基于USB接口的数据采集与控制系统设计综合
基于usb接口的数据采集与控制系统设计综合
1 系统结构
利用aduc845单片数据采集器件和ch341 usb接口器件构成的数据采集与控制系统的框图如图1所示。aduc845完成模拟量数据采集、开关量的输入输出、控制电压和pwm控制信号输出，ch341usb接口器件完成pc机与aduc845的数据传输。
aduc845中的数据打包后经usb器件传送至pc机，利用 pc机的数据处理程序完成数据处理与分析，并将其显示在所设计的系统界面上。同时，将控制命令通过usb接口传送至aduc845，实现对外围设备的控制。
2 usb通信接口电路
usb通信接口电路采用ch341器件，图2为其电路。图2中，p3是usb端口，usb总线包括一对5 v电源线和一对数据信号线。通常+5 v电源线是红色，接地线是黑色，d+信号线是绿色，d-信号线是白色。usb总线提供的电源电流最大可达500 ma，ch341和低功耗的aduc845直接使用usb总线提供的5 v电源。
ch341的rxd引脚和txd引脚分别与aduc845的rxd引脚和txd引脚相连，由于传输数据。晶体y2、电容c13和c14用于时钟振荡电路。y2的频率是12 mhz，c13和c14是容量为15 pf的独石或高频瓷片电容。vd1为工作状态指示灯，r3为其限流电阻。r4是0 ω电阻(磁珠)，它能实现滤波及保护。c12和c11是独石或高频瓷片电容，c12容量为1 000 pf～0．01μf，用于ch341内部电源节点退耦，c11容量为o．1μf，用于外部电源退耦。
设计印刷线路板pcb时，需注意是的：退耦电容c11和c12应尽量靠近ch341放置；使d+和d-信号线贴近平行布线，尽量在两侧提供地线或覆铜，以减少外界的信号干扰；尽量缩短xi和xo引脚相关信号线长度，为减少高频时钟对外界的干扰，可在相关元件周边环绕地线或覆铜。
3 数据采集与控制电路设计
数据采集与控制电路以aduc845为核心，电路如图3所示，该电路提供10个24位的a／d转换器输入通道，输入端接有1 kω的电阻和0．1μf的滤波电容器。12位电压输出 d／a转换器经运算放大器op284缓冲后输出；也可提供双16位pwm输出和8路开关量的输入／输出。aduc845的rxd引脚和txd引脚分别与ch341的rxd引脚和txd引脚相连，实现数据传输。晶体振荡器电路采用32.768 khz晶振y1，电容c18和c19根据系统需要调整确定。数字电路的电源端分别连接0．1μf的退耦电容到地。模拟电路的电源端连接0．1μf和10μf的退耦电容到地。退耦电容应尽可能的靠近电源放置。
4 系统主要程序设计
4．1 usb通信接口电路驱动程序
usb通信接口电路的usb端口与pc机连接。对pc机而言，数据采集与控制系统是一个具有usb接口的功能部件(或称下位机)。pc机通过虚拟串口设备直接传输数据到下位机。usb通信接口电路驱动程序代码如下：
[ch341s98．9x．addreg]；／／用于添加注册表部分
4．2 a/d采样程序
以下给出a/d采样程序的部分代码：
5 结语
该数据采集与控制系统以aduc845为核心器件，采样分辨率高(20位)，系统温漂小(10 nv／℃)，运行稳定，抗干扰能力强；利用usb接口作为该系统的通信接口，安装灵活、传输速度快、可靠性高、易于扩展；利用pc机完成数据分析与数据处理。因此该系统设计适用于医疗设备、工业控制系统等数据采集与控制领域。
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aduc845中的数据打包后经usb器件传送至pc机，利用 pc机的数据处理程序完成数据处理与分析，并将其显示在所设计的系统界面上。同时，将控制命令通过usb接口传送至aduc845，实现对外围设备的控制。
2 usb通信接口电路
usb通信接口电路采用ch341器件，图2为其电路。图2中，p3是usb端口，usb总线包括一对5 v电源线和一对数据信号线。通常+5 v电源线是红色，接地线是黑色，d+信号线是绿色，d-信号线是白色。usb总线提供的电源电流最大可达500 ma，ch341和低功耗的aduc845直接使用usb总线提供的5 v电源。
ch341的rxd引脚和txd引脚分别与aduc845的rxd引脚和txd引脚相连，由于传输数据。晶体y2、电容c13和c14用于时钟振荡电路。y2的频率是12 mhz，c13和c14是容量为15 pf的独石或高频瓷片电容。vd1为工作状态指示灯，r3为其限流电阻。r4是0 ω电阻(磁珠)，它能实现滤波及保护。c12和c11是独石或高频瓷片电容，c12容量为1 000 pf～0．01μf，用于ch341内部电源节点退耦，c11容量为o．1μf，用于外部电源退耦。
设计印刷线路板pcb时，需注意是的：退耦电容c11和c12应尽量靠近ch341放置；使d+和d-信号线贴近平行布线，尽量在两侧提供地线或覆铜，以减少外界的信号干扰；尽量缩短xi和xo引脚相关信号线长度，为减少高频时钟对外界的干扰，可在相关元件周边环绕地线或覆铜。
3 数据采集与控制电路设计
数据采集与控制电路以aduc845为核心，电路如图3所示，该电路提供10个24位的a／d转换器输入通道，输入端接有1 kω的电阻和0．1μf的滤波电容器。12位电压输出 d／a转换器经运算放大器op284缓冲后输出；也可提供双16位pwm输出和8路开关量的输入／输出。aduc845的rxd引脚和txd引脚分别与ch341的rxd引脚和txd引脚相连，实现数据传输。晶体振荡器电路采用32.768 khz晶振y1，电容c18和c19根据系统需要调整确定。数字电路的电源端分别连接0．1μf的退耦电容到地。模拟电路的电源端连接0．1μf和10μf的退耦电容到地。退耦电容应尽可能的靠近电源放置。
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4．1 usb通信接口电路驱动程序
usb通信接口电路的usb端口与pc机连接。对pc机而言，数据采集与控制系统是一个具有usb接口的功能部件(或称下位机)。pc机通过虚拟串口设备直接传输数据到下位机。usb通信接口电路驱动程序代码如下：
[ch341s98．9x．addreg]；／／用于添加注册表部分
4．2 a/d采样程序
以下给出a/d采样程序的部分代码：
5 结语
该数据采集与控制系统以aduc845为核心器件，采样分辨率高(20位)，系统温漂小(10 nv／℃)，运行稳定，抗干扰能力强；利用usb接口作为该系统的通信接口，安装灵活、传输速度快、可靠性高、易于扩展；利用pc机完成数据分析与数据处理。因此该系统设计适用于医疗设备、工业控制系统等数据采集与控制领域。
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