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摘要：通用串行總線因 (USB)具有傳輸速度快、即插即用、易于擴展、占用系統(tǒng)資源少等優(yōu)點；嵌入式實時操作系統(tǒng) (RTOS)中的 ?C/OS-Ⅱ則具有代碼效率高、占用空間小、良好的實時性和可靠性等特點。本文通過構(gòu)建嵌入式軟件開發(fā)環(huán)境、移植 ?C/OS-Ⅱ、編寫固化到 ATmega16單片機的引導(dǎo)程序 (即固件程序)，實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)碼顯示以及與 PC機通信等設(shè)備端任務(wù)。
1引言
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對數(shù)據(jù)采集的性能指標(biāo)要求越來越高，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方式已經(jīng)不能滿足需要。通用串行總線因 (USB)具有傳輸速度快、即插即用、易于擴展、占用系統(tǒng)資源少等優(yōu)點；嵌入式實時操作系統(tǒng) (RTOS)中的 ?C/OS-Ⅱ則具有代碼效率高、占用空間小、良好的實時性和可靠性等特點。本文將二者與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計實現(xiàn)了一種基于 USB通信和 ?C/OS-Ⅱ的集數(shù)據(jù)采集、分析、顯示為一體的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
基于 USB通信的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖 1所示。系統(tǒng)的工作過程就是一個數(shù)據(jù)采集的過程，其中的每一步都需要不同組的支持。首先，溫度和壓力參數(shù)經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成模擬信號，模擬信號經(jīng)過 A/D轉(zhuǎn)換變單片機可識別的數(shù)字信號。單片機將數(shù)字信號進行處理之后，就可以送往 LED顯示或者發(fā)送給 USB接口芯片。USB接口芯片在主機需要的時候，把接收到的數(shù)據(jù)經(jīng) USB總發(fā)送給主機進行處理和顯示。主機和 USB接口的通信則需要設(shè)備固件程序、USB設(shè)驅(qū)動程序和 USB主機應(yīng)用程序的支持。
3 USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計
USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件電路結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個部分：USB通信電路部分、數(shù)據(jù)采集電路部分、數(shù)碼顯示電路部分和固件程序下載電路部分。這些模塊的功能都是在以 ATmega16為核心的硬件平臺上實現(xiàn)的。
3.1 USB通信電路的設(shè)計
USB通信電路的功能是實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)備端和主機端之間的通信，這一功能主要是由核心微控制器 ATmega16和 USB控制器件 PDIUSBD12實現(xiàn)的。其中， PDIUSBD12是符合 USB1.1協(xié)議的芯片，在 USB通信電路中起著聯(lián)系設(shè)備和主機的橋梁的作用。微控制器 ATmegal6和 USB控制器 PDIUSBD12之間通過 8位并行總線進行通信， 8位并行總線在 ATmegal6端需要連接 8個 I/O口。PDIUSBD12片內(nèi)集成了時鐘乘法 PLL，晶振電路使用 6MHZ的晶振和兩個 2pF到 68pF的電容。 PDIUSBD12的信號輸出端 D+/D一上要各串接一個 18歐的匹配電阻。通信電路如圖 2所示。
3.2 數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計數(shù)據(jù)采集電路的功能就是將現(xiàn)場的溫度、壓力以及應(yīng)力等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成合適的模擬信號，再把模擬信號傳送給 A/D轉(zhuǎn)換電路。此模塊包括溫度采集模塊和壓力采集模塊兩部分。
由于 ATmegal6片內(nèi)集成了可調(diào)增益的差分放大電路和 A/D轉(zhuǎn)換通道，所以溫度采集電路僅由一個用于測溫的電橋組成。具體做法是根據(jù)熱電阻阻值隨溫度變化的特性，將銅熱電 阻作為電橋的一臂，當(dāng)溫度改變時，電橋輸出電壓也隨之發(fā)生變化。將電橋輸出電壓送至 ATmegal6內(nèi)部的采樣保持電路，然后進行放大、 A/D轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過固件程序的換算就可以得到測量溫度了。
來源：維庫開發(fā)網(wǎng)
