CN201638047U - 基于usb接口的数据采集装置 - Google Patents

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李建奇
邓志宏
王文虎
孔玲爽
王立
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Abstract

本实用新型提出一种基于USB接口的数据采集装置，其包括：用于将输入的模拟信号转换成数字量的A/D转换器；具有USB接口的USB控制电路，通过USB接口连接上位控制机；用于接收A/D转换器输出的数字量，并控制USB控制电路将数字量通过USB接口传送至上位控制机，或接受上位控制机通过USB接口传送的控制指令的微处理器，其连接在A/D转换器与USB控制电路之间的。本实用新型具有高速信息传输、安装方便、支持即插即用、易于扩展、电磁干扰小、性价比高等优点，在通信、遥感、智能仪器仪表、工业自动化等领域有着广泛的运用。

Description

基于USB接口的数据采集装置
技术领域
本实用新型涉及一种数据采集装置，尤其是涉及一种采用通用串行总线(USB)接口、由微控制器控制具有高速传输功能的数据采集装置。
背景技术
尤其在自动控制、检测、摇撼、智能仪表等领域，时常需要用到数据采集装置。目前，国内外的数据采集***常用的数据采集卡一般为：RS-232接口的数据采集卡、RS-485接口的数据采集卡、PCI接口的数据采集卡、ISA接口的数据采集卡等。这些数据采集卡虽然有各自的优点，但是也有各自的缺点。例如：RS-232接口的数据采集卡、RS-485接口的数据采集卡的传输速度较慢，而PCI接口的数据采集卡、ISA接口的数据采集卡需要插在控制主机(一般为PC机或服务器)的PCI插槽或ISA插槽上，存在使用不方便等缺陷。
实用新型内容
本实用新型提出一种基于USB接口的数据采集装置，其采用通用串行总线(USB)接口、由微控制器控制实现采集信息的高速传输，从而解决目前数据采集卡具有传输速度慢、使用不方便的缺陷。
本实用新型采用了如下技术方案来实现：一种基于USB接口的数据采集装置，其包括：用于将输入的模拟信号转换成数字量的A/D转换器；具有USB接口的USB控制电路，通过USB接口连接上位控制机；用于接收A/D转换器输出的数字量，并控制USB控制电路将数字量通过USB接口传送至上位控制机，或接受上位控制机通过USB接口传送的控制指令的微处理器，其连接在A/D转换器与USB控制电路之间的。
其中，A/D转换器具有8路8位模拟信号输入通道。
其中，微处理器为ARM内核的单片机。
其中，所述于USB接口的数据采集装置还包括：用于对传感器采集的信号作放大、滤波处理的调制电路，其连接在A/D转换器输入端。
由于通用串行总线(USB)接口是一种新的接口方式，具有连接方便、支持热插拔、无需外接电源、传输速度高、功耗低等优点，因此，本实用新型提出基于USB接口的数据采集装置优于传统的实时数据采集***，它不仅具有高速信息传输的优点，还具有安装方便、支持即插即用、易于扩展、电磁干扰小、性价比高等优点。本实用新型在通信、遥感、智能仪器仪表、工业自动化等领域有着广泛的运用。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型一个优选实施例的电路连接示意图。
具体实施方式
鉴于通用串行总线(USB)是一种新的接口方式，具有连接方便、支持热插拔、无需外接电源、传输速度高、功耗低等优点。比如，USB 2.0的最大传输速率高达480Mbps。并且，USB接口已在可以作为数据采集装置的上位控制机(比如，PC机、服务器)得以广泛使用，因此，本实用新型提供一种基于USB接口的高速数据采集装置。
如图1所示，该数据采集装置包括依次电连接的A/D转换器11、微处理器12、具有USB接口的USB控制电路13和上位控制机20。其工作原理：由传感器采集的信号经调制电路放大、滤波等处理后，以8位或16位的模拟信号进入A/D转换器11，由微处理器12控制A/D转换器11进行模拟-数字转换，转换后的数字量进入微处理器12并暂存；随后，由USB接口控制电路13将数字量传递给上位控制机20进行数据处理，同时将上位控制机20发出的控制信号通过USB控制电路13的USB接口传送到微处理器12。
