对多路数据采集存储的设计实现

韩云杰，刘宇红，包化伟

(贵州大学 电子信息学院，贵州 贵阳 550025)

随着各种嵌入式系统应用于工作现场的数据采集和控制，完成数据的传输及存储。数据的采集要求不断提升和USB 总线技术的发展，使U 盘的大容量存储和方便易用的功能从PC 机系统扩展到单片机系统中，进行数据采集和传输，可便于在室外进行大量数据的采集。基于单片机技术的U 盘数据采集是将单片机系统作为主机系统，再利用支持USB 总线协议的U盘读写芯片来完成工业现场的数据采集或传输。

1 系统硬件的实现

1.1 总体模块设计

系统硬件结构如图1 所示，采用高性价比STM32F103VC 作为系统主机，并将采集数据传入主机，选用CH376 作为USB 主机控制读写芯片，实现数据的采集存储，同时将采集到的数据在显示屏上进行显示。

图1 系统总体结构图

1.2 功能模块的实现

采用高精度24 位AD7793 芯片实现了对数据的采集，使用SPI 接口协议，设备使用4 线双向接口从主/从模式下通信，其原理如图2 所示，通过配置SPI_CNTL［22］，MCU 也可支持2 位数据传输模式，当SPI_CNTL［22］寄存器的TWOB 位使能，即可传输2 位数据的输入/输出。第一位数据从SPI_TX0 输出或从SPI_RX0 输入，第二位数据从SPI_TX1 输出或从SPI_RX0输入。

图2 AD7793 芯片接口原理图

采用文件管理CH376 芯片控制单片机系统的读写，芯片内置了USB 通讯协议的基本固件，可处理海量存储设备的专用通讯协议，并在读写时理解传输USB 协议，易于读写控制。通过串行接口，CH376 可用最少的连线与STM32F103 进行点对点的连接以实现USB_HOST 功能，CH376 芯片的RXD 和TXD 分别连接到单片机的串行数据输出/输入引脚，对芯片提供3.3 V 电压，Y 为芯片的外部晶振，管脚RST 为芯片复位管脚，CH376T 依靠串口收发指令通知STM32F103，故INT#输出的中断请求管脚悬空。CH376 与主机连接如图3 所示。

图3 USB 主机接口原理图

2 系统软件的实现

2.1 数据采集的实现

对数据采集的编程主要是对AD7793 芯片初始化，其主要寄存器配置流程如下:(1)选定写配置寄存器，设置单极性编码，Gain=8，设置外部参考源，通道为AIN1;(2)选定写IO 寄存器，恒流源1 接IOUT1，恒流源2 接IOUT2，激励恒流源210 μA;(3)选择写模式寄存器，进行内部零电平校准，设置内部时钟，更新速率为16.7 MHz，读状态寄存器，循环判断零电平是否校准;(4)再次写模式寄存器，进行写内部满量程校准，设置内部时钟，更新速率为16.7 MHz，再次选择读状态寄存器，循环判断满量程是否校准;(5)选择写模式寄存器返回连续转换模式，设置内部时钟，更新速率为16.7 MHz，读取状态寄存器，循环判断连续返回位是否设置成功。

2.2 数据采集的存储实现

CH376T 支持以Byte 为最小单位进行读写。采用默认的9 600 bit·s－1速率，发送两个字节的同步码(57 H，ABH，命令码)在指令之前，用以区分指令和数据。依靠指令用一问一答的形式实现数据的存储。其流程主要包括硬件初始化、数据写入、文档的关闭，具体如图4 所示。

图4 数据存储流程图

发送CMD_CHECK_EXIST 命令及5 H 数据，若返回0AAH，说明硬件初始化成功。发送CMD_SET_USB_MODE 命令，后续数据位选择模式，若返回为CMD_RET_SUCCESS 说明选择U 盘模式成功。发送CMD_DISK_CONNECT 命令检查U 盘，返回CMD_INT_CONNECT 说明选择成功;发送CMD_DISK_MOUNT 命令初始化U 盘，返回成功为CMD_INT_CONNECT，若失败，则需重复5 次初始化U 盘。

发送CMD_FILE_OPEN 命令，若返回CMD_INT_SUCCESS 说明打开成功，否则发送CMD_SET_FILE_NAME、CMD_FILE_CREAT 命令设置文件名创建文档。若返回CMD_INT_SUCCESS，说明创建成功。接着发送CMD_BYTE_LOCATE 命令写入4 个字节的偏移量，低字节在前来确定数据读写位置，发送CMD_BYTE_WRITE 命令写支持最大数据长度，返回是USB_INT_DISK_WRITE 命令时，读取可向CH376 中的数据长度，接着循环写数据;写完数据之后再发送CMD_BYTE_WR_GO 命令，等待返回，若为USB_INT_DISK_WRITE 继续返回写数据，否则此次数据将写入成功。

发送CMD_DIR_INFO_SAVE 命令，接着发送数据01H(00H 表示不更新文件的长度，01H 表示更新长度)。若返回为CMD_INT_SUCCESS，说明保存再发送CMD_FILE_CLOSE 命令，若返回CMD_INT_SUCCESS命令，则表明此次数据读写保存、关闭成功。

3 调试

系统硬软件制作完成后，针对系统运行情况进行相应的测试，当数据采集出现延时时，芯片和主机时钟现实中出现不同步，需逐步去调试程序延时达到近似同步，在数据存储时能有效地将数据在U 盘中建立txt文档并写入数据，满足控制要求。

4 结束语

文中主要阐述了对AD7793 芯片采集大量数据的基本配置和流程，用STM32F103VC 芯片和CH376 芯片收发对接控制，使用串口指令来控制数据的存储实现，代替了传统芯片中断的实现方式。实验证明其有效节省了单片机接口资源，随着嵌入式系统对USB 设备的存储要求越发强烈，此方法既方便了USB 移动存储设备存取数据，又降低了系统成本，具有较大的实用价值。

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