序编译，再对其进行完整的系统调试，验证其数据传递的准确性。对于数据的读写只需要几条指令，而不需要对USB通讯协议有具体的了解，从而大大方便了客户。相信USB因其支持热插拔的特性和性价比高且实用性强的特点，会在以后的生活和科技中受到更多的推广和广大用户的喜爱。
第二章 系统的设计方案
2.1设计要求
基于单片机和USB接口芯片设计出一个能进行数据采集的单片机模块，能将U盘的数据写入并保存至单片机内部。通过A/D采集数据，并进行处理。单片机读写数据后，由USBHOST存储方式将数据通过串口下载，输送到U盘中，再由计算机显示验证读写功能的准确性。
预期目标：掌握单片机的最小系统设计，完成相应软硬件的调试，实现单片机与U盘大量数据快速且准确的双向传递。
2.2 系统设计方案比较
方案一：
这次设计使用USB总线供电，芯片选用USB通用芯片和通用型51单片机，其硬件由复位电路、电源电路、模拟信号输入调理电路、模拟信号输出调理电路、通信电路、状态电路和MCU组成[15]。将模拟信号通过整形滤波，调理输出成数字信号，通过状态显示出信号。其优点在于有状态电路，对主机的工作状态和U盘的状态进行显示，极大的方便了用户进行数据的传输，工作性能高。缺点在于开发工具为集成度高的器件，成本过高，还得对USB2.0标准模块进行熟练运用，掌握牢靠。系统框图如图21所示。
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