基于CH372的USB数据采集系统在自然环境下的设计与实现
基于USB总线的数据采集系统在自然环境下的设计与实现
摘要：本文提出了一种基于USB协议的数据采集系统设计方法，应用CH372USB控制芯片和SPCE061A单片机，完成设备与主机通信。文中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。该系统利用CH372内置固件模式简化了相关USB协议处理，同时使用SPCE061A自带模数转换器对数据进行转换控制，使得硬件电路简单可扩展，适用于各种数据采集场景。
关键词：USB；自然环境；数据采集；CH372
引言：
随着科学研究对高精度、高速度的需求日益增长，传统的PC端安装A/D卡等外设已经无法满足要求。USB作为一种新型外设连接技术，因其便捷性、易于扩展以及高速性能而逐渐被应用于多个领域。本文旨在探讨如何将USB技术融入到自然环境下的数据采集系统中，以提高工作效率和准确性。
USB 数据采集系统组成及工作原理
一个完整的USB数据采 集系统通常包括A/D转换器、DIO、微处理器（如SPCE061A）、USBC控芯片（如CH372）以及PC端应用程序。在自然环境下，这些组成部分需要具备一定程度的防护措施以抵御恶劣天气条件，如防水、抗震等特性。此外，由于信号可能会受到干扰，因此需要采用良好的屏蔽措施来保证信号质量。
系统硬件设计
本文采用的是带有7通道10位精度A/D转换器并配备CH372USBC控芯片和SPCE061ASingle-Chip 16-bit Microcontroller 的方案。这一选择使得硬件电路简洁且具有较高灵活性，可以适应不同的测量任务。
2.1 CH372主要特点
支持全速设备接口，与USB 2.0规范兼容。
具有8位宽度读写接口，可以方便地挂接到微处理器或其他数字IC上。
内置了低级别复用协议，无需外部微处理器即可实现基本功能。
2.2 SPCE061ASingle-Chip Microcontroller 特点
拥有16位CPU核心，可运行频率从32kHz至49.152MHz。
具有7个10位模拟输入通道和两个10位模拟输出通道。
可以支持复杂数字信号处理任务。
软件设计
软件部分包括三大块：单片机上的固件程序、设备驱动程序以及PC端应用程序。由于使用了内置固件模式，本地端单片机只需负责执行涉及对采集到的原始物理量进行必要计算或编码，然后通过CH372发送给主机，而无需担心底层通信细节的问题。
4 结论与展望：
通过这种方式，不仅能够有效地提升现有的实验室测试能力，还能使得未来更广泛范围内的一些现场监测任务变得更加容易实行。然而，在实际操作过程中还需要考虑更多关于温度变化、大气压力变化等因素影响，以及如何进一步优化硬件结构以提高抗噪声能力等问题，为此我们计划开展进一步研究，以期推出更加完善的地面站式远程监测装置。在未来的研究工作中，我们将不仅关注技术创新，而且也会密切关注产品化过程中的经济效益分析，以确保我们的创新成果能够得到市场认可并真正为社会生产力作出贡献。
