專利名稱：一種通用串行總線數(shù)據(jù)采集器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種數(shù)據(jù)采集器，特別是一種具有帶電插拔、總線供電功能且能滿足現(xiàn)場、實時數(shù)據(jù)采集需求的通用串行總線數(shù)據(jù)采集器。
技術(shù)背景現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集器有兩種一種是板卡式；一種是外置式。板卡式數(shù)據(jù)采集器是將數(shù)據(jù)采集卡插在計算機的擴(kuò)展插槽中，通過PCI或ISA總線來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。這種數(shù)據(jù)采集器不需要外接電源，但是在計算機運行的過程中，不能帶電插拔。外置式數(shù)據(jù)采集器是通過RS-232或RS-485接口與主機連接。這種數(shù)據(jù)采集裝置不僅不能帶電插拔而且需要有單獨的外置供電裝置。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提出一種全新的通用串行總線(以下用USB表示)的數(shù)據(jù)采集器，它較好的克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點，能實現(xiàn)帶電插拔、總線供電，并且體積小、重量輕、速度快、實時性好，可以滿足現(xiàn)場、便攜和實時數(shù)據(jù)采集的需求。本實用新型由數(shù)據(jù)采集裝置和USB線纜組成，其中數(shù)據(jù)采集裝置包括單片機、存儲器、模擬量模塊、數(shù)字量模塊、USB數(shù)據(jù)傳輸模塊和USB連接頭；單片機芯片集成于數(shù)據(jù)傳輸模塊，即USB芯片之中成為整個裝置的核心部件，分別與存儲器、模擬量模塊、數(shù)字量模塊經(jīng)過相應(yīng)的管腳電連通，以控制模擬量數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字量的讀寫、數(shù)據(jù)的存儲和發(fā)送。存儲器通過地址總線和數(shù)據(jù)總線連接到數(shù)據(jù)傳輸模塊，主要是用來存儲程序和采集到的數(shù)據(jù)；模擬量模塊由一片A/D芯片和相應(yīng)的濾波電路組成，A/D芯片連接到數(shù)據(jù)傳輸模塊，并在其控制下完成模擬量的采集；數(shù)字量模塊通過光電隔離模塊連接到數(shù)據(jù)傳輸模塊，并在其控制下完成數(shù)字量的輸入輸出；USB數(shù)據(jù)傳輸模塊由一片內(nèi)部集成著單片機芯片的專用USB芯片構(gòu)成，并在其控制下完成數(shù)據(jù)的傳輸；USB連接頭一端連接到數(shù)據(jù)傳輸模塊的數(shù)據(jù)線管腳，另一端對接USB線纜，實現(xiàn)與計算機數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢礞溌?，并且使整個裝置緊湊實用，其他各組件之間按照常規(guī)的電學(xué)原理電連通形成功能完備的整機。本實用新型的電學(xué)工作流程如下加電啟動后，系統(tǒng)處于待命狀態(tài)，由主機通過USB數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送命令，控制整機根據(jù)具體的指令進(jìn)行相應(yīng)的動作；如果要采集模擬量，數(shù)據(jù)傳輸模塊在接受到主機發(fā)來的采集模擬量的命令后，啟動A/D芯片，同時數(shù)據(jù)傳輸模塊啟動一個定時器，然后以一定的頻率進(jìn)行采樣，并將采集到的數(shù)據(jù)放入存儲器中，當(dāng)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)被填滿時，USB數(shù)據(jù)傳輸模塊將數(shù)據(jù)發(fā)到主機；如果要采集數(shù)字量，數(shù)據(jù)傳輸模塊在接受到主機來的采集數(shù)字量的命令后，啟動數(shù)字量采集模塊，然后以一定的頻率進(jìn)行采樣，并將采集到的數(shù)據(jù)放入存儲器中，當(dāng)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)被填滿時，數(shù)據(jù)傳輸模塊將數(shù)據(jù)發(fā)到主機。如果要輸出數(shù)字量進(jìn)行控制，則由主機發(fā)送要輸出的數(shù)字量，數(shù)據(jù)傳輸模塊在接到主機發(fā)送的寫數(shù)字量的命令后，將數(shù)字量的值傳到數(shù)字量模塊并輸出。
本實用新型能實現(xiàn)模擬量、數(shù)字量的采集傳輸，能進(jìn)行數(shù)字量的控制輸出，并且在數(shù)據(jù)采集的過程中可以帶電插拔，在便攜數(shù)據(jù)采集中能得到很好的應(yīng)用。該裝置通過總線供電，省掉了外接電源，能在一些無外接電源的場合下順利工作。裝置內(nèi)部采用3.3V標(biāo)準(zhǔn)電壓能降低系統(tǒng)的功耗，便于計算機連接多個設(shè)備。



圖1為本實用新型之電學(xué)結(jié)構(gòu)原理示意圖。
具體實施方案
