USB在数据采集系统中的应用
摘要：已成为PC标准的通用串行总线USB为多点数据采
集提供了很大的便利，利用USB可以实现较传统方式更有效、更经
济、点数更多的数据采集。本文介绍了如何利用USB接口来实现多点
数据采集。
关键词：USBRS485数据采集
在工业生产和科学技术研究的各行业中，常常利用PC或工
控机对各种数据进行采集。这其中有很多地方需要对各种数据进行采
集，如液位、温度、压力、频率等。现在常用的采集方式是通过数据
采集板卡，常用的有A/D卡以及422、485等总线板卡。采用板卡不
仅安装麻烦、易受机箱内环境的干扰，而且由于受计算机插槽数量和
地址、中断资源的限制，不可能挂接很多设备。而通用串行总线
（UniversalAerialBu，简称USB）的出现，很好地解决了以上这些冲
突，很容易就能实现低成本、高可靠性、多点的数据采集。
1、USB简介
USB是一些PC大厂商，如Microsoft、Intel等为了解决日益
增加的PC外设与有限的主板插槽和端口之间的矛盾而制定的一种串
行通信的标准，自1995年在Comdex上亮相以来至今已广泛地为各
PC厂家所支持。现在生产的PC几乎都配备了USB接口，Microsft的
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Windows98、NT以及MacOS、Linux、FreeBSD等流行操作系统都增
了对USB的支持。
1.1USB系统的构成
USB系统主要由主控制器（HostController）、USBHub和USB
外设（PeripheralsNode）组成系统拓扑结构。
1.2USB的主要优点
#183；速度快。USB有高速和低速两种方式，主模式为高速
模式，速率为12Mbps，另外为了适应一些不需要很大吞吐量和很高
实时性的设备，如鼠标等，USB还提供低速方式，速率为1.5Mb/s.
#183；设备安装和配置容易。安装USB设备不必再打开机
箱，加减已安装过的设备完全不用关闭计算机。所有USB设备支持热
拔插，系统对其进行自动配置，彻底抛弃了过去的跳线和拨码开关设
置。
#183；易于扩展。通过使用Hub扩展可拨接多达127个外
设。标准USB电缆长度为3m（5m低速）。通过Hub或中继器可以使
外设距离达到30m.
#183；能够采用总线供电。USB总线提供最大达5V电压、
500mA电流。
#183；使用灵活。USB共有4种传输模式：控制传输（control）、
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同步传输（Synchronization）、中断传输（interrupt）、批量传输（bulk），
以适应不同设备的需要。
2、采用USB传输的数据采集设备
2.1硬件组成
一个实用的USB数据采集系统包括A/D转换器、微控制器
以及USB通信接口。为了扩展其用途，还可以加上多路模拟开关和数
字I/O端口。
系统的A/D、数字I/O的设计可沿用传统的设计方法，根据
采集的精度、速率、通道数等诸元素选择合适的芯片，设计时应充分
注意抗干扰的性能，尤其对A/D采集更是如此。
在微控制器和USB接口的选择上有两种方式，一种是采用
普通单片机加上专用的USB通信芯片。现在的专用芯片中较流行的
有NationalSemiconductor公司的USBN9602、ScanLogic公司的SL11
等。笔者曾经采用Atmel公司的89c51单片机和USBN9602芯片构成
系统，取得了良好的效果。这种方案的设计和调试比较麻烦，成本相
对而言也比较高。
另一种方案是采用具备USB通信功能的单片机。随着USB
应用的日益广泛，Int