歡迎: | 您已成功登錄: 進入管理 退出登錄 收藏該商鋪
行業(yè)產(chǎn)品
金湖源儀儀器儀表有限公司
熱量表 流量計 流量控制儀 流量開關(guān) 燃氣表 流量傳感器 水表 流量裝置 其它流量儀表
熱電偶 溫度計 控制顯示儀 溫度變送器 熱電阻 其它附屬裝置
粒度儀 電子測量 通信測試 量具量儀 探測儀 天平/衡器 光學(xué)測量 表面測量儀器 長度計量儀器 其它測量
液體分析儀表 太陽能儀表 電化學(xué)儀表 氣體檢測|氣體分析儀 環(huán)境檢測 輻射測量儀器 應(yīng)急/車載 色譜儀 生物質(zhì)譜儀 光譜儀 X射線儀器 熱分析儀 波譜儀 元素分析 水分測定儀
顯示儀表 記錄儀 PID調(diào)節(jié)器 巡檢儀 手操器 報警器 隔離變送類 其它數(shù)顯儀表
壓力開關(guān) 壓力變送器 壓力計 壓力表 壓力傳感器 壓力檢測系統(tǒng) 調(diào)壓器 其它壓力儀表
物位計 料位計 液位計 其它液/物位儀表
執(zhí)行器 閥門儀表 泵類儀表 執(zhí)行機構(gòu) 其它泵閥附件
電表 電力設(shè)備 電力測試儀 電線電纜 防靜電產(chǎn)品 其它電工儀表
細胞生物學(xué)儀器 微生物檢測儀器 分子生物學(xué)儀器 生物工程設(shè)備 植物生理儀器 動物實驗儀器 檢驗儀器 培養(yǎng)設(shè)備 成像系統(tǒng) 芯片系統(tǒng) 其它生命科學(xué)儀器
反應(yīng)器,反應(yīng)釜 檢測儀器 振蕩/乳化/攪拌/搖床 科教儀器 合成設(shè)備 生物儀器 氣體發(fā)生/處理 試驗機械 實驗室家具 液體處理設(shè)備 粉碎設(shè)備 恒溫/加熱/干燥設(shè)備 混合/分散設(shè)備 純化設(shè)備 分離/萃取設(shè)備
壓力校驗 溫度校準 信號校驗 電力校驗 控制儀表 其它校驗
PLC DCS PAC/PLMC CPCI/PXI SCADA 自動化軟件 工業(yè)以太網(wǎng) 人機界面平臺 現(xiàn)場總線 工控機 機械傳動 運動控制 無線通訊 嵌入式系統(tǒng) 控制系統(tǒng)
制熱設(shè)備 制冷設(shè)備 橡塑加工機械 制藥機械 農(nóng)機設(shè)備 食品機械設(shè)備 建筑工程機械 包裝印刷機械 機床模具 造紙設(shè)備 其它機械設(shè)備
繼電器 電阻器 電源 變壓/互感器 變頻器 傳感/變送器 開關(guān)類 二極管 三極管 電容器 電感器 電子管 斷路器 集成電路 連接器
產(chǎn)品分類 品牌分類
經(jīng)營模式：生產(chǎn)廠家
商鋪產(chǎn)品：196條
所在地區(qū)：江蘇淮安市
聯(lián)系人：閔志勇 （經(jīng)理）
閱讀：26發(fā)布時間：2025-12-11
摘要：介紹了一種基于ＵＳＢ總線的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，討論了ＵＳＢ控制器ＥＺ－ＵＳＢＦＸ２ＣＹ７Ｃ６８０１３ 的性能及傳輸方式給出了該系統(tǒng)的硬件和基于ＧＰＩＦ主控方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖O(shè)計方法。關(guān)鍵詞：ＵＳＢ；數(shù)據(jù)采集；ＥＺ－ＵＳＢ ＦＸ２；ＧＰＩＦ１ 引言現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究對數(shù)據(jù)采集的要求日益提高。目前比較通用的是在ＰＣ或工控機內(nèi)安裝數(shù)據(jù)采集卡（如Ａ／Ｄ卡及４２２、４８５卡）。但這些數(shù)據(jù)采集設(shè)備存在以下缺陷：安裝麻煩、價格昂貴、受計算機插槽數(shù)量、地址、中斷資源的限制，可擴展性差，同時在一些電磁干擾性強的測試現(xiàn)場，可能無法專門對其作電磁屏蔽，從而導(dǎo)致采集的數(shù)據(jù)失真。