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USB 接口技术在外置式采样系统中的应用接口技术在外置式采样系统中的应用 接口技术在外置式采样系统中的应用接口技术在外置式采样系统中的应用 作者：作者：刘彤 周功业 倪浆铭 日期：日期：2000-7-1 作者：作者： 日期：日期： 一、前言： 中高速、高精度连续采样系统由于采集的数据量大，通常将控制和数据通 道部分做成板卡的形式，占用 PC的一个 ISA或PCI总线扩展槽，通过 ISA或PCI 总线的高速数据传输率（往往通过上述总线的 DMA模式）实现 PC与采样系统的 大容量数据交换。但是，这种内置式形式很容易受到 PC机箱内高频干扰的影响， 降低系统的采样精度和稳定性。如果能够将整个系统做成外置式形式，不仅能够 提高系统的采样精度和稳定性，还能增强系统的灵活性，同时还有利于系统的维 护。 普通的外置式采样系统一般通过 RS-232C 与 PC 连接，由于 PC机的限制， RS-232C 最高数据传输率不超过 115KBPS（基于串口芯片 16550，如基于 8250， 则最高仅有 9600BPS），同时传输的距离也不会超过 15米。对于中高速、高精 度连续采样系统，其每秒的数据传输量最小为（100kHz 采样率，10位采样精度）： 100K×10=1000K，若 RS-232C 以 115KBPS 与采样系统交换数据，则需约 1000K/115K=8.7s 的传输时间，采样系统与PC接口速度的瓶颈作用会导致一部 分数据的丢失，失去连续采样的意义。因此，提高 PC与外置式采样系统数据通 道的流量是实现外置式中高速、高精度连续采样系统的关键。随着计算机软硬技 术的不断发展，新一代通用串行总线接口的优良特性给我们提供了极佳的解决方 案。 二、USB接口的特点： USB技术由三部分组成：具有 USB接口的 PC系统、能够支持 USB的系统软 件和使用 USB接口的设备。现在，586以上的 PC机大多数都具有 USB接口，微 软推出的 WIN98 操作系统也全面支持 USB设备。USB设备受到人们的瞩目，是由 于USB不仅改变了以往串行总线低速的局面，同时还引入许多串行总线技术不具 有的新特性。USB 1.1 规范支持低速 1.5Mb/s 和高速 24Mb/s 的数据传输率。 USB总线控制协议要求在数据发送时含有 3个描叙数据类型、发送方向和 终止标志、USB设备地址的数据包，因此，USB可通过菊花链的形式同时挂接多 个USB设备。USB设备在发送数据时支持数据侦错和纠错功能，增强了数据传输 的可靠性。USB还具有一些新的特性，如：共享性（一个物理设备可以使用许多 不同的 pipe）、实时性（可以实现和一个设备之间有效的实时通信）、动态性 （可以实现接口间的动态切换）、联合性（不同的而又有相近的特性的接口可以 联合起来）、多能性（各个不同的接口可以使用不同的供电模式）、自动性（缺 省的 pipe的使用使基系统的建立和配置变得自动并且快速）。 三、外置式采样系统的硬软件设计： 采用 INTEL 公司的 8X930AX 系列的 USB控制器作为采样系统的控制芯片， 该芯片是以广泛流行的 8XC251SX系列的微控制器为 MCU核心，因此，它使用与 MCS51 兼容的 MCS251 的指令系统。该芯片工作在 12MHz 的工作频率，具有 11个 中断源，其中有三个分配给 USB设备。该芯片集成的 USB接口符合 USB 1.0标准， 支持高速（12MBPS）和低速（1.5MBPS）的数据传输率，并可工作在同步和异步 这两种数据传输方式下。8X930AX 除了增加了 USB接口外，同时也在 8XC251SX 基础上作了许多大的改进，如 1K的片上数据 RAM，支持高达 256K外部程序/数 据存储空间，片上 ROM可最高达到 8K容量，为采样系统的开发提供了许多便利 之处。对熟悉 MCS-51 单片机系统的开发人员可非常迅速掌握该芯片的程序设计 工作。本系统的硬件设计框图如图 1所示。 图1:外置式采样系统的硬件框图 传感器部分可根据所采量的特点选择设计，对于需长距离传输的模拟量最 好采用电流传输的方式，也就是将采样处的各种环境量（如温度，湿度，压力等） 通过变换为电