基于CH372的USB数据采集系统在自然环境下的设计与实现工控技术应用探究
基于USB总线的数据采集系统在自然环境下的设计与实现：工控技术应用探究
摘要：
本文提出了一种基于USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）协议的数据采集系统设计方法。该系统采用CH372 USB控制芯片与SPCE061A单片机，完成设备与主机之间的通信。本文介绍了数据采集系统的总体设计思想及层次结构，并详细阐述了固件程序、设备功能驱动程序和应用程序的设计方法。这一系统通过CH372内置固件模式屏蔽了相关USB协议，并利用SPCE061A自带模数转换器对数据进行转换控制，使得硬件电路简化，可广泛应用于各种数据采集任务。
关键词：USB总线；数据采集；CH372
引言：
在现代科学研究中，频繁地需要对各种物理量进行实时监测和分析。传统上，这通常涉及到安装专门的硬件设备，如A/D卡、422/485卡等，但这些设备因其复杂性、昂贵价格以及对计算机资源限制而受限。在此背景下，随着客户对于快速响应和高精度要求日益提高，USB作为一种新型外设连接技术，其易于扩展、高速度特性使其成为理想选择用于构建便携式、高效能的数据采集系统。
系统组成及工作原理
一个完整的USB数据采 集系统主要包括A/D转换器、数字输入输出（DIO）、微处理器或数字信号处理器（DSP/MPU）、以及PC端上的应用程序。外部被测信号经过传感器变为模拟电压信号，然后通过屏蔽电缆输入到A/D转换模块，将其转换为数字信号。在主机端，当外围USB设备接入时，它们会被检测配置后，由主机端上的应用程序控制来执行实际的数据采集中。此过程中，由于所需 采样速率不同，可以根据需求适当调整，而不影响整个系统性能。
系统硬件设计
为了实现上述目标，本文提出的解决方案使用了两种类型的心智操作方式。一种是直接将带有7通道10位精度A/D转换功能并且具有独立内部RAM存储空间的大容量单片机如cypress公司生产的一系列cy系列产品; 另一种则是采用纯粹型usb接口芯片加上独立微处理器或DSP/MPU结合使用这种方式可以更灵活地满足用户不同的需求。
本项目选用的具体硬件方案是由SPCE061A单片机及其相应软件支持工具包，以及可编程逻辑控制器PLC,这使得我们能够以最小化成本和最大化效率来实现我们的目标。
软件设计
软件部分主要包含三个方面：固定代码，即运行在嵌入式平台上的代码负责管理底层通信协议; 设备驱动，它定义如何访问底层硬件; 和用户界面UI它提供给用户一个友好的交互界面让他们能够轻松地设置参数并启动监视任务。
固定的代码部分负责初始化所有必要资源并确保所有必要的事务都得到正确处理。当发生任何异常或者错误时，它还会捕获并报告这些问题，以便开发者能够修正它们。
结论
本文提出了一种基于CH372 USB控制芯片与SPCE061A 单片机共同工作的情况下，在自然环境下的无线工业自动化监控网格中的简单但有效 的温湿度测量装置。这个装置利用现有的标准组件来降低成本，同时保持高效率和准确性。此外，该体系结构允许未来扩展以支持更多传感器类型，从而增强其适用性的多样性。
[align=center] 图1 系统架构示意图[/align]
由于本文所描述的是一个概念性的框架，我们计划将这个框架翻译成实际工程案例，以验证理论模型是否可行，并进一步优化以达到最佳效果。如果要进一步深入了解这一领域，可以考虑阅读其他相关文献，或直接参与类似的项目实践经验获取。
