基于usb接口的

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1、基于基于 usbusb 接口的接口的基于 USB 串口多点温度采集系统的设计时间：2009-04-22 12:43:19 来源：国外电子元器件 作者：夏布礼 丁克勤 1 引言在科研实验、大棚蔬菜种植、各种动物养殖及卫生医疗等场合经常要用到多点温度采集系统。利用 PC 机将采集到的多点温度进行分析处理是非常方便的，目前 PC 机的数据接口最方便的就是通用串行总线 USB。USB 总线具有连接方便，无需外接电源，即插即用，支持热插拔，动态加载驱动程序等特有优点，在主机和数据采集系统之间可以实现简单、快捷、可靠的连接和通讯。在测试设备与计算机之间建立有效、灵活、低功耗、可靠的通讯方式。实现测试仪器高

2、速、便捷、网络化是当今仪器发展的一个重要方向。所以，基于USB 总线的多点温度采集系统是一种非常实用的温度采集方式。2 USB 串口温度采集系统一个实用的 USB 温度采集系统包括温度数据采集器、微控制器以及 USB 通信接口。为了扩展其用途，还可以加上多路模拟开关和数字 I0 端口。设计选用南京信恒公司生产的 USB 通信接口器件CH372。由于该器件功能强，体积小，价格低，应用方便，在一定层次上简化了温度采集系统的工作量，并降低了成本。其主要设计原理是：将不断变化的多个外界温度模拟量通过数字温度传感器阵列DSl8820 转换而变成单片机能够处理的数字量，AT89S52 对转换后的数据做相应

3、的处理。由 USB 接口电缆与 PC 主机组成数据处理平台，用来将实时采集到的温度数据高速回送到计算机之中，形成原始数据文件，为后续数据处理做准备。图 1 为该温度采集系统原理框图。3 温度采集系统方案实现USB 温度采集系统从功能上划分为温度采集模块，USB 接口模块和 PC 主机客户应用程序模块 3 部分。(1)USB 接口模块采用集成度高、功能较强 USB 专用接口器件CH372，简化程序设计工作量，使得整个温度采集系统结构简单，可靠性高。(2)温度采集模块 由数字温度传感器 DSl8820 阵列和微控制器组成。DSl8820 能直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现 91

4、2 位的数字值读数方式。(3)PC 主机客户应用程序模块 用户应用程序负责接收和存储USB 设备采集来的温度数据。通过显示器把采集出的温度数据显示出来，并根据需要进行后续处理。4 系统硬件电路设计多点温度采集系统设计一方面是探索自主开发技术，更重要的是使所研究的温度采集器具有更好的灵活性，以满足不同的应用需求。系统硬件设计的关键是温度采集信号电路与单片机接口电路的设计。41 USB 接口芯片与上位机的接口电路在设计中采用 USB 接口器件 CH372，它有两种型号：CH372A 为5 V 电源电压，CH372V 为 3.3 V 电源电压。CH372 是一个 USB 总线的通用设备接口器件。在本

5、地端，CH372 具有 8 位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出，可以方便地挂接到单片机的系统总线上；在计算机系统中，CH372 的配套软件提供了简洁易用的操作接口，与本地端的单片机通讯就如同读写文件。CH372 内置了 USB通讯中的底层协议具有省事的内置固件模式和灵活的外置固件模式。在内置同件模式下，CH372 自动处理默认端点 O 的所有事务，本地端单片机只要负责数据交换，所以单片机程序非常简洁。在外置同件模式下，由外部单片机根据需要自行处理各种 USB 请求，从而可以实现符合各种 USB 类规范的设备。图 2 为 CH372 连接原理图。CH372 控制器的主要特点如下：支持全速

6、设备接口，兼容 USB20 规范，即插即用，外同元器件只需要晶体和电容。提供一对主端点和一对辅助端点，支持控制传输、批量传输、中断传输。具有 8 位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出可以方便的挂接到单片机等控制器的系统总线上。内置了 USB 通讯中的底层协议，具有省事的内置固件模式和灵活的外置固件模式。在内置固件模式下，CH372 自动处理默认端点 0 的所有事务，自动完成标准的 USB 枚举配置过程，本地端单片机只要负责数据交换，所以单片机程序非常简洁。USB 器件与上位机接口电路原理图如图 3 所示，P1 是 USB 总线接口，USB 总线包括一对 5 V 电源线和一对数据信号线。U

