基于usb的数据采集卡设计

基于usb的数据采集卡设计内容摘要：

TAL25XTAL1678VDD9AVDD10NC11AVSS12NC1314NC15NC16NC17NC18PLLF19D20D+21VREF22NC23EA24ALE25PSEN262728293031NC32NC33NC34353637383940NC41VSS4243RST444546NC47NC48NC495051525354555657585960616263NC64AT89C5131 VQFP64U1AT89C5131USBPOWER1DATA2DATA+3USBGND4SHELL15SHELL26J1USB_PR1R227R327R4100C1103GNDGNDGNDVCCVCCXTAL1XTAL2P3_6P3_7P0_0P0_1P0_2P0_3P0_4P0_5P0_6P0_7P[0_0..0_7]P2_0P2_1P2_2P2_3P2_4P2_7P[2_0..2_4]PSENRSTL1330uHALED+DD D+ 图 USB接口电路 四川师范大学成都学院本科毕业设计 13 AD 转换电路模块 AD 转换电路主要负责采集数据，并 向单片机发送请求，转换后的 数字 数据 被 单片机接受后存放在存储芯片中。 A/D 转换器 多路输入信号需 要 通过 A/D 转换器转换为数字信号才能 被 单片机 接受 ，本 设计 所 选择的A/D 转换器是 National Semiconduct Corporation 的 8位逐次逼近式 A/D 转换器 ADC0809。 该 A/D 转换器是一种单片 CMOS 器件， 它 包括 8 位模 /数转换器、 8 通道多路转换 器和与微处理器兼容的控制逻辑。 ADC0809 内带有锁存功能的 8 路模拟多路开关，可 以 对 8 路 0～ 5V 输入模拟电压信号分时进行转换。 主要功能特点包括：  分辨率为 8 位；  最大不可调误差小于 177。 1LSB ；  单一 +5V 电源供电，模拟输入电压范围 0～ 5V；  可锁存三态输出，输出与 TTL 兼容；  功耗为 15mW；  典型转换时间为 100 μs。 ADC0809 的引脚如图： IN026msb21212220IN12723192418IN2282582615IN312714lsb2817IN42EOC7IN53ADDA25IN64ADDB24ADDC23IN75ALE22ref()16ENABLE9START6ref(+)12CLOCK10U5ADC0809Q0Q1Q2 图 ADC0809 的引脚图 四川师范大学成都学院本科毕业设计 14 ADC0809 采用 的是 28 脚双列直插式封装，其引脚功能说明如下：  IN0~IN7： 拥有 8路输入通道的模拟量输入端口。  D0~D7： 拥有 8位数字量输出端口。  START、 ALE： ALE 端口 为地址锁存控制 使能 信号端口 ， START 作 为 A/D 转换启动控制端口。 这两个端口 连在一起，通过软件 可 输入一个正脉冲即可启动 A/D 转换。  EOC、 OE： EOC 作 为转换结束信号脉冲输出端口， OE作 为输出允许控制端口。 这两个端口 连在一起 可 表示 A/D 转换结束。 当 OE端电平由低变高，打开三态输出锁存器，会将 转换得到的数字量输出到数据总线上。  VREF(＋ )、 VREF(－ )、 VCC、 GND： VREF(＋ )和 VREF(－ )为参考电压输入端； VCC 作为 主电源输入端， GND 作 为接地端。 一般 将 VREF(＋ )与 VCC 连接在一起， 将 VREF(－ )与 GND 连接在一起。  CLK： 作为 时钟输入端。  ADD A、 ADD B、 ADD C： 他们表示 8 路模拟开关的 3位地址选通输入端， 是用于 选择对应的输入通道。 对应关系如表。 表 ADDC ADDB ADDA 输入通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 ADC0809 的工作时序如 下 图。 在图 中 tWE 为最小 ALE 脉宽， 其 典型值 100ns； tD为模拟开关延时， 其 典型值 ： 1 μs ； tWS 最小启动脉宽， 其 典型值 ： 100ns； tEOC 表示转 换结束延时，最大为 8 个时钟周期 ： ＋ 2 μs ； tC 表示 转换时间， 其 典型值 ： 100 μs。 四川师范大学成都学院本科毕业设计 15 由图 得出结论： 送入启动信号 START 后， EOC 将 保持一段时间 的 高电平， 意义 表示上一次 A/D 转换结束，在实际应用中 可能 引起误控。 因此 在 启动转换后应延迟一段时间（ 最好 大于 tEOC）后再进行查询 或者 开中 断。 图 ADC0809 工作时序 A/D 转换器接口电路 单片机的 P0 口可分时输出低 8位地址和数据，为了 将 地址 的 信息分离出来保存， 就 需外加地址锁存器（图中为 74HC373）， 然后 由单片机的地址锁存允许信号 ALE 的下降沿将地址信息锁存到地址锁存器中。 通过 锁存器锁存后的低三位地址 Q0~Q2 分别与 ADC0809 的地址译码引脚 ADDA~ADDC 连接， 选通 IN0~IN7 中的一个通道。 ADC0809 具有 了 输出三态锁存器， 因此其 8位输出数据引脚 D0~D7 可直接与单片机数据总线 ~ 相连。 在 ADC0809 片内无时钟， 上 图 中利用双 4位二进制计数器 74HC393 给 ADC080929 提供时钟输入。 