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步詳述本實用新型的實施，均采用常規(guī)市售元器件，其中主要用到以下幾個芯片IC1為A/D芯片MAX118型號，IC2為電源轉(zhuǎn)換模塊MAX882型號，IC3為EEPROM24LC00型號，IC4、IC5為存儲器HM62256型號，數(shù)據(jù)傳輸模塊IC6為USB芯片選擇AN2131型號，并在其中集成了一個增強的8051內(nèi)核，構(gòu)成具有單片機功能的USB芯片，IC7為光電隔離模塊QTC6N137型號，IC8為數(shù)字量接口，IC9為模擬量接口，IC10為USB連接頭，均選用常規(guī)產(chǎn)品；在USB芯片中集成了一個增強的8051內(nèi)核，形成了IC6，并具備了單片機的電學(xué)功能，其能提供5倍與標(biāo)準(zhǔn)8051的執(zhí)行效率，提高了系統(tǒng)的可靠性和速度。以下為各部件在電路中的連接說明(1)IC1，A/D芯片與IC6，USB芯片的連接。IC6芯片PA口的PA1、PA2、PA3分別連到IC1芯片的#CS、#RD、#INT管腳，來進(jìn)行片選、時序設(shè)置以及結(jié)果讀取；PA5、PA6、PA7分別連到IC1芯片的A0、A1、A2管腳，用于進(jìn)行模擬量輸入通道選擇；模擬量的輸入端連接到IC9，經(jīng)IC1芯片的數(shù)據(jù)口通過數(shù)據(jù)線連接到IC6的PB口，用于接收由IC1轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)；輸入電壓通過電容C6和鉭電容C7旁路到地；輸入電壓的另一路通過電阻R1、R2分別與IC3和IC6的對應(yīng)連通線連通，IC1的模式選擇管腳MODE接地。
(2)數(shù)據(jù)傳輸模塊IC6的PB口同時通過光電隔離模塊IC7光電隔離連接到數(shù)字量接口IC8，用于完成數(shù)字量信號的采集和控制輸出；IC7光電隔離模塊主要用于將IC6USB芯片與外接電路徹底隔離并起到保護(hù)作用。
(3)USB連接頭IC10連接到IC6芯片的USB+和USB-引腳，用于完成USB采集器和計算機的數(shù)據(jù)通信；IC10同時給整個電路供電及提供公共地。
(4)存儲器IC4和IC5的地址線(A0-A14)和數(shù)據(jù)線(D0-D7)連接到IC6的地址線(A0-A14)和數(shù)據(jù)線(D0-D7)上；通過IC4和IC5的#CS管腳連接到IC6的A15引腳來實現(xiàn)IC4和IC5的選擇，在IC6的A15連接到IC4的#CS之間設(shè)有一個非門，而另一存儲器IC5的#CS直接與A15相連；存儲器IC4和IC5的#OE連到IC6的#PSEN，即為存儲器使能引腳；IC4和IC5的#WE引腳連到IC6的PC6，作為存儲器的寫使能；IC4和IC5的電源端分別通過C6和C7無極性電容旁路到地。
(5)IC2是電源轉(zhuǎn)換模塊，它將USB總線上提供的5V的標(biāo)準(zhǔn)電壓轉(zhuǎn)換成3.3V的標(biāo)準(zhǔn)電壓，其輸入端IN引腳接到IC10的由總線提供過來的電源上，并在與IC1的電源引腳連線上經(jīng)過電容C1和C2的并聯(lián)接地；IC2的輸出端OUT引腳通過IC6給電路中的各元器件供電，并用C3鉭電容旁路到地。
(6)IC3為EEPRM24LC00，其通過I2C總線連接到IC6，即其引腳SDA和SCL分別連到IC6的SDA和SCL，同時連根線分別都用2.2千歐的電阻R1和R2上拉。
(7)數(shù)據(jù)傳輸模塊IC6的外部晶振TX為12M，分別跨接到IC6芯片的XIN、XOUT引腳之間；晶振TX的兩端用20-40pF的電容C4和C5接地。
作為一個實例，本實用新型中的元器件除各芯片型號選空外，電容器C1為0.1μF；C2為4.7μF；C3為2.2μF；C4選30這PF，C5選30這PF；C6＝C7為0.1μF；電阻R1＝R2為2.2KΩ；晶振TX為12M。
權(quán)利要求1.一種通用串行總線數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集裝置包括單片機1存儲器、模擬量模塊、數(shù)字量模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊和連接頭，其特征在于單片機芯片集成于數(shù)據(jù)傳輸模塊之中，分別與存儲器、模擬量模塊、數(shù)字量模塊經(jīng)相應(yīng)的管腳電連通，連接頭一端連接到數(shù)據(jù)傳輸模塊的數(shù)據(jù)線管腳，另一端對接線纜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用串行總線數(shù)據(jù)采集器，其特征在于數(shù)據(jù)傳輸模塊通過光電隔離模塊連接到數(shù)字量接口。
專利摘要本實用新型涉及一種具有帶電插拔、總線供電功能且能滿足現(xiàn)場、實時數(shù)據(jù)采集需求的通用串行總線數(shù)據(jù)采集器，由數(shù)據(jù)采集裝置和USB線纜組成，數(shù)據(jù)采集裝置包括單片機、存儲器、模擬量模塊、數(shù)字量模塊、USB數(shù)據(jù)傳輸模塊和USB連接頭；單片機芯片集成于USB芯片之中成為整個裝置的核心部件，分別與存儲器、模擬量模塊、數(shù)字量模塊經(jīng)過相應(yīng)的管腳電連通，以控制模擬量數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字量的讀寫、數(shù)據(jù)的存儲和發(fā)送；存儲器通過地址總線和數(shù)據(jù)總線連接到數(shù)據(jù)傳輸模塊，以存儲程序和各種數(shù)據(jù)；整機能實現(xiàn)模擬量、數(shù)字量的采集傳輸和數(shù)字量的控制輸出，并可在數(shù)據(jù)采集過程中帶電插拔，總線供電省去了外接電源，使裝置的環(huán)境適應(yīng)范圍更加擴(kuò)大。
文檔編號G06F13/38GK2651847SQ20032010720
公開日2004年10月27日 申請日期2003年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月14日
發(fā)明者儀垂杰, 林海波, 謝志鵬 申請人:青島建筑工程學(xué)院