基于CH372的USB数据采集系统在自然环境下的设计与实现探索数据采集技术的多样性
基于USB总线传输协议的数据采集系统在自然环境下的设计与实现：探索数据采集技术的多样性
摘要：本文提出了一种基于USB总线传输协议的数据采集系统设计方法。该系统应用CH372USB与SPCE061A单片机，完成设备与主机通信。文章介绍了数据采集系统的总体设计思想及层次结构，并详细介绍了固件程序、设备功能驱动程序和应用程序的设计方法。该系统通过CH372内置固件模式屏蔽相关USB协议，并使用SPCE061A自带模数转换器对数据进行转换控制，使得硬件电路十分简单，可广泛应用于各种数据采集场景。
关键词：USB总线 ; 数据采集 ; CH372
引言：
在现代科学研究中，经常需要对各种信号进行实时监测和分析。目前，常见的是在PC内安装专用的数据采集卡（如A/D卡及422、485卡），但这些设备由于安装复杂、价格昂贵、受计算机插槽数量、地址、中断资源限制，以及无法做电磁屏蔽而导致采集的信号失真等问题，不足以满足用户日益增长的一些特殊需求。在此背景下，USB（Universal Serial Bus）作为一种新的外设连接技术，以其便捷性、高速度和可扩展性越来越被用于数据采集中。
USB(data acquisition) system composition and working principle
一个实用的USB data acquisition system包括A/D转换器，DIO,微处理器以及PC端的应用程序。外部信号经过传感器变换为模拟电压信号，然后通过屏蔽电缆进入A/D转换模块将其数字化。在主机端，当外围设备接入后，主机端上的应用程序可以控制对原始信号进行读取并存储至数据库，再通过USB接口将这些信息按照特定的格式发送到PC上由相应软件解析显示。
System hardware design
为了实现这个目标，本文提出了一个基于CH372 USB control chip 和 SPCE061A single-chip microcomputer 的方案，该方案能够提供高性能且成本效益好的解决方案。
CH372 主要特点:
支持全速设备接口兼容 USB2.0 规范，即插即用。
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位数据总线读写片选控制线以及中断输出，可以方便地挂接到单片机或DSP/MPU等系统总线内置了通讯中的底层协议具有省事的内置固件模式灵活外置固件模式，在内置固件模式下自动处理默认端点0的事务自动完成标准枚举配置过程本地单片机只需负责交换所以简洁。
SPCE061 A主要性能特点:
有16位微处理器核心CPU工作时钟频率0.32—49.152MHz.
拥有7个10位模拟数字输入通道两10位数字模拟输出通道.
Software Design
软件部分包括三个方面：单片机中的固件代码, 设备驱动程式, 及主机会执行的一系列操作命令.
3.1 固件是指与USB相连的一个小型计算机构造物执行的一个任务，它主要负责响应从电脑发来的请求使电脑检测并识别出它也就是准备好让电脑和它之间能发生交流；根据电脑上面所要求去获取一些东西或者改变一些状态。
3.2 设备驱动是一种操作方式，它允许你的硬盘知道如何理解你给它发送过来的命令，这样当你想要把某个文件保存到硬盘的时候，你不必每一步都告诉硬盘怎么做，而是直接告诉你的操作员他应该如何去保存这个文件，然后他会自己决定最好的方式去完成这项任务。
3.3 应用是在个人计算中运行着很多不同的程式，如文字编辑工具图片编辑工具音乐播放工具游戏等等它们能够利用您的键盘鼠标显示来帮助您更快更容易地使用您的个人计算。但他们不能直接访问任何物理组成部分，他们只能通过调用已经存在于您的个人计算上的APIs来间接影响它们。这意味着如果您想创建一个新的文字编辑工具，那么您必须编写代码这样就可以调用现有的APIs来提供文字输入功能。你不能直接修改字母表或添加新字母，因为那属于物理层面的东西，但你可以让用户看起来好像他们正在做这样的变化一样。
4 结束语：
本文描述了一种基于CH372 USB control chip 和 SPCE061 A single-chip microcomputer 的高性能且成本效益好的解决方案，该方案能够提供强大的扩展能力适合于多种类型环境下的工作。此类解决方案对于需要快速准确获取大量不同类型信息的人来说非常重要特别是在自然环境下，比如气象站测量温度湿度风速光照等参数，或生物学实验室追踪动物行为记录生长过程。在未来，我们期待看到更多创新性的发展，以进一步提升我们的生活质量提高我们的工作效率保护我们地球家园。
