专利名称：一种通用串行总线数据采集器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种数据采集器，特别是一种具有带电插拔、总线供电功能且能满足现场、实时数据采集需求的通用串行总线数据采集器。
技术背景现有的数据采集器有两种一种是板卡式；一种是外置式。板卡式数据采集器是将数据采集卡插在计算机的扩展插槽中，通过PCI或ISA总线来进行数据传输。这种数据采集器不需要外接电源，但是在计算机运行的过程中，不能带电插拔。外置式数据采集器是通过RS-232或RS-485接口与主机连接。这种数据采集装置不仅不能带电插拔而且需要有单独的外置供电装置。
发明内容
针对现有技术的不足，本实用新型提出一种全新的通用串行总线(以下用USB表示)的数据采集器，它较好的克服了现有技术的缺点，能实现带电插拔、总线供电，并且体积小、重量轻、速度快、实时性好，可以满足现场、便携和实时数据采集的需求。本实用新型由数据采集装置和USB线缆组成，其中数据采集装置包括单片机、存储器、模拟量模块、数字量模块、USB数据传输模块和USB连接头；单片机芯片集成于数据传输模块，即USB芯片之中成为整个装置的核心部件，分别与存储器、模拟量模块、数字量模块经过相应的管脚电连通，以控制模拟量数据的采集、数字量的读写、数据的存储和发送。存储器通过地址总线和数据总线连接到数据传输模块，主要是用来存储程序和采集到的数据；模拟量模块由一片A/D芯片和相应的滤波电路组成，A/D芯片连接到数据传输模块，并在其控制下完成模拟量的采集；数字量模块通过光电隔离模块连接到数据传输模块，并在其控制下完成数字量的输入输出；USB数据传输模块由一片内部集成着单片机芯片的专用USB芯片构成，并在其控制下完成数据的传输；USB连接头一端连接到数据传输模块的数据线管脚，另一端对接USB线缆，实现与计算机数据传输的物理链路，并且使整个装置紧凑实用，其他各组件之间按照常规的电学原理电连通形成功能完备的整机。本实用新型的电学工作流程如下加电启动后，系统处于待命状态，由主机通过USB数据传输模块发送命令，控制整机根据具体的指令进行相应的动作；如果要采集模拟量，数据传输模块在接受到主机发来的采集模拟量的命令后，启动A/D芯片，同时数据传输模块启动一个定时器，然后以一定的频率进行采样，并将采集到的数据放入存储器中，当数据缓冲区被填满时，USB数据传输模块将数据发到主机；如果要采集数字量，数据传输模块在接受到主机来的采集数字量的命令后，启动数字量采集模块，然后以一定的频率进行采样，并将采集到的数据放入存储器中，当数据缓冲区被填满时，数据传输模块将数据发到主机。如果要输出数字量进行控制，则由主机发送要输出的数字量，数据传输模块在接到主机发送的写数字量的命令后，将数字量的值传到数字量模块并输出。
本实用新型能实现模拟量、数字量的采集传输，能进行数字量的控制输出，并且在数据采集的过程中可以带电插拔，在便携数据采集中能得到很好的应用。该装置通过总线供电，省掉了外接电源，能在一些无外接电源的场合下顺利工作。装置内部采用3.3V标准电压能降低系统的功耗，便于计算机连接多个设备。
图1为本实用新型之电学结构原理示意图。
具体实施方案
以下结合附图对本实用新型作进一步详述本实用新型的实施，均采用常规市售元器件，其中主要用到以下几个芯片IC1为A/D芯片MAX118型号，IC2为电源转换模块MAX882型号，IC3为EEPROM24LC00型号，IC4、IC5为存储器HM62256型号，数据传输模块IC6为USB芯片选择AN2131型号，并在其中集成了一个增强的8051内核，构成具有单片机功能的USB芯片，IC7为光电隔离模块QTC6N137型号，IC8为数字量接口，IC9为模拟量接口，IC10为USB连接头，均选用常规产品；在USB芯片中集成了一个增强的8051内核，形成了IC6，并具备了单片机的电学功能，其能提供5倍与标准8051的执行效率，提高了系统的可靠性和速度。以下为各部件在电路中的连接说明(1)IC1，A/D芯片与IC6，USB芯片的连接。IC6芯片PA口的PA1、PA2、PA3分别连到IC1芯片的#CS、#RD、#INT管脚，来进行片选、时序设置以及结果读取；PA5、PA6、PA7分别连到IC1芯片的A0、A1、A2管脚，用于进行模拟量输入通道选择；模拟量的输入端连接到IC9，经IC1芯片的数据口通过数据线连接到IC6的PB口，用于接收由IC1转换完成的数据；输入电压通过电容C6和钽电容C7旁路到地；输入电压的另一路通过电阻R1、R2分别与IC3和IC6的对应连通线连通，IC1的模式选择管脚MODE接地。