结合图2所示。芯片U1即为图1中A/D转换器11的优选实施例，芯片U2为图1中微处理器12的优选实施例，芯片U3为图1中USB控制电路13的优选实施例，芯片U40为上位控制机20中提供的工作电源。
其中，芯片U3选用Philips公司推出的一款型号为ISP1581芯片作为USB控制电路13，ISP1581芯片是高性价比的USB2.0接口电路，支持7个输入(IN)端点，7个输出(OUT)端点和一个固定控制IN/OUT端点；支持USU2.0的自检工作模式和USB1.1的返回工作模式，可以在高速或全速条件下正常运行，内部集成有串行接口引擎(SIE)、PIE、8KB的FIFO存储器、数据收发器、PLL的12MHz晶体振荡器和3.3V的电压调整器，且可直接与ATA/ATAPI外设相连，传输速率最高可达480Mbps/s。
为了满足速度的要求，主控芯片U2选用Philips公司生产的一款型号为LPC2132芯片，其是一款基于ARM7TDMI-STM内核的单片机，带有64kB的嵌入的高速Flash存储器和16kB片内静态RAM，多达47个5V的通用I/O口，1个8路10位A/D转换器，1个10位D/A转换器，可提供不同的模拟输出。多个串行接口，包括2个16C550工业标准UART、2个高速I2C接口(400kbit/s)、SPITM和SSP，通过片内PLL可实现最大为60MHz的CPU操作频率。
虽然LPC2132芯片自带1个8路A/D转换器，但是其每通道转换时间是2.44us，达不到高速数据采集的要求，因此选用型号为AD7829模数转换器U1搭配使用，该AD7829模数转换器是一个8路8位模数转换器，最大转换率2Mbps，可以满足USB接口的高速传输对数据的处理要求。
模拟信号经AD7829芯片U1转换后变为数字量，数据先存放在LPC2132芯片U2的寄存器里，再由LPC2132芯片U2将数据传送给ISP1581芯片U3，在此将ISP1581芯片U3的缓冲区定义为8个缓冲区，分别写入8路转换后的数据。而上位控制机20通过USB接口与ISP1581芯片U3连接。
综上，本实用新型提出的USB数据采集装置优于传统的实时数据采集***，它具有高速传输、安装方便、支持即插即用、易于扩展、电磁干扰小、性价比高等优点，用ARM7芯片LPC2132和USB 2.0接口控制芯片ISP1581，实现高速数据采集，单路采样率为150Kbps。因而，本实用新型在通信、遥感、智能仪器仪表、工业自动化等领域有着广泛的运用。

Claims (4)

1.一种基于USB接口的数据采集装置，其特征在于，包括：
用于将输入的模拟信号转换成数字量的A/D转换器；
具有USB接口的USB控制电路，通过USB接口连接上位控制机；
用于接收A/D转换器输出的数字量，并控制USB控制电路将数字量通过USB接口传送至上位控制机，或接受上位控制机通过USB接口传送的控制指令的微处理器，其连接在A/D转换器与USB控制电路之间的。
2.根据权利要求1所述基于USB接口的数据采集装置，其特征在于，A/D转换器具有8路8位模拟信号输入通道。
3.根据权利要求1所述基于USB接口的数据采集装置，其特征在于，微处理器为ARM内核的单片机。
4.根据权利要求1所述基于USB接口的数据采集装置，其特征在于，还包括：用于对传感器采集的信号作放大、滤波处理的调制电路，其连接在A/D转换器输入端。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107145462A (zh) * 2017-04-26 2017-09-08 浙江大学 一种基于usb总线的同步串行信号采集控制装置

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