目前市場上有很多種數據采集設備可用于在PC上記錄數據,如NationalInstrument的LabVIEW,不過這類設備的傳感器件開始越來越多地采用USB接口而不是RS232或其他傳統接口。過去在嵌入式系統中應用USB設備需要性能相對較強的硬件,要帶有USBHost控制器接口、RTOS以及USB軟件驅動,結果因USBHost功能實施成本的原因設計工程師一直都不太愿意在小型8位或16位MCU系統上增加USB設備。但隨著最新一代智能USBHost控制器IC的推出,與MCU配合使用不僅可為PC應用使用USB數據采集設備,而且還可將數據存儲在低成本高容量的閃存盤上。
數據記錄應用
第一個應用實例顯示了一個MCU控制器和一個帶有兩個端口的FTDIVNC1LUSBHost控制器:一個用于數據傳感器件讀取信息,另一個用于閃存盤以存儲信息。MCU和USBHost控制器之間通過UART(或者SPI)命令監(jiān)控接口進行通信,可使應用通過簡單的命令集控制USB設備。
這里選擇的MCU是MicrochipPICDEM4演示板上的PIC18F1320,雖然它應該直接連到PIC系列其他成員以及其他MCU系列。MCU和VNC1L之間采用4線連接(再加上電源和地),連到PIC的EUSART(Tx和Rx)和兩個I/O端口,以進行RTS/CTS數據流控制。另外,4線SPI端口還可以通過直接位拆裂I/O端口實現。下面提供了兩種方法的C語言源代碼。
該應用要求從一個DLPDesign的DLP-TILT2軸傾角傳感器讀取數據,然后以CSV格式將接收到的數據存在USB閃存盤上。當DLP-TILT模塊從USB總線接收到一個包含字母“z”的OUT數據包后,就會對傳感器電流讀數進行采樣,傾角傳感器讀數被一個IN數據包讀取。通過VNC1L監(jiān)控器,OUT數據包可以和DSD(設備發(fā)送數據)命令一起發(fā)送,后面跟著數據字節(jié)數和發(fā)送的數據。IN數據包和DRD(設備讀取數據)命令一起被接收,VNC1L將返回字節(jié)數和從設備讀出的所有數據。
由于USB需要將數據傳遞到數據包中,所以通常USB設備會有幾個毫秒的延遲,盡管這可以通過對傳感器數據提供更大的緩沖加以解決。當然,有些設計可能不需要USB傳感器件而只是將數據存儲到閃存盤上,在數據采集應用中通常都是這種情況,此時MCU采樣模擬數據或者記錄外部源傳來的數據。由于無需探查USB設備,因此這樣可以得到更高的采集數據率。
數據采集應用
此例中我們還是使用MicrochipPICDEM4演示板上的PIC18F1320作為MCU。加速計模塊是意法半導體的STEVAL-MKI010V1,它連到PIC的模擬輸入端。PIC定期對該輸入進行采樣,結果送入FIFO緩沖器中,在軟件中執(zhí)行,然后由VNC1L寫入存儲設備。
VNC1L監(jiān)控器提供命令對USB閃存盤文件進行讀寫,它還有命令管理文件系統,可對文件及文件目錄進行建立、重命名以及刪除操作。
有了與USB設備進行通信的命令后,文件系統命令使用非常簡單。將數據寫入文件的順序是:使用OPW(打開準備寫入)命令,后面緊跟文件名,然后是WRF(寫入文件),后面是寫入字節(jié)數,然后是CLF(關閉文件),后面還是跟著文件名。
USB閃存盤的標準扇區(qū)大小是512字節(jié),因此要達到最好效果就是在寫入USB閃存盤之前提供512字節(jié)數據的緩存。USB閃存盤通常使用的文件系統是FAT12、FAT16或者FAT32,在這些系統中簇按需分配,這樣當簇沒有按順序排列時可能造成一些小的延遲,然而這通常只是在那些內容快滿的盤上比較常見。
使用Vinculum
幾乎所有扇區(qū)容量為512字節(jié)和采用FAT文件系統的USB閃存盤都可以作為VNC1L的存儲設備。VNC1L的固件可以在現場進行升級,通過USB閃存盤上特別的升級文件或者通過其UART接口進行ROM升級?;赩NC1L設計的其它優(yōu)點是當USB閃存盤沒有使用時它可以使其暫停以省電,而在執(zhí)行文件操作期間自動喚醒,VNC1L本身也可進入低功耗睡眠模式并由微控制器應用喚醒。將USB設備協議及文件管理系統放到一個單獨的IC上可為嵌入式數據記錄或數據采集系統設計帶來很多好處,它可使低功耗8位和16位