傳統(tǒng)的外設(shè)與主機的通訊接口一般是基于ＰＣＩ總線、ＩＳＡ總線或者是ＲＳ－２３２Ｃ串行總線。ＰＣＩ總線雖然具有較高的傳輸速度（１３２Ｍｂｐｓ），并支持“即插即用”功能，但其缺點是插拔麻煩，且擴展槽有限（一般為５～６個），ＩＳＡ總線顯然存在同樣的問題。ＲＳ－２３２Ｃ串行總線雖然連結(jié)簡單，但其傳輸速度慢（５６ｋｂｐｓ），且主機的串口數(shù)目也有限。通用串行總線（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ，簡稱ＵＳＢ）是１９９５年康柏、微軟、ＩＢＭ、ＤＥＣ等公司為了解決傳統(tǒng)總線的不足，而推出的一種新型串行通信標準。該總線接口具有安裝方便、高帶寬、易擴展等優(yōu)點，已經(jīng)逐漸成為現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)展趨勢。基于ＵＳＢ的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)充分利用ＵＳＢ總線的上述優(yōu)點，有效地解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的缺陷。ＵＳＢ的規(guī)范能針對不同的性能價格比要求提供不同的選擇，以滿足不同的系統(tǒng)和部件及相應(yīng)不同的功能，從而給使用帶來極大方便。
２ 系統(tǒng)介紹２．１ 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能常見的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件總體結(jié)構(gòu)如圖１所示。其中數(shù)據(jù)采集接口卡是硬件部分的核心，它包括Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器、微控制器、ＵＳＢ通信接口等。在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中由于現(xiàn)場輸入信號是高頻模擬信號，因而信號的變化范圍都比較大如果采用單一的增益放大那么放大以后的信號幅值有可能超過Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換的量程所以必須根據(jù)信號的變化相應(yīng)地調(diào)整放大器的增益。在自動化程度較高的系統(tǒng)中希望能夠在程序中用軟件控制放大器的增益ＡＤ８３２１正是這樣一種具有增益可編程功能的芯片。ＡＤ８３２１是美國ＡＤ公司生產(chǎn)的一種增益可編程線性驅(qū)動器。它具有頻帶寬、噪聲低、增益可編程且易于與單片機進行串行通信等優(yōu)點，十分適合在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中做前置放大。經(jīng)過調(diào)理后的信號可送入模／數(shù)變換器（ＡＤＣ）進行Ａ／Ｄ變換。筆者選用的ＡＤＣ是ＴＬＣ５５４０，它是一種高速８位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，能以高達每秒４０Ｍ的采樣速率進行轉(zhuǎn)換，由于采用半閃速結(jié)構(gòu)和ＣＭＯＳ工藝制造，因此功耗和成本很低。其７５ＭＨｚ（典型值）的模擬輸入帶寬使該器件成為欠采樣應(yīng)用的良好選擇。該器件帶有內(nèi)部電阻，可用于從５Ｖ電源產(chǎn)生２Ｖ滿度的基準電壓，以減少外部元件數(shù)。數(shù)字輸出置于高阻方式。它僅需要５Ｖ電源工作，可由ＵＳＢ總線供電。由于數(shù)據(jù)采集接口卡是硬件部分的核心，因此應(yīng)選擇能適用ＵＳＢ協(xié)議的合適芯片。ＥＺ－ＵＳＢ ＦＸ２是一種ＵＳＢ２．０集成微控制器。它的內(nèi)部集成了ＵＳＢ２．