基于USB和SPI接口的数字隔离信号采集系统开题报告

1．研究的背景、目的及意义

SPI(Serial Peripheral Interface--串行外设接口)总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。SPI有三个寄存器分别为：控制寄存器SPCR，状态寄存器SPSR，数据寄存器SPDR。外围设备包括FLASHRAM、网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器和MCU等。SPI总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口，该接口一般使用4条线：串行时钟线（SCLK）、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线NSS(有的SPI接口芯片带有中断信号线INT、有的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线MOSI)。

通用串行总线（英语：Universal Serial Bus，缩写：USB）是连接计算机系统与外部设备的一种串口总线标准，也是一种输入输出接口的技术规范，被广泛地应用于个人电脑和移动设备等信息通讯产品，并扩展至摄影器材、数字电视（机顶盒）、游戏机等其它相关领域。最新一代是USB 3.1，传输速度为10Gbit/s，三段式电压5V/12V/20V，最大供电100W 。

随着现代工业领域对数据采集的要求越来越高，传统的以采用数据采集卡为主的方法由于传输速度慢、安装麻烦、抗干扰能力差等很多问题已难以适应如今数据采集的要求。通用串行总线USB 具有传输速度快、支持热插拔及传输线少等优点，因此将USB 应用于数据采集系统可以很好的解决传统数据采集系统的不足，具有广泛的应用价值。

研究目的：通过课题的实践，掌握了电子产品设计的一般过程，提高了综合应用了专业基础理论知识的能力，为走上工作岗位奠定了良好的基础。

目前国内对USB 接口开发应用的广度和深度还远远不如传统的串行口、并行口以及各种总线插卡，其应用主要是局限于开发一些标准的微机外围设备，U 盘、鼠标、键盘等。这主要是由于作为一个新技术和新标准，USB 规范较为复杂，应用开发人员还不是很了解，相应的技术支持和参考设计资源比较少，要把USB 接口作为微机的一个通用I/O 接口使用具有一定的软硬件开发难度。目前，国内外有一些厂商为USB 设备的研发提供软硬件支持，这在很大程度上降低了开发难度，减少了开发时间，提高了开发质量和效率。USB2.0 接口凭借低成本、高性能、可靠稳定、方便灵活的特点，将逐步成为微型计算机的主要输入输出方式。

2．主要研究内容和预期目标

1.流程图

2.了解ARMLPC1752系列ARMCortex-M3处理器

Cortex-M3处理器是一个低功耗的处理器，具有门数少,中断延迟小,调试容易等特点。它是为功耗和价格敏感的应用领域而专门设计的、具有较高性能的处理器，应用范围可从低端微控制器到复杂SoC。

对于系统和软件开发，Cortex-M3处理器具有以下优势：

　　。小的处理器内核、系统和存储器，可降低器件成本；

　　。完整的电源管理，很低的功耗；

　　。突出的处理器性能，可满足挑战性的应用需求；

　　。快速的中断处理，满足高速、临界的控制应用；

　　。可选的存储器保护单元(MPU)，提供平台级的安全性；

　　。增强的系统调试功能，可加快开发进程；

　　。没有汇编代码要求，简化系统开发；

　　。宽广的适用范围：从超低成本微控制器到高性能SoC。

3.研究目标：

用.net编写计算机软件，实现USB接口的数据采集，并可以实现向USB接口发送数据或命令。

3．拟采用的研究方法、步骤

研究分为以下几个步骤:

1.使用C语言编写基于SPI接口数据采集程序

2.用.net编写基于USB接口的PC机与ARM单片机的通信程序

3.编写PC机界面软件

4.实现基于USB接口的隔离数据采集基本功能

具体工作方法流程：

该数据采集系统的硬件部分主要由A/D 转换器、磁隔离芯片、ARM LPC1752系列 Cortex-M3处理器，PC 机组成。

数据采集系统的工作原理：由传感器采集的信号经调制电路放大、滤波等处理后，进入由微处理器控制的AD转换器进行模数转换，转换后的数字量进入微处理器LPC1752 并暂存在其中，随后由USB 接口芯片将数字量传递给PC 机进行数据处理，同时将PC 机端的客户应用程序发出的控制信号通过USB 接口传送到以LPC1752 为核心的数据采集系统。

SPI接口数据采用单片机C语言进行编写，主机应用程序采用vb.net编写.用户通过主机应用程序调用Windows API 函数，将请求下发到驱动程序，由驱动程序构造URB ，通过USB类，下发到微控制器.微控制器根据USB 接口触发的中断类型和用户传来的命令，进入到相应的中断服务程序进行数据采集.经过A/D 转换后再重新打包由USB 接口，通过USB接口发送给主机，从而完成整个采集过程。

4．主要参考文献

[1]周立功. 深入浅出Cortex-M3LPC175X(上册) . 广州致远电子有限公司， 2010

[2]周立功. 深入浅出Cortex-M3LPC175X(下册) . 广州致远电子有限公司， 2010

[3]王为青. 程国钢；单片机Keil Cx51应用开发技术. 人民邮电出版社， 2006

[4]肖金球. 单片机原理与接口技术. 清华大学出版社， 2004

[5]何立民. 单片机高级教程应用与设计. 北京：北京航空航天大学，2002

[6]高继坤等.运算放大器应用电路的分析.北京：北京理工大学出版社，1989

[7]李远文.胡筠编著.有源滤波器设计.北京:人民邮电出版社,1986

5．具体进度安排