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(多图) 数字温温度记录仪中的USB主机设计

来源:单片机及嵌入式系统应用 /浙江大学 黄豪佑 卢建刚?? 2007年05月12日 ?? 收藏0

??? 引 言

??? 在USB拓扑结构中PC机扮演着核心作用,没有PC机的参与,USB设备将无用武之地;但随着USB-OTG规范的提出和USB主机接口芯片的产出,USB主机逐渐应用到各种场合中,如数码伴侣、打印机等。目前,大多数的温湿度记录仪都是通过单片机的A/D模块多次采样.经过软件滤波,得到一个均值,然后再通过模拟传感器的数据校正表换算出实际的温湿度,而且都是通过串口与上位机进行通信,上位机需要编写一个数据分析软件来设置记录仪的工作模式,并对记录的历史数据进行分析与处理。根据对以往记录仪的分析和对USB-OTG技术的深入研究,提出了数字温湿度记录仪系统中USB主机设计的实现方案。将USB主机嵌入到数字温湿度记录仪系统中,把对记录仪的设置预先写到USB磁盘上,再将USB磁盘插到记录仪上,分别按下读/写按键,记录仪分别完成读取磁盘上的配置和将记录数据写到USB磁盘上。下面详细分析其硬件设计和软件实现过程。

??? 1 硬件设计

??? 记录仪系统硬件结构如图1所示。

该系统主要完成采集、显示和记录数据,并驱动USB磁盘,在单片机上实现读写USB磁盘功能。整个系统硬件主要由一个主控芯片、数字温湿度传感器、USB主机接口芯片、E2PROM、LCD液晶显示器等构成。系统由电池供电,无论是硬件设计还是软件编程都要考虑功耗问题,所以主控芯片选用超低功耗的MSP430F1611单片机,结合软件编程能延长电池寿命。数字温湿度传感器选用的是Rotronic公司的HygroC1ip,USB主机芯片选用Philips公司的ISPl362。

记录仪系统硬件结构

??? 1.1 数字温湿度传感器HygroClip

??? HygroClip是一种数字温湿度传感器,具有5根线:电源、地、温度输出、湿度输出、数字输入/输出。供电电压需要5 V,而整个系统的工作电压小于5 V,所以要外加有使能端输出为5V的升压器,使能端由MSP430F1611的普通I/O口控制,这样可以有选择地使传感器工作,有利于降低系统功耗。传感器主要由AIRCHIP2000和Micro-Controller/E2PROM两部分构成。AIRcHIP2000中的集成电路负责测量温湿度,并将它们转换为数字量;D/A转换器将MicroController发出的数据转为模拟输出。MicroController根据数字量算出温湿度的实际值,通过数字输出线发送到MSP430F16ll中。E2PROM用来保存校正数据、传感器数据等。HygroClip与MSP430F1611传输数据通过数据输入/输出线来完成,所以是一位一位地发送数据,发送8位代表发完1个字节,有点类似于串口通信协议。串口通信协议规定如下:先发送同步头,当HygroC1ip接入系统3秒钟后,自动进入发送温湿度数据状态,单片机检测到其下降沿中断,然后开启上升沿中断,启动定时器计数,计算进入上升沿中断的时间。若在800μs左右,表示可能是同步头,此时开下降沿中断,并重计定时器的时间。若在4700μs左右,则表示抓到同步头。该下降沿标志着第一位发送数据的开始,经过200μs查看接收位的状态,为“1”表示收到的是“1”,为“0”表示收到的就是“0”。其数字输入/输出引脚的波形如图2所示。

输入

??? 1.2 ISPl362简介

??? ISPl362是Philips公司推出的USB芯片。它在单芯片上集成了OTG控制器、主机控制器、设备控制器、USB收发器、OTG收发器和缓存器等。OTG控制器完全兼容USB2.0及On-The-Go Supplement 1.0协议,支持OTG标准要求的所有功能。在OTG模式下工作时,可通过主机通信协议HNP实现主机和外设两种功能的转化,并支持对话请求协议SNP。主机和设备控制器遵守USB2.O协议,支持1.5 Mb/s的低速传输和12 Mb/s的全速传输。当作为设备控制器时,具有两个控制端点,且能利用14个端点进行四种传输类型的任意类型。ISP1362还集成了计时器及支持OTG功能所需要的模拟元件,而且内部还有一个锁相环PLL,因此可以选用12MHz的晶振,既降低了成本,又降低了EMI。ISP1362支持内置电源供电及外部电源供电两种模式。对于较低功耗的应用设计,可用内部集成的电荷泵激励器;而如果应用系统的功耗较高,则要用外部电源供电。ISPl362还提供2个USB端口。端口1可进行软件配置,并可用作下行、上行OTG端口。作为OTG端口,端口1可在主机或外设模式下工作,并可通过HNP或布线变化来动态转换角色。端口2只用作下行传输。ISPl362的接口电路如图3所示。


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温度记录仪? USB? MSP430F1611?

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