单片机 ALE 引脚与 74HC393 的时钟输入端 CLK 相连，计数器 其中 一路输出 Q1 与ADC0809 的时钟输入端 CLOCK 相连， ALE 引脚 时钟频率经 74HC393 二分频后提供给 ADC0809 作为时钟信号。 单片机 的 引脚作为 ADC0809 片选信号。 上文 图 中使用了 4 与非门芯片 74ALS00和 6 反相器芯片 74ALS04 来控制 ADC0809 的启动和输出转换数据。 当 ＝ 1， WR ()=0，74ALS04 的 6 号 引 脚输出为高电平， 再 将其与 ADC0809 的转换启动端口 START 和地址锁存端口 ALE 连接， 最后将 在锁存通道地址的同时启动 A/D 转换。 当 =1 时 ， RD （ ） =0四川师范大学成都学院本科毕业设计 16 时， 74ALS04 的 8 号 引 脚输出为高电平， 再 将其与 ADC0809 的输出允许引脚 OE 相连，允许将转换得到的数字量数据输出到数据总线上。 本系统 设计 在软件上采用延时的方法来等待转换结束，因此 没有 使用转换结束信号引脚 EOC。 把 ADC0809 的正参考电压输 入端 VREF(＋ )和主电源输入端 VCC 都接＋ 5V电 源， 同时将 负参考电压输入端 VREF(－ )和接地端 GND 均接地。 ADC0809 与单片机 AT89C5131 的接口电路如图 所示 123IC3A74ALS00456IC3B74ALS00IN026msb21212220IN12723192418IN2282582615IN312714lsb2817IN42EOC7IN53ADDA25IN64ADDB24ADDC23IN75ALE22ref()16ENABLE9START6ref(+)12CLOCK10U5ADC0809NC1A122A73A64A55A46A37A28A19A010I/O011I/O112I/O213GND14I/O315I/O416I/O517I/O618I/O719CE20A1021OE22A1123A924A825NC26WE27VCC28AT28C64U6AT28C641 2U3A74ALS043 4U3B74ALS045 6U3C74ALS0489U3D74ALS04P3_6P3_7P0_0P0_1P0_2P0_3P0_4P0_5P0_6P0_7P[0_0..0_7]P[0_0..0_7]P0_0P0_1P0_2P0_3P0_4P0_5P0_6P0_7P[2_0..2_4]P2_0P2_1P2_2P2_3P2_4Q[0..7]Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q0Q1Q2Q[0..7]VCCGNDCLKENENSTARTP2_7PSENGNDVCCSTART1122334455667788991010111112121313141415151616J2CON16D 图 AT89C5131 与 A/D转换器和存储器芯片的连接电路 外接存储器接口电路 设计 外接存储器接口电路是为了将单片机接受到的数据存储起来， 以 达到采样功能。 外接存储器 在 AT89C5131 单片机片内集成有两个 Flash 存储空间 FM0 和 FM1，其 FM0 为 32K 字节的四川师范大学成都学院本科毕业设计 17 程序存储器（用户空间） ， 并 且支持并行编程和串行在线编程（ ISP）； 其 FM1 为 3K 字节的引导启动程序和应用编程接口（ API）， 只支持并行编程。 因此 编写单片机固件程序时可使用 FM0的用户空间进行在线编程，但 是 本系统设计时未采用在线编程的方法，而 直接将单片机程序存储在一片外接 EEPROM 存储器芯片中，通过将单片机 的 EA————接低电平， 从而使 单片机执行外部程序存储器中的程序。 本系统 中 使用的存储器芯片是 ATMEL 公司的 64K(8K8 位 )EEPROM 芯片 AT28C64。 该存储器芯片采用 了 ATMEL 非挥发性 CMOS 技术， 其 存取时间仅需 150ns， 且 功耗仅 220mW。 其 封装形式有 PDIP/SOIC28 脚、 PLCC32 脚和 TSOP28 脚三种， 引脚说明如表 所示。 表 AT28C64 引脚说明 引脚 功能 A0A12 地址线 CE 芯片选择（片选） OE 输出使能 WE 写入使能 I/O0I/O7 数据输入 /输出端 VCC 电源端 GND 接地端 外接存储器接口电 路 单片机 AT28C64 与单片机 AT89C5131 的连接电路同样如图 所示。 其 P0口输出的地址信息经地址锁存器 74HC373 锁存后送入存储器 AT28C64 的低 8 位地址线 A0~A7 后， P0 口又AT28C64 的数据线 I/O0~I/O7 相连，可 以 分时输出存储的数据。 单片机 P2 口作为高位地址线，其 P2 口输出具有锁存的功能，不必加地址锁存器 就 可直接与 AT28C64 的高 5 位地址线 A8~A12相 连。 单片机 AT89C5131PSEN 引脚与 AT28C64 的片选端 CE 和输出允许端 OE 相连，从而 就可选中外部存储器并允许从中读取程序指令。 单片机 EA 端连 接低电平， 就 使单片机执行外部程序程序存储器中的程序。 四川师范大学成都学院本科毕业设计 18 系统外围电路 系统 外围电路包括：电源电路、复位电路、时钟产生电路、 PLL 配置电路。 （ 1）电源电。