專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于單片機(jī)的多功能usb數(shù)據(jù)采集設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種數(shù)據(jù)采集設(shè)備，尤其涉及一種采用通用串行總線(USB)接口、由單片機(jī)控制具有高速傳輸功能的數(shù)據(jù)采集設(shè)備。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，數(shù)據(jù)采集及其應(yīng)用受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注，數(shù)據(jù)采集卡也有了快速發(fā)展，它可以廣泛的應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。目前，國(guó)內(nèi)外的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)常用的數(shù)據(jù)采集卡一般為RS-232接口、RS-485接口、PCI接口、ISA接口的數(shù)據(jù)采集卡等。這些數(shù)據(jù)采集卡雖然有各自的優(yōu)點(diǎn)，但是也有各自的缺點(diǎn)。例如RS_232接口和RS-485接口的數(shù)據(jù)采集卡傳輸速度較慢，而PCI接口和ISA接口的數(shù)據(jù)采集卡需要插在控制主機(jī)的PCI插槽或ISA插槽上，受計(jì)算機(jī)插槽數(shù)量、地址、中斷資源限制，安裝麻煩、使用不方便、可擴(kuò)展性差，在一些電磁干擾性強(qiáng)的測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)，無(wú)法專(zhuān)門(mén)對(duì)其做電磁屏蔽，導(dǎo)致采集的數(shù)據(jù)失真等缺點(diǎn)。此外，上 述采集卡通常以微型機(jī)為核心，相對(duì)于以單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，存在成本高、傳輸速度慢、擴(kuò)展性不強(qiáng)等缺點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于單片機(jī)的多功能USB數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其采用USB接口、由單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)采集信息的高速傳輸，從而解決目前數(shù)據(jù)采集設(shè)備傳輸速度慢、使用不方便、成本較高等缺陷。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)手段是，一種基于單片機(jī)的多功能USB數(shù)據(jù)采集設(shè)備，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的模數(shù)轉(zhuǎn)換器；具有USB接口的USB控制電路，通過(guò)USB接口連接上位控制單元；單片機(jī)，分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換器和USB控制電路相連接，用于接收模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量，并控制USB控制電路將數(shù)字量通過(guò)USB接口傳送至上位控制單元，接收上位控制單元通過(guò)USB接口傳送的控制指令。優(yōu)選地，所述單片機(jī)采用STC12C5202AD系列單片機(jī)。優(yōu)選地，所述USB控制電路采用PL2303HX芯片。優(yōu)選地，所述上位控制單元設(shè)置有USB加密狗，包括設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊和應(yīng)用顯示模塊。優(yōu)選地，所述上位控制單元還包括真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生模塊。本實(shí)用新型具有高速信息傳輸、安裝方便、支持即插即用、易于擴(kuò)展、電磁干擾小、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)；上位控制單元設(shè)置USB加密狗，可以提高采集設(shè)備的安全性能，保護(hù)應(yīng)用軟件不被盜版；本實(shí)用新型還可以作為真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器，真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生頻率可達(dá)到2M次/s ;本實(shí)用新型可廣泛運(yùn)用于通信、遙感、智能儀器儀表、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域。
以下結(jié)合附圖
和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。[0011]圖I為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的電路連接示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖I所示的一種基于單片機(jī)的多功能USB數(shù)據(jù)采集設(shè)備，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的模數(shù)轉(zhuǎn)換器；具有USB接口的USB控制電路，通過(guò)USB接口連接上位控制單元；單片機(jī)，分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換器和USB控制電路相連接，用于接收模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量，并控制USB控制電路將數(shù)字量通過(guò)USB接口傳送至上位控制單元，接收上位控制單元通過(guò)USB接口傳送的控制指令。工作過(guò)程由傳感器采集的多路信號(hào)經(jīng)調(diào)制電路放大、濾波等處理后，以8位或16位的模擬信號(hào)進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器，由單片機(jī)控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行多通道選擇，被選中的通道模擬信號(hào)進(jìn)行模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量進(jìn)入單片機(jī)并暫存；然后由USB控制電路將數(shù)字量傳遞給上位控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯示，同時(shí)將上位控制單元發(fā)出的控制信號(hào)通過(guò)USB控制電路的USB接口傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)。上位控制單元包括設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊和應(yīng)用顯示模塊。