自动化与仪器仪表USB在数据采集系统中的应用清华大学精密仪器系（100084）刘丁毛德柱清华大学工程物理系（100084）王云飞摘要：已成为PC标准的通用串行总线USB为多点数据采集提供了很大的便利，利用USB可以实现较传统方式更有效、更经济、点数更多的数据采集。本文介绍了如何利用USB接口来实现多点数据采集。关键词：USBRS485数据采集在工业生产和科学技术研究的各行业中，常常利开机箱，加减已安装过的设备完全不用关闭计算机。用PC或工控机对各种数据进行采集。这其中有很多所有USB设备支持热拔插，系统对其进行自动配置，地方需要对各种数据进行采集，如液位、温度、压力、彻底抛弃了过去的跳线和拨码开关设置。频率等。现在常用的采集方式是通过数据采集板卡，·易于扩展。通过使用Hub扩展可拨接多达127常用的有A/D卡以及422、485等总线板卡。采用板个外设。标准USB电缆长度为3m（5m低速）。通过卡不仅安装麻烦、易受机箱内环境的干扰，而且由于Hub或中继器可以使外设距离达到30m。受计算机插槽数量和地址、中断资源的限制，不可能·能够采用总线供电。USB总线提供最大达5V电挂接很多设备。而通用串行总线（UniversaISeriaI压、500mA电流。Bus，简称USB）的出现，很好地解决了以上这些冲突，·使用灵活。USB共有4种传输模式：控制传输很容易就能实现低成本、高可靠性、多点的数据采集。（controI）、同步传输（Synchronization）、中断传输（inter-1USB简介rupt)、批量传输（buIk），以适应不同设备的需要。USB是一些PC大厂商，如Microsoft、InteI等为了2采用USB传输的数据采集设备解决日益增加的PC外设与有限的主板插槽和端口之2.1硬件组成间的矛盾而制定的一种串行通信的标准，自1995年一个实用的USB数据采集系统包括A/D转换在Comdex上亮相以来至今已广泛地为各PC厂家所器、微控制器以及USB通信接口。为了扩展其用途，支持。现在生产的PC几乎都配备了USB接口，Mi-还可以加上多路模拟开关和数字I/0端口。crosoft的Windows98、NT以及Mac0S、Linux、FreeBSD等流行操作系统都增加了对USB的支持。A/D转换至PCUSB通信微控制器1.1USB系统的构成接口数字I/0USB系统主要由主控制器（HostControIIer)、USBHub和USB外设（PeripheraIsNode)组成系统拓扑结图2USB数据采集设备的构成构，如图1所示。系统的A/D、数字I/0的设计可沿用传统的设计方法，根据采集的精度、速率、通道数等诸元素选择合主控制器适的芯片，设计时应充分注意抗干扰的性能，尤其对HUB设备HUBA/D采集更是如此。在微控制器和USB接口的选择上有两种方式，一HUBHUB设备设备设备种是采用普通单片机加上专用的USB通信芯片。现在图1USB总线的拓扑结构的专用芯片中较流行的有NationaISemiconductor公司的USBN9602、ScanLogic公司的SL11等。笔者曾经采1.2USB的主要优点用AtmeI公司的89C51单片机和USBN9602芯片构成·速度快。USB有高速和低速两种方式，主模式为系统，取得了良好的效果。这种方案的设计和调试比高速模式，速率为12Mbps，另外为了适应一些不需要较麻烦，成本相对而言也比较高。很大吞吐量和很高实时性的设备，如鼠标等，USB还另一种方案是采用具备USB通信功能的单片机。提供低速方式，速率为1.5Mb/s。随着USB应用的日益广泛，InteI、SGS-Tomson、Cy-·设备安装和配置容易。安装USB设备不必再打《电子技术应用》2000年第4期四通工控研华加值商626261446262614537自动化与仪器仪表press、Phiiips等芯片厂商都推出了具备USB通信接口传输至PC机进行分析处理。而主机向设备发送数据的单片机。这些单片机处理能力强，有的本身就具备的过程正好相反：主机向USB口发送数据，数据通过多路A/D，构成系统的电路简单，调试方便，电磁兼485~USB转换口转换为485协议向远端输送，如图3容性好，因此采用具备USB接口的单片机是构成USB所示。数据采集系统较好的方案。不过，由于具备了USB接口，这些芯片与过去的开发系统通常是不兼容的，需要购买新的开发系统，投资较高。PCUSB的一大优点是可以提供电源。在数据采集设USBUSBUSB备中耗电量通常不大，因此可以设计成采用总线供电485-USB485-USB485-USB的设备