本文選題：USB2.0 + 雙MCU��； 參考：《山東大學(xué)》2012年碩士論文

【摘要】：數(shù)據(jù)采集卡是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部分之一,用于實(shí)現(xiàn)傳感器、執(zhí)行器等與控制器的連接�；赨SB總線的數(shù)據(jù)采集卡以其快速、通用、即插即用等優(yōu)點(diǎn),成為數(shù)據(jù)采集卡的重要發(fā)展趨勢(shì)之一。本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一款USB2.0數(shù)據(jù)采集卡,具有集成度高、功能豐富、采樣精度較高等優(yōu)點(diǎn)。 論文采用基于C8051F320和C8051F060雙MCU的硬件設(shè)計(jì)方案。C8051F060主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集,C8051F320主要負(fù)責(zé)USB通信,雙MCU之間通過快速I/O口和握手信號(hào)線并行通信。C8051F060內(nèi)部集成有豐富的外設(shè)資源,包括兩個(gè)16位A/D、一個(gè)八通道10位A/D、兩個(gè)12位D/A、多個(gè)16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器及PCA等。利用廠商提供的交叉開關(guān)配置向?qū)Чぞ邔?duì)上述外設(shè)的輸入、輸出引腳進(jìn)行了前期規(guī)劃和配置,為功能的豐富提供硬件基礎(chǔ)。采集卡能采集包括模擬電壓信號(hào)、頻率信號(hào)和數(shù)字開關(guān)量信號(hào)在內(nèi)的多種信號(hào),并能輸出模擬電壓的控制信號(hào)和PWM波。利用片內(nèi)的16位高精度A/D,實(shí)現(xiàn)了0-5V標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)的高精度測(cè)量。雙MCU的設(shè)計(jì)方案簡化了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu),提高了系統(tǒng)集成度,主要設(shè)計(jì)的電路包括電源電路、USB通信電路、MCU基本工作電路、USB采集卡功能擴(kuò)展電路、雙MCU并口通信電路、信號(hào)處理電路及其他通信接口電路等。 雙MCU的硬件設(shè)計(jì)方案也降低了軟件設(shè)計(jì)的難度,主要包括下位機(jī)雙McU的固件程序設(shè)計(jì)、USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)和上位機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)三部分。利用配置向?qū)Чぞ呖焖偕闪讼到y(tǒng)初始化代碼,實(shí)現(xiàn)了多通道模擬電壓信號(hào)的同時(shí)采集和采集結(jié)果的初步處理和存儲(chǔ)。根據(jù)設(shè)計(jì)的時(shí)序,通過握手信號(hào)線的配合實(shí)現(xiàn)了雙MCU并行通信。充分利用USBXpress Development Kit中的下位機(jī)固件API函數(shù)庫、通用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和上位機(jī)動(dòng)態(tài)鏈接庫,實(shí)現(xiàn)了基于C8051F320的USB設(shè)備開發(fā)。編寫了上位機(jī)測(cè)試應(yīng)用程序,將多通道采集的結(jié)果同時(shí)顯示到了上位機(jī)。 最后對(duì)設(shè)計(jì)的USB數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行了實(shí)際運(yùn)行測(cè)試,實(shí)現(xiàn)了同時(shí)采集顯示10路模擬電壓信號(hào),且.采集實(shí)時(shí)性較好。借助于Matlab軟件工具,利用多項(xiàng)式曲線擬合,以高精度數(shù)字多用表為基準(zhǔn),對(duì)設(shè)計(jì)的采集卡的采集誤差進(jìn)行了校正,取得了較好效果。
[Abstract]:Data acquisition card is one of the important parts of computer control system, which is used to connect sensors, actuators and controllers. Data acquisition card based on USB bus has become one of the important developing trends of data acquisition card because of its advantages of fast, universal, plug and play. This paper designs and implements a USB2.0 data acquisition card, which has the advantages of high integration, rich function and high sampling precision. The hardware design scheme based on C8051F320 and C8051F060 dual MCU. C8051F060 is mainly responsible for data acquisition and C8051F320 is mainly responsible for USB communication. It includes two 16-bit A / D, one 8-channel 10-bit AP-D, two 12-bit D / A, multiple 16-bit timing / counter and PCA, etc. The input and output pins of the above mentioned peripherals are programmed and configured by the crossover switch configuration wizard provided by the manufacturer, which provides the hardware foundation for the rich function. The acquisition card can collect a variety of signals including analog voltage signal, frequency signal and digital switching signal, and can output the control signal of analog voltage and PWM wave. The high precision measurement of 0-5V standard voltage signal is realized by using 16 bits high precision A / D in the chip. The design scheme of double MCU simplifies the hardware structure of the system and improves the system integration. The main circuits designed include power supply circuit, USB communication circuit, MCU basic working circuit, USB acquisition card function expansion circuit, dual MCU parallel port communication circuit. Signal processing circuit and other communication interface circuits. The hardware design of double MCU also reduces the difficulty of software design. It mainly includes the firmware program design of double McU and USB device driver program and the application program design of upper computer. The initialization code of the system is generated quickly by using the configuration wizard tool, and the preliminary processing and storage of the multi-channel analog voltage signals are realized. According to the timing of the design, dual MCU parallel communication is realized by the cooperation of handshake signal line. The USB device development based on C8051F320 is realized by making full use of the USB firmware API function library of USBXpress Development Kit, the universal device driver and the host computer dynamic link library. The application program of PC test is written, and the result of multi-channel acquisition is displayed to PC simultaneously. Finally, the USB data acquisition card is tested in practice, and 10 analog voltage signals are collected and displayed at the same time. The real-time acquisition is good. With the help of Matlab software tools and polynomial curve fitting, the acquisition error of the designed data acquisition card is corrected based on the high precision digital multipurpose table, and good results are obtained.
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TP274.2;TP368.1

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本文編號(hào)：2080691