7、SB 总线提供的电源电流最大可以达到 500 mA。选电阻 R，用于在电源断电后将电解电容 C5 中的电能及时释放掉，使 VCC 及时下降到 0 V，确保在下次通电时 CH372 能够可靠的上电复位。电容 C3 用于 CH372 内部电源节点退耦，C3 是容量为 001 F 的高频瓷片电容。电容 C4用于外部电源退耦，C4 是容量为 O1F 的独石或高频瓷片电容。晶体 Xl、电容 C2 和 C1 用于 CH372 的时钟振荡电路。42 USB 接口器件与单片机接口电路CH372 具有通用的被动并行接口，可以直接连接 AT89S52。在设计应用电路中，CH372 可以通过 8 位被动并行接口的D

8、7DO、RD、WR、CS、A0 直接挂接到单片机 U2 的系统总线上如图3 所示。43 USB 串口温度采集系统总体原理在设计中，采用数字温度传感器 DSl8820 实现温度采集。DSl8820 是 DALLAS 公司生产的基于串行接口的一线式数字温度传感器，它是将半导体温敏器件、A/D 转换器、存储器等做在一个很小的集成电路芯片上，传感器直接输出的就是温度信号数字值。DSl8820 具有如下特性：采用单总线技术，与单片机通信只需要一根 I0 线，在一根线上可挂接多个 DSl8820。低压供电，电源范围 35V，可以本地供电，也可以直接从数据线上窃取电源(寄生式供电)。每只 DSl8820 具

9、有一个独立的、不可修改的 64 位序列号，根据序列号可以访问对应的器件。测温范围为一 55+125，在一 1085范围内误差为05。可编程数据为 912 位，其转换 12 位的温度时间为 750 ms(最大)。DSl8820 可将检测到的温度值直接转化成数字量，并通过串行通信的方式与主控制器进行数据通信。由数字温度传感器 DSl8820 的特性可知，在它采集模拟温度信号并与单片机进行通信时，只需要一根 I0 线与单片机 AT89S52的 P 口连接，而在一根线上可以挂接多个数字温度传感器DSl8820，可以测出不同地点的温度数据，从而实现了温度的多点采集。USB 串口多点温度采集系统其中的一路

10、原理图见图 3 所示。5 系统软件设计USB 温度采集系统的软件部分包括 3 个方面：单片机中的固件程序，设备驱动程序，和主机上的应用程序。整个软件系统的组成如图 4 所示。51 固件程序在外置固件模式下，由外部单片机根据需要自行处理各种 USB请求，从而可以实现符合各种 USB 类规范的设备。CH372 初始化程序流程图如图 5 所示。52 设备驱动程序USB 驱动程序可以采用 WDM(Windows Driver Mode)模式设计。WDM 驱动程序采用灵活的分层驱动方法，在用户和物理设备之间存在着几个不同的驱动程序层次且各层上的 WDM 驱动程序具有不同优先级。利用 WDM 设计的驱动程

11、序可根据用户的需要调整，灵活性好，但需要了解操作系统原理及相关硬件工作细节，而且工作量较大。设计采用南京信恒公司的通用驱动程序，直接下载后安装即可。53 应用程序应用程序的设计可根据用户的需求进行适当调整，温度采集系统提供了一个通用的上位机应用程序，将采集来的温度值直接显示到电脑屏幕上。应用层接口是由 CH372 动态链接库 DLL 提供的面向功能应用的 API，所有 API 在调用后都有操作状态返回，但不一定有应答数据。CH372 动态链接库提供的 API 包括：设备管理 API、数据传输 API 和中断处理 API。CH372 与计算机连接的上位机总体程序流程图如图 6 所示。54 DSl

12、8820 温度采集子程序系统程序设计的关键在于数字传感器 DSl8820 与单片机之间的“单总线”传输软件的编写和单片机与 PC 机之间 USB 串行通信软件的编写。从机使用 C 语言编程，完成单片机对 DSl8820 的温度采集和单片机与 USB 接口通信。单片机对 DS18820 的温度采集流程图如图 7 所示。6 结语设计的基于 USB 串口的多点温度采集系统。硬件电路十分简单，而且安装方便，即插即用，有很好的可靠性和稳定性，可广泛应用于生产车间、粮仓、各种大棚、大型商场及宾馆等场所的多点温度检测与控制。创新点：使用数字温度传感器 DSl8820 简化了测温器件与单片机的接口电路，从而使硬件电路体积小、连接方便，具有速度快、可靠性高、性价比好、应用性强等特点。