設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊主要功能是初始化硬件，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，模數(shù)轉(zhuǎn)換，完成和上位控制機(jī)的數(shù)據(jù)交互，驅(qū)動(dòng)采用的芯片，完成采集過(guò)程和數(shù)據(jù)上傳。應(yīng)用顯示模塊用于與數(shù)據(jù)采集設(shè)備通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的接收、存儲(chǔ)和顯示。上位控制單元設(shè)置USB加密狗，可以提高采集卡的安全性能，保護(hù)軟件不被盜版。上位控制單元還包括正隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生模塊，在本實(shí)施例中數(shù)據(jù)采集是將0-5V模擬電壓值轉(zhuǎn)換為0-255數(shù)字值，但是由于轉(zhuǎn)換精度較低，USB電壓有不穩(wěn)定擾動(dòng)，加之電路設(shè)計(jì)中輸入端會(huì)有耦合噪聲，都會(huì)導(dǎo)致誤差存在。因此0X00-0XFF的最后一位具有隨機(jī)性，將其取出進(jìn)行奇偶判斷，每8位組成一個(gè)字節(jié)，即為輸出的隨機(jī)數(shù)。模數(shù)轉(zhuǎn)換為25萬(wàn)次/s，有8路模數(shù)采樣通道，所以正隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生模塊最快可以采集隨機(jī)數(shù)2M次/S。圖2所示為本實(shí)用新型實(shí)施例的電路連接示意圖，單片機(jī)采用STC宏晶科技提供的STC12C5202AD系列單片機(jī)，該器件包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，如中央處理器、程序存儲(chǔ)器\數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、定時(shí)\計(jì)數(shù)器、UART串口、IO接口、高速AD轉(zhuǎn)換、看門(mén)狗及片內(nèi)R/C振蕩器和外部晶體振蕩電路等模塊。USB控制電路采用Prolific公司生產(chǎn)的PL2303HX芯片，該器件作為USB/RS232雙向轉(zhuǎn)換器，一方面從上位控制單元接收USB數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為RS232信息流格式發(fā)送給單片機(jī)；另一方面從RS232單片機(jī)接收數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為USB數(shù)據(jù)格式傳送回上位控制單元。本實(shí)用新型通過(guò)USB供電，即USB控制電路中的+5V和GND端。上述實(shí)施例不作為對(duì)本實(shí)用新型的限定，凡在本實(shí)用新型的范圍內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種基于單片機(jī)的多功能USB數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其特征在于包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的模數(shù)轉(zhuǎn)換器；具有USB接口的USB控制電路，通過(guò)USB接口連接上位控制單元；單片機(jī)，分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換器和USB控制電路相連接，用于接收模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量，并控制USB控制電路將數(shù)字量通過(guò)USB接口傳送至上位控制單元，接收上位控制單元通過(guò)USB接口傳送的控制指令。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于單片機(jī)的多功能USB數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其特征在于，所述單片機(jī)采用STC12C5202AD系列單片機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于單片機(jī)的多功能USB數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其特征在于，所述USB控制電路采用PL2303HX芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于單片機(jī)的多功能USB數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其特征在于，所述上位控制單元設(shè)置有USB加密狗，包括設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊和應(yīng)用顯示模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于單片機(jī)的多功能USB數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其特征在于，所述上位控制單元還包括真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生模塊。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于單片機(jī)的多功能USB數(shù)據(jù)采集設(shè)備，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的模數(shù)轉(zhuǎn)換器；具有USB接口的USB控制電路，通過(guò)USB接口連接上位控制單元；單片機(jī)，分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換器和USB控制電路相連接，用于接收模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量，并控制USB控制電路將數(shù)字量通過(guò)USB接口傳送至上位控制單元，接收上位控制單元通過(guò)USB接口傳送的控制指令。本實(shí)用新型采用USB接口、由單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)采集信息的高速傳輸，具有安裝方便、支持熱插拔、易于擴(kuò)展、電磁干擾小、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)；并且還可以作為真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和控制等眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G06F13/38GK202584112SQ2012201599
公開(kāi)日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月17日
發(fā)明者王建新, 張克軍, 周長(zhǎng)春, 姚棟, 隋美麗, 高獻(xiàn)偉, 李秀瀅, 周玉坤, 陳漢林, 靳濟(jì)方, 趙成 申請(qǐng)人:北京電子科技學(xué)院