０收發(fā)器、串行接口引擎（ＳＩＥ）、增強的８０５１微控制器和一個可編程的串行接口。其主要特性如下：●帶有加強的８０５１內(nèi)核性能，可達到標準８０５１的５～１０倍，且與標準８０５１的指令兼容；●集成度高，芯片內(nèi)部集成有微處理器、ＲＡＭ、ＳＩＥ（串行接口引擎）等多個功能模塊，從而減少了多個芯片接口部分需要時序配合的麻煩；●采用軟配置，在外設(shè)未通過ＵＳＢ接口接到ＰＣ機之前，外設(shè)上的固件存儲在ＰＣ上；而一旦外設(shè)連接到ＰＣ機上，ＰＣ則先詢問外設(shè)是“誰”（即讀設(shè)備描述符），然后將該外設(shè)的固件下載到芯片的ＲＡＭ中，這個過程叫做再枚舉。這樣，在開發(fā)過程中，當(dāng)固件需要修改時，可以先在ＰＣ機上修改好，然后再下載到芯片中；●具有易用的軟件開發(fā)工具，該芯片開發(fā)系統(tǒng)的驅(qū)動程序和固件的開發(fā)和調(diào)試相互獨立，可加快開發(fā)的速度。２．２ 方案選擇ＦＸ２有三種可用的接口模式：端口、ＧＰＩＦ主控和從ＦＩＦＯ。在“端口”模式下，所有Ｉ／Ｏ引腳都可作為８０５１的通用Ｉ／Ｏ口。在“從ＦＩＦＯ”模式下，外部邏輯或外部處理器直接與ＦＸ２端點ＦＩＦＯ相連。在這種模式下，ＧＰＩＦ不被激活，因為外部邏輯可直接控制ＦＩＦＯ。這種模式下，外部主控端既可以是異步方式，也可以是同步方式，并可以為ＦＸ２接口提供自己的獨立時鐘。“ＧＰＩＦ主控”接口模式使用ＰＯＲＴＢ和ＰＯＲＴＤ構(gòu)成通向四個ＦＸ２端點ＦＩＦＯ（ ＥＰ２ ＥＰ４ ＥＰ６和ＥＰ８）的１６位數(shù)據(jù)接口。ＧＰＩＦ作為內(nèi)部的主控制器與ＦＩＦＯ直接相連，并產(chǎn)生用戶可編程的控制信號與外部接口進行通信。同時，ＧＰＩＦ還可以通過ＲＤＹ引腳采樣外部信號并等待外部事件。由于ＧＰＩＦ的運行速度比ＦＩＦＯ快得多，因此其時序信號具有很好的編程分辨率。另外，ＧＰＩＦ既可以使用內(nèi)部時鐘，也可以使用外部時鐘。故此，筆者選擇了ＧＰＩＦ模式。高速數(shù)據(jù)采集卡的設(shè)計存在兩大難點：一是模擬信號的Ａ／Ｄ高速轉(zhuǎn)換；二是變換后數(shù)據(jù)的高速存儲及提取。對于個問題，由于制造ＡＤＣ的技術(shù)不斷進步，這個問題已經(jīng)得到解決。而對于第二個問題，一般的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是將Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)先存儲在外部數(shù)據(jù)存儲器中，然后再對其進行處理。對于高速數(shù)據(jù)采集而言，這種方式將嚴重影響采集速度，且存儲值也會受到很大限制。而改進方案是將Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)直接送至計算機內(nèi)存，這樣，采集速度將大大提高，而且可存儲大量數(shù)據(jù)，以便于下一步的處理。為了解決同步問題，可以由ＣＰＬＤ產(chǎn)生同步時鐘信號提供給ＡＤＣ和ＦＸ２。在本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計中，ＣＰＬＤ同時還可用于產(chǎn)生不同的控制信號，以便對采樣進行實時控制。ＣＰＬＤ是復(fù)雜可編程邏輯器件，它包括可編程邏輯宏單元、可編程Ｉ／Ｏ單元和可編程內(nèi)部連線。由于ＣＰＬＤ的內(nèi)部資源豐富，因而可廣泛應(yīng)用在數(shù)據(jù)采集、自動控制、通訊等各個領(lǐng)域。在本系統(tǒng)的設(shè)計中，筆者選用的ＣＰＬＤ是Ｌａｔｔｉｃｅ公司的ｉｓｐＬＳＩ１０１６。圖２所示是其整個ＵＳＢ接口卡的硬件電路圖。
