专利名称：一种基于单片机的多功能usb数据采集设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种数据采集设备，尤其涉及一种采用通用串行总线(USB)接口、由单片机控制具有高速传输功能的数据采集设备。
背景技术：
近年来，数据采集及其应用受到越来越广泛的关注，数据采集卡也有了快速发展，它可以广泛的应用于各种控制领域。目前，国内外的数据采集系统常用的数据采集卡一般为RS-232接口、RS-485接口、PCI接口、ISA接口的数据采集卡等。这些数据采集卡虽然有各自的优点，但是也有各自的缺点。例如RS_232接口和RS-485接口的数据采集卡传输速度较慢，而PCI接口和ISA接口的数据采集卡需要插在控制主机的PCI插槽或ISA插槽上，受计算机插槽数量、地址、中断资源限制，安装麻烦、使用不方便、可扩展性差，在一些电磁干扰性强的测试现场，无法专门对其做电磁屏蔽，导致采集的数据失真等缺点。此外，上 述采集卡通常以微型机为核心，相对于以单片机为核心的数据采集系统，存在成本高、传输速度慢、扩展性不强等缺点。
发明内容本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于单片机的多功能USB数据采集设备，其采用USB接口、由单片机控制实现采集信息的高速传输，从而解决目前数据采集设备传输速度慢、使用不方便、成本较高等缺陷。为达到上述目的，本实用新型所采用的技术手段是，一种基于单片机的多功能USB数据采集设备，包括模数转换器，用于将输入的模拟信号转换成数字量的模数转换器；具有USB接口的USB控制电路，通过USB接口连接上位控制单元；单片机，分别与模数转换器和USB控制电路相连接，用于接收模数转换器输出的数字量，并控制USB控制电路将数字量通过USB接口传送至上位控制单元，接收上位控制单元通过USB接口传送的控制指令。优选地，所述单片机采用STC12C5202AD系列单片机。优选地，所述USB控制电路采用PL2303HX芯片。优选地，所述上位控制单元设置有USB加密狗，包括设备驱动模块和应用显示模块。优选地，所述上位控制单元还包括真随机数产生模块。本实用新型具有高速信息传输、安装方便、支持即插即用、易于扩展、电磁干扰小、性价比高等优点；上位控制单元设置USB加密狗，可以提高采集设备的安全性能，保护应用软件不被盗版；本实用新型还可以作为真随机数产生器，真随机数产生频率可达到2M次/s ;本实用新型可广泛运用于通信、遥感、智能仪器仪表、工业自动化等领域。
以下结合附图
和实施例对本实用新型进一步说明。[0011]图I为本实用新型的结构示意图；图2为本实用新型实施例的电路连接示意图。
具体实施方式
如图I所示的一种基于单片机的多功能USB数据采集设备，包括模数转换器，用于将输入的模拟信号转换成数字量的模数转换器；具有USB接口的USB控制电路，通过USB接口连接上位控制单元；单片机，分别与模数转换器和USB控制电路相连接，用于接收模数转换器输出的数字量，并控制USB控制电路将数字量通过USB接口传送至上位控制单元，接收上位控制单元通过USB接口传送的控制指令。工作过程由传感器采集的多路信号经调制电路放大、滤波等处理后，以8位或16位的模拟信号进入模数转换器，由单片机控制模数转换器进行多通道选择，被选中的通道模拟信号进行模拟-数字转换，转换后的数字量进入单片机并暂存；然后由USB控制电路将数字量传递给上位控制单元进行数据处理和显示，同时将上位控制单元发出的控制信号通过USB控制电路的USB接口传输到单片机。上位控制单元包括设备驱动模块和应用显示模块。设备驱动模块主要功能是初始化硬件，进行驱动，模数转换，完成和上位控制机的数据交互，驱动采用的芯片，完成采集过程和数据上传。应用显示模块用于与数据采集设备通信，实现对数据的接收、存储和显示。上位控制单元设置USB加密狗，可以提高采集卡的安全性能，保护软件不被盗版。上位控制单元还包括正随机数产生模块，在本实施例中数据采集是将0-5V模拟电压值转换为0-255数字值，但是由于转换精度较低，USB电压有不稳定扰动，加之电路设计中输入端会有耦合噪声，都会导致误差存在。因此0X00-0XFF的最后一位具有随机性，将其取出进行奇偶判断，每8位组成一个字节，即为输出的随机数。模数转换为25万次/s，有8路模数采样通道，所以正随机数产生模块最快可以采集随机数2M次/S。图2所示为本实用新型实施例的电路连接示意图，单片机采用STC宏晶科技提供的STC12C5202AD系列单片机，该器件包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块，如中央处理器、程序存储器\数据存储器、定时\计数器、UART串口、IO接口、高速AD转换、看门狗及片内R/C振荡器和外部晶体振荡电路等模块。USB控制电路采用Prolific公司生产的PL2303HX芯片，该器件作为USB/RS232双向转换器，一方面从上位控制单元接收USB数据并将其转换为RS232信息流格式发送给单片机；另一方面从RS232单片机接收数据转换为USB数据格式传送回上位控制单元。本实用新型通过USB供电，即USB控制电路中的+5V和GND端。上述实施例不作为对本实用新型的限定，凡在本实用新型的范围内所作的任何修改、等同替换、改进等，均属于本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种基于单片机的多功能USB数据采集设备，其特征在于包括模数转换器，用于将输入的模拟信号转换成数字量的模数转换器；具有USB接口的USB控制电路，通过USB接口连接上位控制单元；单片机，分别与模数转换器和USB控制电路相连接，用于接收模数转换器输出的数字量，并控制USB控制电路将数字量通过USB接口传送至上位控制单元，接收上位控制单元通过USB接口传送的控制指令。
2.根据权利要求I所述的一种基于单片机的多功能USB数据采集设备，其特征在于，所述单片机采用STC12C5202AD系列单片机。
3.根据权利要求I所述的一种基于单片机的多功能USB数据采集设备，其特征在于，所述USB控制电路采用PL2303HX芯片。
4.根据权利要求I所述的一种基于单片机的多功能USB数据采集设备，其特征在于，所述上位控制单元设置有USB加密狗，包括设备驱动模块和应用显示模块。
5.根据权利要求I所述的一种基于单片机的多功能USB数据采集设备，其特征在于，所述上位控制单元还包括真随机数产生模块。
专利摘要本实用新型公开了一种基于单片机的多功能USB数据采集设备，包括模数转换器，用于将输入的模拟信号转换成数字量的模数转换器；具有USB接口的USB控制电路，通过USB接口连接上位控制单元；单片机，分别与模数转换器和USB控制电路相连接，用于接收模数转换器输出的数字量，并控制USB控制电路将数字量通过USB接口传送至上位控制单元，接收上位控制单元通过USB接口传送的控制指令。本实用新型采用USB接口、由单片机控制实现采集信息的高速传输，具有安装方便、支持热插拔、易于扩展、电磁干扰小、性价比高等优点；并且还可以作为真随机数产生器，在工业现场数据采集和控制等众多领域有着广泛的应用前景。
文档编号G06F13/38GK202584112SQ2012201599
公开日2012年12月5日 申请日期2012年4月17日 优先权日2012年4月17日
发明者王建新, 张克军, 周长春, 姚栋, 隋美丽, 高献伟, 李秀滢, 周玉坤, 陈汉林, 靳济方, 赵成 申请人:北京电子科技学院