【摘 要】本文提出一种基于USB接口数据采集系统的实现方案.使用CH341（USB转串口）芯片完成数据的采集. 可实现8路模拟量和8路开关量的数据采集，采集数据通过USB 接口送PC 机显示和处理。
【关键词】USB；数据采集；上位机
0 引言
传统的数据采集系统下位机采集的数据通常使用RS-232通信接口送到上位机显示和处理，随着计算机技术的不断发展，RS-232通信接口逐步被USB通用总线接口所取代，本设计解决了目前PC机及笔记本电脑没有RS-232串口接口问题，利用CH341（USB转串口）芯片在PC机或笔记本电脑上虚拟出一个RS-232串行接口，实现USB总线的实时数据采集。其特点是电路简单，使用方便，开发成本低。
1 电路设计
系统硬件电路包括SST98E516RD单片机、8路模拟量采集电路和CH341 USB转串口电路组成，模拟量采集电路由TC4051八选一模拟开关及ADC0832A/D转换器构成。采集数据经USB接口送上位机显示和处理。上位机操作界面使用VB程序编写，具有数据接收和显示功能，当接收信号超限时可进行声光报警。
1.1 USB转串口电路
CH341 是一个USB 总线的转接芯片，可以通过USB总线提供标准的TTL电平（0-5V DC）异步串型接口，兼容USB V2.0。外围元器件只需要晶振和电容，具有电路简单使用方便的特点。CH341 内置了独立的收发缓冲区，支持单工、半双工或者全双工异步串行通讯，支持标准串行接口的波特率，串口发送信号的波特率误差小于0.3%。
CH341的硬件驱动程序由硬件代理商免费提供，在计算机端的Windows操作系统下，CH341 的驱动程序能够仿真标准RS-232串型接口，仿真串口与应用程序完全兼容，不需要作任何修改，使用非常方便，CH341与51单片机连接电路如图1所示。
1.2 模拟量采集电路
模拟量采集电路由TC4051八选一模拟开关、ADC0832 A/D转换器和模拟量输入电路组成，完成八路模拟信号（0-5V DC） 到数字信号的转换。模拟量采集电路如图2所示。
（1）ADC0832引脚引脚说明：CS：片选端，用以启动A/D转换；CH0，CH1：模拟量输入端；CLK：时钟输入端，做串行数据传送的同步时钟信号；DO：数据输出端，用以读取转换后的数据；DI： 数据输入端，向ADC0832写命令端口；VCC：电源输入端，接+5V DC电源；GND：接地端。
ADC0832是两通道A/D转换器，可以单端输入或差分输入，由软件选择输入通道和输入方式。
（2）ADC0832主要特点：单5V供电，SPI串行数据连接，双通道输入，8位转换精度，转换时间位32μS。
（3）ADC0832 A/D转换原理：ADC0832启动一次转换首先要将片选CS置为低电平，然后向ADC0832发送由开始位和通道设置位构成的关键字，发送数据位对应的时钟信号由时钟输入端送入。在每一个时钟的上升沿DI端口的数据状态被锁存到通道设置地址寄存器。起始位送1（高电平）做为ADC0832的转换标志，接下来的2和3位是通道设置位的设置字。如使用单端输入方式中的0通道作为模拟量的输入，应向ADC0832的DI端口送“110” 命令字。当开始位和通道设置位送入ADC0832的DI端口后，相应的输入通道被选择，转换开始。在同步时钟的引导下，每个时钟的下降沿，从ADC0832的DO端口读取转换的位，高位在前，8个时钟周期过后转换完成，转换后的数字量存入单片机内存。转换结束后，CS置1（高电平），此时ADC0832所有的内部寄存器清零。为下一次转换作准备。
2 系统设计软件
2.1 主程序流程图
单片机主程序流程框图参见图3所示，主程序主要完成硬件初始化、数据采集、A/D转换和数据发送等子程序调用功能。初始化程序完成通信参数设置及A/D转换准备等初始化工作；数据采集、A/D转换程序完成模拟量采集及处理工作，采集到的数据进行存储和转换；数据发送程序完成采集数据的发送工作，发送的数据通过CH341送上位机显示。
2.2 上位机操作界面
上位机软件由启动、登陆、主操作界面等构成，数据的接收和发送等功能在主操作界面中完成，由VB开发。
图4 上位机主操作界面
2.2.1 参数的动态显示
模拟量使用动态棒图显示，当参数超过高限或低于底限时相应的指示灯亮同时发出声音报警信号，开关量使用指示灯表示，红色表示断开，绿色表示接通。
2.2.2 通信操作部分
“接收”按钮完成参数的手动接收，通信操作通过下拉菜单选择通信使用的串口号，通信状态CD、DTR用来显示单片机和上位机是否准备就绪。
3 结束语
本文通过CH341USB转串口功能完成了USB接口标准下的数据采集，基于USB接口的数据采集系统由于具有使用简单、即插即用、开放性、高速、稳定、可靠性高等优点，因此特别适用于仪器仪表、虚拟仪器、数据采集、数据采集设备和监控设备等场合。
【参考文献】
[1]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].北京：清华大学出版社，1996.48-95.
[2]曹桂琴.数据采集基础[M].大连：大连理工大学出版社，2002：39-41.
[3]叶玉明，姚伯威，彭伟.基于USB总线数据采集系统研究[J].中国测试技术报，2003（1）：7-8.
[责任编辑：李书培]
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