３ 系統(tǒng)軟件設(shè)計該系統(tǒng)軟件主要包括ＵＳＢ設(shè)備驅(qū)動程序、設(shè)備固件和應(yīng)用程序。３．１ 設(shè)備固件（Ｆｉｒｍｗａｒｅ）設(shè)計３ 系統(tǒng)軟件設(shè)計該系統(tǒng)軟件主要包括ＵＳＢ設(shè)備驅(qū)動程序、設(shè)備固件和應(yīng)用程序。３．１ 設(shè)備固件（Ｆｉｒｍｗａｒｅ）設(shè)計設(shè)備固件是設(shè)備運行的核心，可采用匯編語言或Ｃ語言設(shè)計。其主要功能是控制ＣＹ７Ｃ６８０１３接收并處理ＵＳＢ驅(qū)動程序的請求（如請求設(shè)備描述符、請求或設(shè)置設(shè)備狀態(tài)，請求或設(shè)置設(shè)備接口等ＵＳＢ２．０標準請求）、控制芯片ＣＹ７Ｃ６８０１３接收應(yīng)用程序的控制指令、控制Ａ／Ｄ模塊的數(shù)據(jù)采集、通過ＣＹ７Ｃ６８０１３緩存數(shù)據(jù)并實時上傳至ＰＣ等。即使外部邏輯或內(nèi)置的普通可編程接口(ＧＰＩＦ)在沒有ＣＰＵ的任何干涉下能夠通過四個大的端點ＦＩＦＯ來處理高速寬帶數(shù)據(jù)，固件還是有如下固定的工作：●配置端點；●通過控制端點零來響應(yīng)主機請求；●控制和監(jiān)測ＧＰＩＦ的活動；●利用ＵＳＡＲＴ處理所有的特殊請求任務(wù)，如計時器、中斷、Ｉ／Ｏ引腳等。３．２ ＵＳＢ設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)ＵＳＢ系統(tǒng)驅(qū)動程序采用分層結(jié)構(gòu)模型分別為較高級的ＵＳＢ設(shè)備驅(qū)動程序和較低級的ＵＳＢ函數(shù)層。其中ＵＳＢ函數(shù)層由兩部分組成：較高級的通用串行總線驅(qū)動程序模塊（ＵＳＢＤ）和較低級的主控制器驅(qū)動程序模塊（ＨＣＤ）。在上述ＵＳＢ分層模塊中，ＵＳＢ函數(shù)層（ＵＳＢＤ及ＨＣＤ）由Ｗｉｎｄｏｗｓ提供，負責(zé)管理ＵＳＢ設(shè)備驅(qū)動程序和ＵＳＢ控制器之間的通信；加載及卸載ＵＳＢ驅(qū)動程序；與ＵＳＢ設(shè)備通用端點（ｅｎｄｐｏｉｎｔ）建立通信并執(zhí)行設(shè)備配置、數(shù)據(jù)與ＵＳＢ協(xié)議框架和打包格式的雙向轉(zhuǎn)換任務(wù)。目前Ｗｉｎｄｏｗｓ提供有多種ＵＳＢ設(shè)備驅(qū)動程序，但并不針對實時數(shù)據(jù)采集設(shè)備，因此需采用ＤＤＫ開發(fā)工具來設(shè)計專用的ＵＳＢ設(shè)備驅(qū)動程序。該設(shè)備驅(qū)動程序應(yīng)由初始化模塊、即插即用管理模塊、電源管理模塊以及Ｉ／Ｏ功能等四個模塊來實現(xiàn)。初始化模塊可提供一個ＤｒｉｖｅｒＥｎｔｒｙ入口點以執(zhí)行大量的初始化函數(shù)。即插即用管理模塊用來實現(xiàn)ＵＳＢ設(shè)備的熱插拔及動態(tài)配置。當(dāng)硬件檢測到ＵＳＢ設(shè)備接入時，Ｗｉｎｄｏｗｓ查找相應(yīng)的驅(qū)動程序，并調(diào)用它的ＤｒｉｖｅｒＥｎ-ｔｒｙ例程，同時告訴它添加了一個設(shè)備；然后，驅(qū)動程序為ＵＳＢ設(shè)備建立一個ＦＤＯ（功能設(shè)備對象）。在此處理過程中，驅(qū)動程序收到一個ＩＲＰ ＭＮ ＳＴＡＲＴ ＤＥ-ＶＩＣＥ 的ＩＲＰ，在它之中包括有設(shè)備的資源信息。至此，設(shè)備被正確配置，驅(qū)動程序開始與硬件進行對話。當(dāng)然，在設(shè)備運行過程中，如果設(shè)備狀態(tài)發(fā)生變化（拔除、暫停等），ＰｎＰ管理器也同樣發(fā)出相應(yīng)的ＩＲＰ，以便由驅(qū)動程序進行相應(yīng)的處理。電源管理模塊負責(zé)設(shè)備的掛起與喚醒。Ｉ／Ｏ功能實現(xiàn)模塊可完成Ｉ／Ｏ請求的大部分工作。當(dāng)應(yīng)用程序提出Ｉ／Ｏ請求時，它將調(diào)用Ｗｉｎ３２ ＡＰＩ函數(shù)ＤｅｖｉｃｅＩｏＣｏｎｔｒｏｌ向設(shè)備發(fā)出命令，然后由Ｉ／Ｏ管理器構(gòu)造一個ＩＲＰ并設(shè)置其ＭａｊｏｒＦｕｎｃｔｉｏｎ．