基于CH375的智能数据采集卡
该设计采用外置9 V开关型稳压电源或USB端口供电，由于开关电源的低成本和高功率密度，普遍被现代电子系统设计所采用，但其带来的电磁干扰(EMI)问题也不容忽视。同时，ARM7主频高达45MHz，必须考虑其EMI问题。该设计尽量选取低噪声的放大器和ADC，遵循最短路径的布线原则，确保前置通道具有较低的噪声水平。设计中，采用数字地／模拟地分区覆铜，并一点接地的布线方式，避免电源和数字部分对模拟地电位产生浮动和干扰。同时，采集卡外壳贴装铝箔纸，以防止外界电磁辐射影响内部电路的工作。
2．3 USB接口
该设计使用USB控制芯片CH375，内置海量存储固件，既可以作为USB设备方式向PC上位机传送数据，又可以作为USB主机，将数据存入U盘中。该芯片支持USB2．0通信协议，在并口工作模式下能同时支持主机方式和设备方式。为了保证USB高速传输数据的稳定性和完整性，采取如下措施：
(1)采用USB屏蔽线作为连接线，保证数据传输不受外界电磁干扰。
(2)保证计算机USB端口的地线与USB控制芯片CH375的地线严格等电位。
2．4 ARM系统的构建
ADuC7026是基于ARM7TDMI内核的精密控制器，具有62 KB FLASH，8 KB RAM和4个通用定时器，内部集成UART，I2C，SPI，DAC，PWM，JT-AG端口、PLA等众多硬件资源，40个通用I／O引脚。CPU时钟高达45 MHz，采用80脚LQFP封装。在该设计中，搭建了一个包括供电电路、时钟电路、复位电路、JTAG程序下载调试接口等电路的完整ARM7应用系统。实际上由于实测ADuC7026的外部I／O取反速度只有4 MHz，因此在SPI设计中。该设计加入Atmega48单片机作为中转，保证了控制核心在处理USB通信、U盘读／写等大量信息时对采样的准确触发。
3 程序设计
3．1 ARM端程序编写
ARM下位机软件完成的主要功能有3个进程，分别为Wait，Online，Offline。当数据采集卡上电复位后，首先执行Wait进程，该进程等待按键操作，更改系统工作模式，配合的子程序还有相应初始化程序、按键防抖程序等。当Wait进程结束时，系统转入联机模式(Online)或离线模式(Offline)。联机模式按照用户设置进行采样，将数据存入CH375缓冲，CH375负责将数据传送给上位PC机，其程序流程如图2所示。离线模式则利用CH375海量存储固件，将数据存入U盘。为保证采集的实时性，控制器将数据存放在U盘扇区中，而不是以文件的形式读／写，避免创建文件时复杂时序的延误，其程序流程图如图3所示。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/187880.htm
3．2 PC端编程
该数据采集卡的上位机应用程序由动态链接库DLL和客户端程序2个部分组成。其中，DLL负责与内核态的USB功能驱动程序通信，并接收应用程序的各种操作请求；客户端程序负责对数据进行分析处理。采用VC--编写，遵循了工程通用的输入／输出界面，可以完成普通数据采集卡的在线采集功能，同时也可以将数据采集卡存储在U盘中的采集数据，通过物理扇区寻址来读取相应的采集数据。
4 测试与结论
通过该数据采集卡挂载U盘，对5 kHz正弦单通道信号进行采集，将U盘数据导入上位机，以获得如图4所示的波形，它良好地复现了现场波形信号。
5 结语
由于采用了支持海量存储技术的多模式USB总线控制芯片CH375和高速低功耗的ARM7控制器，使得该数据采集卡具有一定的智能采集能力，摆脱上位机连接限制而独立工作，采集到的数据存储到U盘中。符合新型数据采集系统小型化、移动化、智能化的发展趋势，广泛适用于工业现场和户外作业等应用场合，有很高的实用价值和推广意义。该项目获得2009年UDC全国大学生创新设计竞赛高级组一等奖。
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