[發明專利]一種基于USB總線的同步串行信號采集控制裝置

有效

• 申請號: 201710283077.8
• 申請日: 2017-04-26
• 公開（公告）號: CN107145462B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 方雨虹;于碧涵;史治國;陳積明
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F13/38
• 分類號: G06F13/38
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜;邱啟旺

本發明公開了一種基于USB總線的同步串行信號采集控制裝置，包括USB總線標準采集裝置、串行通信接口采集裝置、同步串行信號接口裝置和上位機；USB總線標準采集裝置和串行通信接口采集裝置均與同步串行信號接口裝置連接，向同步串行信號接口裝置發送時鐘信號并接收數據信號；同步串行信號接口裝置通過SSI端口與外圍設備連接。上位機與USB總線標準采集裝置通過USB線連接，與串行通信接口采集裝置通過RS232或RS485總線連接，接收采集裝置發送來的模擬數據信號。本發明裝置在保證高精度、高速率的情況下，便攜性提高，連接更加簡單，使用USB接口擴展了整個裝置的可應用范圍，使用串口通信增加了通信距離，更適應工業測控領域的復雜要求，降低了成本。

技術領域

本發明涉及工業測控領域數據采集及控制裝置，尤其涉及一種基于USB總線標準的同步串行信號采集控制裝置。

背景技術

數據采集是數字信號處理中非常重要的環節，很多工業上的測量控制的應用中，需要把各種傳感器信號集中采集到個人計算機或工業控制計算機上。其中，在光電編碼器等各種傳感器上得到了廣泛的應用的是一種同步串行接口SSI(SynchronousSerialInterface)，SSI信號傳輸速度快、連線簡單、對噪音的抗干擾性極高，最遠距離可達500m。但工控機一般不提供SSI接口，目前的SSI數據采集卡多采用PCI、CPCI、PXI等接口，價格昂貴且驅動程序較為復雜，一般插在工控機的插槽中。

USB(UniversalSerialBus通用串行總線)以其簡單、速度快、支持即插即用和熱插拔的優點，目前已被廣泛應用。因為USB接口的廣泛普及，采用USB接口可以機動靈活的在任意需要的場合使用，是一種低廉，便攜的使用和操作連接方案。

因此，設計一種基于USB總線標準的同步串行信號采集控制裝置，可以使測控系統具備采集SSI信號的功能，并且整個裝置的便攜性高、應用范圍廣、采集速率快、性價比高，這些都對工業控制自動化的發展有積極的促進作用。

發明內容

本發明針對工控機難以直接采集SSI信號的問題，提出了一種基于USB總線標準的同步串行信號采集控制裝置。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種基于USB總線的同步串行信號采集控制裝置，包括USB總線標準采集裝置、串行通信接口采集裝置、同步串行信號接口裝置和采集裝置上位機；USB總線標準采集裝置和串行通信接口采集裝置均與同步串行信號接口裝置連接，向同步串行信號接口裝置發送時鐘信號并接收數據信號；同步串行信號接口裝置通過SSI端口與外圍設備連接。采集裝置上位機與USB總線標準采集裝置通過USB線連接，與串行通信接口采集裝置通過RS232或RS485總線連接，接收采集裝置發送來的模擬數據信號。

進一步地，所述USB總線標準采集裝置包括USB總線傳輸模塊和USB接口，所述串行通信接口采集裝置包括串口傳輸模塊、RS232接口和RS485接口，USB總線標準采集裝置和串行通信接口采集裝置具有共用的FPGA模塊；所述同步串行信號接口裝置包括SSI信號采集模塊和SSI端口；

FPGA模塊分多路連接SSI信號采集模塊的多個SSI驅動芯片，每一路包括一路時鐘信號線和一路數據信號線；USB總線傳輸模塊以7根控制信號線和8根數據線和FPGA模塊連接；串口傳輸模塊中的RS232接口和FPGA模塊以兩根信號線連接，一路發送信號，一路接收信號；RS485接口和FPGA模塊以三根信號線連接，一路發送信號，一路接收信號，還有一路控制信號傳輸的方向；USB總線傳輸模塊由采集裝置上位機供電，其他模塊由電源模塊供電。

進一步地，所述的FPGA模塊以Xilinx公司的SPARTAN系列的FPGA芯片XC6SLX16為核心，SSI信號采集模塊采用的SSI驅動芯片為MAX490ESA芯片，USB總線傳輸模塊采用FTDI的FT232H接口芯片，串口傳輸模塊中的RS232接口采用MAX3232芯片，RS485接口采用MAX3485芯片，電源模塊采用TI公司的TPS54325PWP芯片。