域為ＩＲＰ ＭＪ ＤＥＶＩＣＥ ＣＯＮＴＲＯＬ。在ＵＳＢ設(shè)備驅(qū)動程序收到該ＩＲＰ后它將取出其中的控制碼并利用一個開關(guān)語句查找對應(yīng)的程序入口。３．３ 應(yīng)用程序設(shè)計應(yīng)用程序設(shè)計由兩個部分組成：動態(tài)鏈接庫和應(yīng)用程序。動態(tài)鏈接庫負責(zé)與內(nèi)核態(tài)的ＵＳＢ功能驅(qū)動程序通信并接收應(yīng)用程序的各種操作請求，而應(yīng)用程序則負責(zé)對所采集的數(shù)據(jù)進行實時顯示、分析和存盤。
動態(tài)鏈接庫的工作原理如下：當(dāng)它收到應(yīng)用程序開始采樣的請求后，首先創(chuàng)建兩個線程：采樣線程和顯示存盤線程。采樣線程負責(zé)將采樣數(shù)據(jù)寫到應(yīng)用程序提交的內(nèi)存；而顯示存盤線程則負責(zé)給應(yīng)用程序發(fā)送顯示和存盤消息。當(dāng)應(yīng)用程序接收到此消息后，便從它提交的內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)并顯示和存盤。要注意的是：采樣線程和顯示存盤線程在讀寫應(yīng)用程序提交內(nèi)存時要保持同步。ＰＣ機或工控機應(yīng)用程序是數(shù)據(jù)實時采集系統(tǒng)的中心可采用Ｌａｂｖｉｅｗ編程。它是當(dāng)今國際上的編譯型圖形化編程語言，其特點如下：（１） 能完成對固體表面速度的實時測量；（２）主介面與多重窗口結(jié)合可完成數(shù)據(jù)連續(xù)采集、實時統(tǒng)計分析、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、信號波形顯示、被測參數(shù)輸出等綜合系統(tǒng)功能。（３）能充分利用Ｌａｂｖｉｅｗ開發(fā)平臺和ＷＩＮＤＯＷＳ視窗所提供的良好操作環(huán)境集曲線、圖形、數(shù)據(jù)于一體可準確描述過程參數(shù)的變化。圖３所示是用高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集通過Ｌａｂ-ｖｉｅｗ顯示的一個波形實例，其輸入信號是一個頻率為５ＭＨｚ的正弦波。４ 結(jié)束語隨著電子計算機的廣泛應(yīng)用，社會的數(shù)字化程度越來越高，數(shù)據(jù)采集也越來越重要，本系統(tǒng)是一種通用的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可用于生物電波、電子學(xué)頻譜、聲波分析等瞬態(tài)信號的實時采集和觀察等場合。其中基于ＵＳＢ總線的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有可靠性高、數(shù)據(jù)不丟失、抗干擾性強、便于數(shù)據(jù)傳輸和處理等優(yōu)點，因而具有良好的應(yīng)用前景和很大的實用價值
電磁流量計 壓力變送器 測溫槍
商 鋪：金湖源儀儀器儀表有限公司 http://m.liuyangwu.com/st34302/
主營產(chǎn)品：流量儀表 壓力儀表 溫度儀表 數(shù)顯儀表 校驗儀表 物液位儀表 儀表閥門 儀表電纜 進口代理
移動端：金湖源儀儀器儀表有限公司手機站
儀表網(wǎng) 設(shè)計制作，未經(jīng)允許翻錄必究 .? ? ? Copyright(C)?2021 http://m.liuyangwu.com,All rights reserved.
請輸入賬號
請輸入密碼
請輸驗證碼
(空格分隔,最多3個,單個標簽最多10個字符)
請輸入你感興趣的產(chǎn)品
請簡單描述您的需求
上傳附件
號碼可能有誤,請核對！
請選擇省份
我們將在第一時間聯(lián)系您
手機+驗證碼登錄采購后臺
請勿重復(fù)留言！
