.董学亮-基于USB总线和89C51单片机的数据采集系统设计.docVIP

河南科技学院 200届本科毕业论文（设计） 论文题目 学生姓名： 所在院系：机电学院 所学专业： 导师姓名： 完成时间：200年 月摘要 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 host computer. 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 2.1 设计思路 1 2.2 设计方框图 1 3 数据采集设计 2 3.1 模拟信号的多路选择 2 3.2 多路开关原理 2 3.3 A/D转换介绍 3 3.3.1 分辨率 3 3.3.2 误差和精度 4 3.3.3 转换速率 4 3.3.4 A/D转换的方法 4 3.4 数据采样电路 4 4 单片机介绍 6 4.1 单片机的基本组成 6 4.2 单片机引脚及功能 6 5 USB接口电路设计 7 5.1 USB芯片内部结构 8 5.1.1 端点0 8 5.1.2 端点1 9 5.1.3 端点2 9 5.1.4 外部固件参考流程 9 5.2 USB芯片与单片机的接口电路 10 5.3 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，常常要对各种数据进行采集，现在常用的采集方式是在PC机或工控机内安装数据采集卡，如A/D卡RS-422卡RS-485卡。采集卡不仅安装麻烦，易受机箱内，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。通用串行总线(Universal Serial Bus，简称USB) 设计了基于USB总线的数据采集很好地解决以上这些冲突。2 总体方案设计 2.1 设计思路 本设计主要包括三部分：数据采集部分，和。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AT89C51USB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。多路模拟选择一路信号进行滤波、放大、A/D转换后送至单片机的寄存器。。2.2 设计方框图 图1 设计方框图 3 数据采集设计 3.1 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，存到寄存器中电路送到。当地址线为8位是，最多可达2的8次方256路。如不采用数据选择方案，则所需的隔离放大器、A/D转换器也将多达256个。 3.2 多路开关原理 多路开关是切换数字信号和模拟信号的器件，也称多路转换器或多路复用器，记为MUX，能切换数字信号的多路开关也称数据选择和数据分配器;能切换模拟信号的多路开关也称多路模拟开关，模拟开关同时也能切换数字信号。早期的多路开关曾采用继电器，但它有速度慢、体积大、噪声大、使用寿命短等缺点。现在的数据采用电路中多采用集成的多路开关，典