基于USB接口的数据采集与控制系统设计综合

1 系统结构

　　利用ADuC845单片数据采集器件和CH341 USB接口器件构成的数据采集与控制系统的框图如图1所示。ADuC845完成模拟量数据采集、开关量的输入输出、控制电压和PWM控制信号输出，CH341USB接口器件完成PC机与ADuC845的数据传输。

　　ADuC845中的数据打包后经USB器件传送至PC机，利用 PC机的数据处理程序完成数据处理与分析，并将其显示在所设计的系统界面上。同时，将控制命令通过USB接口传送至ADuC845，实现对外围设备的控制。

2 USB通信接口电路

　　USB通信接口电路采用CH341器件，图2为其电路。图2中，P3是USB端口，USB总线包括一对5 V电源线和一对数据信号线。通常+5 V电源线是红色，接地线是黑色，D+信号线是绿色，D-信号线是白色。USB总线提供的电源电流最大可达500 mA，CH341和低功耗的ADuC845直接使用USB总线提供的5 V电源。

　　CH341的RXD引脚和TXD引脚分别与ADuC845的RxD引脚和TxD引脚相连，由于传输数据。晶体Y2、电容C13和C14用于时钟振荡电路。Y2的频率是12 MHz，C13和C14是容量为15 pF的独石或高频瓷片电容。VD1为工作状态指示灯，R3为其限流电阻。R4是0 Ω电阻(磁珠)，它能实现滤波及保护。C12和C11是独石或高频瓷片电容，C12容量为1 000 pF～0．01μF，用于CH341内部电源节点退耦，C11容量为O．1μF，用于外部电源退耦。

　　设计印刷线路板PCB时，需注意是的：退耦电容C11和C12应尽量靠近CH341放置；使D+和D-信号线贴近平行布线，尽量在两侧提供地线或覆铜，以减少外界的信号干扰；尽量缩短XI和XO引脚相关信号线长度，为减少高频时钟对外界的干扰，可在相关元件周边环绕地线或覆铜。