[发明专利]一种基于USB总线的同步串行信号采集控制装置

说明书

本发明公开了一种基于USB总线的同步串行信号采集控制装置，包括USB总线标准采集装置、串行通信接口采集装置、同步串行信号接口装置和上位机；USB总线标准采集装置和串行通信接口采集装置均与同步串行信号接口装置连接，向同步串行信号接口装置发送时钟信号并接收数据信号；同步串行信号接口装置通过SSI端口与外围设备连接。上位机与USB总线标准采集装置通过USB线连接，与串行通信接口采集装置通过RS232或RS485总线连接，接收采集装置发送来的模拟数据信号。本发明装置在保证高精度、高速率的情况下，便携性提高，连接更加简单，使用USB接口扩展了整个装置的可应用范围，使用串口通信增加了通信距离，更适应工业测控领域的复杂要求，降低了成本。

技术领域

本发明涉及工业测控领域数据采集及控制装置，尤其涉及一种基于USB总线标准的同步串行信号采集控制装置。

背景技术

数据采集是数字信号处理中非常重要的环节，很多工业上的测量控制的应用中，需要把各种传感器信号集中采集到个人计算机或工业控制计算机上。其中，在光电编码器等各种传感器上得到了广泛的应用的是一种同步串行接口SSI(SynchronousSerialInterface)，SSI信号传输速度快、连线简单、对噪音的抗干扰性极高，最远距离可达500m。但工控机一般不提供SSI接口，目前的SSI数据采集卡多采用PCI、CPCI、PXI等接口，价格昂贵且驱动程序较为复杂，一般插在工控机的插槽中。

USB(UniversalSerialBus通用串行总线)以其简单、速度快、支持即插即用和热插拔的优点，目前已被广泛应用。因为USB接口的广泛普及，采用USB接口可以机动灵活的在任意需要的场合使用，是一种低廉，便携的使用和操作连接方案。

因此，设计一种基于USB总线标准的同步串行信号采集控制装置，可以使测控系统具备采集SSI信号的功能，并且整个装置的便携性高、应用范围广、采集速率快、性价比高，这些都对工业控制自动化的发展有积极的促进作用。

发明内容

本发明针对工控机难以直接采集SSI信号的问题，提出了一种基于USB总线标准的同步串行信号采集控制装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于USB总线的同步串行信号采集控制装置，包括USB总线标准采集装置、串行通信接口采集装置、同步串行信号接口装置和采集装置上位机；USB总线标准采集装置和串行通信接口采集装置均与同步串行信号接口装置连接，向同步串行信号接口装置发送时钟信号并接收数据信号；同步串行信号接口装置通过SSI端口与外围设备连接。采集装置上位机与USB总线标准采集装置通过USB线连接，与串行通信接口采集装置通过RS232或RS485总线连接，接收采集装置发送来的模拟数据信号。

进一步地，所述USB总线标准采集装置包括USB总线传输模块和USB接口，所述串行通信接口采集装置包括串口传输模块、RS232接口和RS485接口，USB总线标准采集装置和串行通信接口采集装置具有共用的FPGA模块；所述同步串行信号接口装置包括SSI信号采集模块和SSI端口；

FPGA模块分多路连接SSI信号采集模块的多个SSI驱动芯片，每一路包括一路时钟信号线和一路数据信号线；USB总线传输模块以7根控制信号线和8根数据线和FPGA模块连接；串口传输模块中的RS232接口和FPGA模块以两根信号线连接，一路发送信号，一路接收信号；RS485接口和FPGA模块以三根信号线连接，一路发送信号，一路接收信号，还有一路控制信号传输的方向；USB总线传输模块由采集装置上位机供电，其他模块由电源模块供电。

进一步地，所述的FPGA模块以Xilinx公司的SPARTAN系列的FPGA芯片XC6SLX16为核心，SSI信号采集模块采用的SSI驱动芯片为MAX490ESA芯片，USB总线传输模块采用FTDI的FT232H接口芯片，串口传输模块中的RS232接口采用MAX3232芯片，RS485接口采用MAX3485芯片，电源模块采用TI公司的TPS54325PWP芯片。