Vea cómo la interfaz USB AVR Soft resuelve muchos problemas de la adquisición de datos de la interfaz RS232 tradicional

1. Introducción En la producción de energía y las pruebas eléctricas, a menudo es necesario usar una PC portátil para recopilar y procesar datos a través de la interfaz.

El colector de datos de uso común con puerto serial RS232 no permite el complemento en vivo (activo), lo cual es muy inconveniente de usar. Y ahora la mayoría de las PC no tienen interfaz RS232, especialmente las computadoras portátiles. En cambio, la interfaz USB. En la actualidad, la aplicación de la tecnología de interfaz USB suave de la microcomputadora de un solo chip AVR es muy común. La empresa ATMEL presenta en detalle el uso del puerto IO ordinario de la microcomputadora de un solo chip AVR para realizar la función de interfaz USB en el bus serie universal del software avr309; Al mismo tiempo, se introduce el método de programación del programa ATmega8 (Firmware) y se proporcionan todos los códigos fuente del ensamblador. Basado en el código fuente, el autor optimiza y combina varias versiones de firmware de interfaz de software USB (programa original) haciendo referencia y analizando a diferentes autores. Después de cambiar y eliminar algunos programas, el rendimiento mejora considerablemente. La utilización de la CPU es mucho menor que la del programa fuente. La microcomputadora de un solo chip AVR ATmega8 tiene el rendimiento y las características de la microcomputadora de un solo chip de alta calidad AVR, y el precio solo es equivalente al de la microcomputadora de un solo chip de baja calidad. Su convertidor A/D multicanal integrado satisface las necesidades de adquisición de datos analógicos.

2. Microcomputadora de un solo chip ATmega8ATmega8 es una microcomputadora de un solo chip de la serie AVR de la empresa ATMEL. Es una microcomputadora de un solo chip de 8 bits basada en la estructura AVR RISC producida por un proceso CMOS de baja potencia. La mayoría de las instrucciones se ejecutan en un solo ciclo. ADC de aproximación sucesiva con precisión de 10 bits El ADC está conectado con un multiplexor analógico de 8 canales y puede muestrear voltajes de entrada de un solo extremo de 8 canales desde el puerto C.

La entrada de voltaje de un solo extremo se basa en 0V (GND). El ADC incluye un circuito de muestra y retención para garantizar que la entrada de voltaje al ADC permanezca constante durante la conversión. El ADC es alimentado por separado por el pin avcc. La desviación entre avcc y VCC no debe exceder los 0,3 V. Hay un valor nominal de 2.56v y un voltaje de referencia avcc en el dispositivo. El voltaje de referencia se puede desacoplar agregando un capacitor al pin aref para suprimir mejor el ruido. Debido a las características programables de la microcomputadora de un solo chip AVR en el sistema, el sistema integrado de la microcomputadora de un solo chip se puede diseñar y desarrollar sin comprar costosos simuladores y programadores; Al mismo tiempo, también proporciona un entorno de aprendizaje y desarrollo muy cómodo y sencillo para principiantes en microcomputadoras de un solo chip. Además, es más completo y perfecto en términos de rendimiento de ahorro de energía, estabilidad, antiinterferencias y flexibilidad. En comparación con otros microcontroladores, la microcomputadora de un solo chip ATmega8 es simple y fácil de usar, de bajo costo, bajo umbral para ingresar a la serie AVR de un solo chip desarrollo de microcomputadoras, abundantes recursos de software y fácil desarrollo de programas. Como la microcomputadora de un solo chip ATmega8 es un chip común, sus características, estructura interna y descripción de los pines no se presentan en este documento.

3. Circuito de hardwareEl circuito de hardware de adquisición de datos de interfaz de software USB basado en ATmega8 es muy simple. El microcontrolador ATmega8 como núcleo, más una pequeña cantidad de componentes externos (como se muestra en la Figura 1). La resistencia pull-up R3 en la línea de datos USB D - en la Figura 1 se usa para que el host identifique el dispositivo USB de baja velocidad (definido en la especificación USB).

Cristal de 12Mhz y dos condensadores de 20p forman el reloj necesario para el funcionamiento de MCU (un bit de datos de USB tiene 8 ciclos de reloj).

