傳感器輸出的模擬信號,，經(jīng)多路開關選通接入信號放大器,，信號放大器能自動調整增益的大小，對輸入的信號在A/D" title="A/D">A/D轉換器的量程內(nèi)進行信號放大,，然后由ARM芯片控制進行A/D轉換,，再將轉換后的數(shù)字信號送入嵌入式微控制器，由USB接口電路傳遞給PC機進行數(shù)據(jù)處理,，同時將PC機端的客戶應用程序" title="應用程序">應用程序發(fā)出的控制信號通過USB接口傳送到以ARM芯片為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),。
1.1 方案選擇
1.1.1 USB接口芯片和主控制器芯片的選擇
　　USB控制器有兩類，一類是集成了USB接口的單片機,，如Cypress公司生產(chǎn)的EZ-USB（基于8051）系列芯片CY7C68013,、CY7C64613等；另一類是單獨的USB控制器,，如Philips公司的PDIUSBD12,、ISP1581，NetChip公司的NET2888,，National公司的USBN9603,、USBN9604等。前種芯片雖然編程簡單,，但需要購置專門的開發(fā)系統(tǒng),，投資較大，并且單片機性能有限,；后者的特點是價格低廉,、連接方便、可靠性高,，但其片上不帶CPU，必須選擇微處理器來進行協(xié)議處理和數(shù)據(jù)交換,。本系統(tǒng)選擇了片上不帶CPU的性價比較高的USB2.0控制芯片ISP1581,，它完全符合USB 2.0規(guī)范，速度可達480Mbps,。采用ISP1581可以快速開發(fā)出高性能的USB2.0設備,；同時為了滿足速度要求，主控器芯片選擇了高性能,、低功耗的ARM芯片S3C44B0X,。
1.1.2 信號放大電路和A/D轉換芯片的選擇
　　在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，現(xiàn)場輸入信號是變化范圍較大的高頻模擬信號,，如果采用單一的增益放大,，則放大后的信號幅值有可能超過A/D轉換的量程，所以必須根據(jù)信號的變化來相應地調整放大器的增益。本系統(tǒng)選用了AD8321這種頻帶寬,、噪聲低,、增益可數(shù)控，且十分適合在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)作前置放大用的高頻模擬信號調理芯片,。高頻模擬信號放大后被送到模數(shù)轉換器中,，S3C44B0X自身雖集成有8路10位ADC，但其內(nèi)部集成的A/D轉換只能輸入0～100Hz的模擬信號,，且沒有采樣保持電路,，因此需要對其進行擴展。為了滿足8路采集,，選擇了高速A/D轉換芯片AD7829,，最大轉換速率2MSPS，轉換時間為420ns,。
1.2 硬件接口電路
　　本系統(tǒng)硬件接口電路連接如圖2所示,。

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　　本系統(tǒng)利用S3C44B0X的PD口為雙向口進行擴展，將AD7829的CONVST與S3C44B0X的PD1相連,，用于產(chǎn)生轉換脈沖,；AD7829的EOC與S3C44B0X的PD0相連，用于產(chǎn)生轉換結束信號,。采集信號經(jīng)A/D轉換后,，數(shù)據(jù)先存放在S3C44B0X的寄存器里， S3C44B0X先發(fā)控制信號再發(fā)數(shù)據(jù)給ISP1581,，在此將ISP1581的緩沖區(qū)定義為8個,，分別寫入8路轉換后的數(shù)據(jù)。而PC機通過USB接口與ISP1581連接,，ISP1581負責分類和解釋PC機發(fā)來的信號,，具體操作流程如下：PC機發(fā)送給USB設備的數(shù)據(jù)以包的形式寫入ISP1581的緩存中，當緩存被寫滿或數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后,，ISP1581就給ARM發(fā)中斷信號,，ARM響應中斷信號進入中斷服務程序執(zhí)行相應的包處理。另一方面,，USB設備不能主動向主機發(fā)送數(shù)據(jù),，只有當PC機要求USB設備發(fā)送數(shù)據(jù)時，ARM才將主機需要的數(shù)據(jù)寫入ISP1581相應端點的緩存中,。
2 軟件設計
2.1 數(shù)據(jù)采集部分
　　數(shù)據(jù)采集是由S3C44B0X的PD口發(fā)出脈沖作為AD7829的轉換脈沖CONVST,，當AD7829轉換結束時，EOC輸出有效低電平,，S3C44B0X接到有效電平后,，發(fā)下一路地址,，然后讀數(shù)據(jù)。當AD7829的和信號有效時,，在數(shù)據(jù)讀入S3C44B0X的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的同時將下一路的地址打入,，這樣循環(huán)采集8路模擬輸入，直到數(shù)據(jù)采集結束,，本過程的流程圖如圖3所示,。

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2.2 USB部分軟件設計
　　USB系統(tǒng)軟件由固件程序" title="固件程序">固件程序、USB系統(tǒng)驅動程序和應用程序三部分構成,。
2.2.1 固件程序的開發(fā)
　　固件程序實際上是置于微控制器內(nèi)部的程序文件,，用來輔助硬件完成通信任務。通過ISP1581的INT中斷信號與微控制器S3C44B0X的EINT0中斷口相連,，當接收數(shù)據(jù)或發(fā)送數(shù)據(jù)成功時就會產(chǎn)生中斷,，固件程序的任務就是對這些中斷進行響應，完成設備的配置,，讓USB驅動程序知道設備的能力,，接收USB主控制器發(fā)來的數(shù)據(jù)和向主機發(fā)送數(shù)據(jù)。設備固件程序是設備運行的核心,，本系統(tǒng)采用Keil C進行編寫,。SP1581的固件程序采用模塊化設計，包括主循環(huán)程序,、中斷服務程序,、USB標準請求處理和批量數(shù)據(jù)傳送請求處理四部分。固件模塊結構見圖4,。

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2.2.2 應用程序
??? 應用程序包括Win32DLL程序和用戶應用程序,。Win32動態(tài)連接庫包含共享函數(shù)庫的二進制文件，可以被多個應用程序同時使用,?？蛻魬贸绦騽t是實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能的軟件程序，在本系統(tǒng)中采用Visual C++進行編寫,。
2.2.3 USB系統(tǒng)驅動程序
　　USB系統(tǒng)驅動程序采用分層結構模型(WDM),，該模型定義了分層的驅動程序， USB設備驅動程序不直接與硬件對話,，而是通過USB驅動程序接口將USB請求塊提交到總線驅動程序進而完成硬件操作。從系統(tǒng)的角度來說,，在USB設備插入主機后,，主機檢測到USB設備，讀取設備描述符" title="描述符">描述符,，然后主機根據(jù)設備描述符中提供的廠商ID和產(chǎn)品ID等,，啟用相應USB設備驅動程序，讀取USB設備中的配置描述符、接口描述符和端點描述符,，根據(jù)需要選擇恰當?shù)呐渲?、接口和端點，確定傳輸方式,。這一過程完成后,，PC機與USB設備之間就能夠進行數(shù)據(jù)傳輸了。
??? USB總線的特點使其非常適合用作小型儀器與主機之間的通訊接口,，實現(xiàn)主機與便攜式儀器之間的簡單,、快速和可靠的連接。將USB接口應用到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中,，提高了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的速度,，增強了系統(tǒng)的抗干擾能力和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴１疚脑敿毥榻B了基于ARM芯片S3C44B0X和USB2.0接口控制芯片ISP1581的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟硬件設計開發(fā)方案,，設計開發(fā)過程較為繁雜,，涉及到多方面的軟件程序與硬件電路的聯(lián)合使用，通過實驗測試,，效果良好,。