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AVR软USB接口在数据采集系统中应用 　　【摘要】利用AVR单片机ATmega8软USB虚拟RS232接口技术，通过单片机内置A/D转换器对模拟量数据采集，取代以RS232标准接口模拟量数据采集器。利用现有软件资源，实现USB软接口多点模拟量数据采集功能。硬件电路简单、性能稳定可靠。解决了传统的RS232接口数据采集器诸多问题。在设计AVR软USB接口固件（ATmega8单片机程序）时，USB接口参数配置按USB-isp（同样是AVR软USB虚拟RS232接口）下载线设置；并在PC机系统中安装其虚拟串口驱动程序。能支持PC机WIN7和XP等操作系统。 　　【关键词】USB；接口；A/D转换；数据采集 　　1.引言 　　在电力生产和电气测试工作中经常需要用便携式PC机通过接口采集和处理数据。常用的带RS232串口的数据采集器，不允许带电（热）拔插，使用很不方便。而且现在大部分的PC机不带RS232接口，尤其是便携式机。取而代之的是USB接口。目前AVR单片机USB软接口技术应用的很普遍，最旱是ATMEL公司在《AVR309 Software Universal Serial Bus》一文中，详细介绍了使用AVR单片机的普通IO口来实现USB接口功能；同时介绍了ATmega8程序（固件）的编程方法，并提供全部汇编程序源代码。在源码的基础上，笔者通过参阅和分析不同作者各种版本的USB软接口固件（原程序）进行优化组合，更改和删除一部份程序后，性能有很大的提高。CPU占用率比源码程序低得多。AVR单片机ATmega8具备AVR高档单片机性能和特点，而价格仅与低档单片机相当。其内置多路A/D转换器满足模拟数据采集需要。 　　2.ATmega8单片机 　　ATmega8是ATMEL公司AVR系列单片机。采用低功耗CMOS工艺生产的基于AVR RISC结构的8位单片机，大多数指令执行时间为单个周期。内有10位精度的逐次逼近型ADC。ADC与一个8通道的模拟多路复用器连接，能对来自端口C的8路单端输入电压进行采样。单端电压输入以0V（GND）为基准。ADC包括一个采样保持电路，以确保在转换过程中输入到ADC的电压保持恒定。ADC由AVCC引脚单独提供电源。AVCC与VCC之间的偏差不能超过±0.3V。器件之内有标称值为2.56V和AVCC基准电压。基准电压可以通过在AREF引脚上加一个电容进行解耦，以更好地抑制噪声。AVR单片机的系统内可编程特性，无需购买昂贵的仿真器和编程器也可进行单片机嵌入式系统的设计和开发；同时也为单片机的初学者提供了非常方便和简捷的学习开发环境。而且在省电性能、稳定性、抗干扰性以及灵活性方面考虑得更加周全和完善。ATmega8单片机与其它单片机比较而言，简便易用、费用低，相对进入AVR系列单片机开发的门槛也低，软件资源丰富，程序容易开发。由于Atmega8单片机是常用芯片，本文对其特性、内部结构、引脚说明等不做介绍。 　　3.硬件电路 　　基于ATmega8的USB软接口数据采集硬件电路非常简单。以ATmega8单片机为核心，加上少量的外部元件构成（如图1所示）。 　　图1 USB软接口数据采集电路图 　　图1中USB数据线D-上的上拉电阻R3用于主机识别低速USB设备（USB规范中定义）。12MHz晶体和两个20p的电容组成单片机运行所必须的时钟（USB一个数据位有8个时钟周期）。 　　D+连接到PD2，同时也是INT0引脚。D-连接到PD3。电阻R1、R2起到限流和保护作用，防止在意外情况下损坏计算机的USB端口或单片机的端口。单片机所需的电源Vcc由USB口输出5V电源直接供电。因为在USB规范中规定数据线D+和D-上的电平范围是3.0V至3.6V，D1和D2是3.6V稳压二极管，用于限制数据线上的电平。图中LED1和R4为电源指示电路。LEDa1-LEDa6、Ra1-Ra6为A/D转换通道指示电路。L1、C3、C4按ATmega8产品说明手册A/D转换精度要求设置。Ri1-Ri6、Ci1-Ci6为模拟信号采样输入设置，其电路和参数根据不同输入要求而改变。图中J2是模拟信号采样输入端，可接入单端0-2.56V、0-5V输入模拟信号。测量交流电参数需要对交流电信号处理后输入；如要测量差动模拟信号需要改变输入采样电路。并将单片机ATmega8改用ATmega16，ATmega16的A/D转换可单端输入也可差分输入；还有2路可选增益为10倍与200倍的差分输入通道；就是多了几个引脚，电路图有所变化；单片机软件可兼容和移植，并增加几条有关A/D转换差动输入和数据处理的指令。如需要请参阅ATmega16产品说明手册（ATMEL公司网站可下载）。 　　4.ATmega8单片机程序（固件）