D está conectado a PD2 y también es pin INT0. D - conectado a PD3. Las resistencias R1 y R2 cumplen la función de limitar y proteger la corriente para evitar daños accidentales en el puerto USB de la computadora o en el puerto de la microcomputadora de un solo chip. La energía VCC requerida por la microcomputadora de un solo chip es suministrada directamente por la salida de energía de 5V del puerto USB. Porque la especificación USB especifica que el rango de nivel en las líneas de datos D y D - es de 3,0 V a 3,6 V, y D1 y D2 son diodos zener de 3,6 V para limitar el nivel en la línea de datos. LED1 y R4 en la figura son circuitos de indicación de potencia. Leda1-leda6 y ra1-ra6 son circuitos de indicación de canal de conversión a/D. L1, C3 y C4 se configuran de acuerdo con los requisitos de precisión de conversión A/D en el manual de instrucciones del producto ATmega8. Ri1-ri6 y ci1-ci6 son configuraciones de entrada de muestreo de señal analógica, y sus circuitos y parámetros cambian según los diferentes requisitos de entrada. J2 en la figura es el terminal de entrada de muestreo de señal analógica, que se puede conectar a señales analógicas de entrada de terminal único 0-2.56v y 0-5V. La medición de parámetros de CA requiere procesamiento y entrada de señales de CA; Para medir la señal analógica diferencial, es necesario cambiar el circuito de muestreo de entrada. La conversión A / D de ATmega16 puede ser una entrada de un solo extremo o una entrada diferencial; También hay 2 canales de entrada diferencial con ganancia opcional de 10 veces y 200 veces; Solo unos pocos pines más, el diagrama del circuito ha cambiado; El software de microcomputadora de un solo chip puede ser compatible y trasplantado, y se agregan varias instrucciones sobre la entrada diferencial de conversión a / D y el procesamiento de datos. Si es necesario, consulte el manual de instrucciones del producto ATmega16 (que puede descargarse del sitio web de ATMEL).

4. Programa de microcomputadora de un solo chip ATmega8 (Firmware) Este programa se basa en la microcomputadora de un solo chip ATmega8 y utiliza software puro para completar la recepción, el envío y la decodificación del protocolo USB, a fin de realizar la función de comunicación de datos de la interfaz USB; La función de adquisición de datos analógicos se realiza a través de la conversión A / D incorporada de microcomputadora de un solo chip. El protocolo USB define que la velocidad de comunicación de los dispositivos USB de baja velocidad es de 1,5 mbits/s. Si la microcomputadora de un solo chip usa la frecuencia de reloj de 12 MHz, la frecuencia principal es 8 veces mayor que la de 1,5 MHz. En otras palabras, la microcomputadora de un solo chip debe completar con precisión la adquisición o transmisión de un bit de datos (puerto IO ordinario) cada 8 ciclos.

Esta situación tiene requisitos estrictos sobre el tiempo de la microcomputadora de un solo chip. Por lo tanto, el código central del software de microcomputadora de un solo chip debe estar escrito en lenguaje ensamblador. El chip ATmega8 es un MCU de la serie AVR de la empresa ATMEL. El sitio web de ATMEL proporciona el software de desarrollo de entorno integrado (IDE) AVR Studio para su descarga gratuita. El lenguaje ensamblador es compatible directamente después de la instalación. El programa de firmware se compila, compila y graba con este software de desarrollo (grabación con cable de descarga USB ISP). El programa está escrito en una estructura modular. Para la coordinación y eficiencia de cada módulo, la interfaz USB se configura de la siguiente manera.

Código de estado = 1: indica que se recibió el paquete de token de configuración del puerto de control (establecido después de recibir el paquete de token en la interrupción) Código de estado = 2: indica que se recibió el paquete de token de configuración del puerto de control (establecido después de recibir el paquete de token en el interrupción) Código de estado = 3: indica que se recibe el paquete de salida del puerto de control (establecido después de recibir el paquete token en la interrupción)

Código de estado = 5: indica que se recibe el paquete de salida del puerto de datos (establecido después de recibir el paquete token en la interrupción) Código de estado = 6: indica el cambio de dirección de recepción (establecido en el ciclo principal) Indicador de operación = 2: indica que se reciben los datos del paquete de configuración del puerto de control (establecido después de recibir el paquete en la interrupción)

Bandera de operación = 3: indica que se envía el paquete de entrada del puerto de control (establecido después de que se envía el paquete de entrada en la interrupción) Bandera de operación = 4: indica que el paquete de entrada del puerto de control está listo (establecido en el ciclo principal) Puerto número = 0: puerto de control

Número de puerto = 1: puerto de entrada de datosNúmero de puerto = 2: puerto de salida de datosNúmero de puerto = 3: estado del puerto serie en el puerto (interfaz RS232 virtual USB, requisitos de especificación de clase CDC)

5. Onlusión

El programa comienza desde el reinicio del sistema, inicializa el sistema (establece la dirección de la pila, la inicialización de la memoria y el registro, la inicialización del convertidor a / D) y establece el valor inicial de la interfaz USB suave, y luego ingresa al programa principal para detectar continuamente el USB señal de reinicio (las dos líneas de datos permanecen en el nivel bajo de 10-20ms). En caso de reinicio, cuando varios artículos comparten un transmisor total, una vez que el transmisor total no se pueda encontrar de inmediato, será difícil recuperar los artículos necesarios. Por lo tanto, se puede instalar un pequeño transmisor en uno o varios artículos y se puede conectar una alarma al transmisor total, de modo que el transmisor del artículo se pueda usar para detectar y recuperar el transmisor total. Luego, use el transmisor total para recuperar el Objetos requeridos. Además, tiene una amplia gama de aplicaciones, como museos y bancos, y la demanda del mercado será relativamente grande. Es uno de los productos necesarios en la sociedad moderna. Por lo tanto, tiene un alto valor de promoción y buenas perspectivas de aplicación.