(2)数据传输模块IC6的PB口同时通过光电隔离模块IC7光电隔离连接到数字量接口IC8，用于完成数字量信号的采集和控制输出；IC7光电隔离模块主要用于将IC6USB芯片与外接电路彻底隔离并起到保护作用。
(3)USB连接头IC10连接到IC6芯片的USB+和USB-引脚，用于完成USB采集器和计算机的数据通信；IC10同时给整个电路供电及提供公共地。
(4)存储器IC4和IC5的地址线(A0-A14)和数据线(D0-D7)连接到IC6的地址线(A0-A14)和数据线(D0-D7)上；通过IC4和IC5的#CS管脚连接到IC6的A15引脚来实现IC4和IC5的选择，在IC6的A15连接到IC4的#CS之间设有一个非门，而另一存储器IC5的#CS直接与A15相连；存储器IC4和IC5的#OE连到IC6的#PSEN，即为存储器使能引脚；IC4和IC5的#WE引脚连到IC6的PC6，作为存储器的写使能；IC4和IC5的电源端分别通过C6和C7无极性电容旁路到地。
(5)IC2是电源转换模块，它将USB总线上提供的5V的标准电压转换成3.3V的标准电压，其输入端IN引脚接到IC10的由总线提供过来的电源上，并在与IC1的电源引脚连线上经过电容C1和C2的并联接地；IC2的输出端OUT引脚通过IC6给电路中的各元器件供电，并用C3钽电容旁路到地。
(6)IC3为EEPRM24LC00，其通过I2C总线连接到IC6，即其引脚SDA和SCL分别连到IC6的SDA和SCL，同时连根线分别都用2.2千欧的电阻R1和R2上拉。
(7)数据传输模块IC6的外部晶振TX为12M，分别跨接到IC6芯片的XIN、XOUT引脚之间；晶振TX的两端用20-40pF的电容C4和C5接地。
作为一个实例，本实用新型中的元器件除各芯片型号选空外，电容器C1为0.1μF；C2为4.7μF；C3为2.2μF；C4选30这PF，C5选30这PF；C6＝C7为0.1μF；电阻R1＝R2为2.2KΩ；晶振TX为12M。
权利要求1.一种通用串行总线数据采集器，数据采集装置包括单片机1存储器、模拟量模块、数字量模块、数据传输模块和连接头，其特征在于单片机芯片集成于数据传输模块之中，分别与存储器、模拟量模块、数字量模块经相应的管脚电连通，连接头一端连接到数据传输模块的数据线管脚，另一端对接线缆。
2.根据权利要求1所述的通用串行总线数据采集器，其特征在于数据传输模块通过光电隔离模块连接到数字量接口。
专利摘要本实用新型涉及一种具有带电插拔、总线供电功能且能满足现场、实时数据采集需求的通用串行总线数据采集器，由数据采集装置和USB线缆组成，数据采集装置包括单片机、存储器、模拟量模块、数字量模块、USB数据传输模块和USB连接头；单片机芯片集成于USB芯片之中成为整个装置的核心部件，分别与存储器、模拟量模块、数字量模块经过相应的管脚电连通，以控制模拟量数据的采集、数字量的读写、数据的存储和发送；存储器通过地址总线和数据总线连接到数据传输模块，以存储程序和各种数据；整机能实现模拟量、数字量的采集传输和数字量的控制输出，并可在数据采集过程中带电插拔，总线供电省去了外接电源，使装置的环境适应范围更加扩大。
文档编号G06F13/38GK2651847SQ20032010720
公开日2004年10月27日 申请日期2003年11月14日 优先权日2003年11月14日
发明者仪垂杰, 林海波, 谢志鹏 申请人:青岛建筑工程学院