MEMS加速度计性能批量测试系统设计数据通信及上位机部分(4)

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1.3 论文组织结构

本次毕业设计针对MEMS加速计批量测试系统中的数据通信及上位机软件开展相应的设计工作。论文的内容主要包括如下部分：

第一章为绪论部分，介绍课题的背景、设计要求，数据采集系统及其发展和模/数转换技术。

第二章为测试系统方案的总体设计，讨论了不同总线技术的优缺点，依据本次课题的设计要求，选择合适的通信总线，及微处理器控制芯片，并确定上位机软件的开发方法。

第三章为下位机通信的设计，分别从USB硬件模块和软件模块两个方面对设计工作进行具体阐述。

第四章为上位机软件的设计，介绍了上位机软件开发环境，描述了基于设计任务对应的上位机各部分功能的实现过程。

第五章为测试系统的调试，介绍了对完成的设计成果进行测试工作。

最后，对完成的设计工作进行了总结和展望。文献综述

2 数据采集系统方案设计

2.1 通信要求及通信协议选择

2.1.1 通信要求的分析

根据1.1中提及的MEMS加速度计批量测试系统的设计要求，设计的系统以1KHz的采样率对32个MEMS加速度传感器进行数据采集，数据采集分辨率为24bit。因此，数据采集系统每秒钟要向上位机可靠传送32x24x1 =768（kbit）的数据。由此，可知系统对于下位机和上位机之间数据传输速率的要求比较高，需要达到1Mb/s。同时考虑到针对不同的MEMS加速度计，当被测加速度计的带宽越宽时，测试系统的采样率也还要相应地提高。而且，对于MEMS加速度计的批量测试，其通道数还有可能进一步增加，这样对于数据传输速率的要求还会进一步的提高。基于以上考虑，对于本次设计的测量系统其通信速率的要求应达到几Mb/s的水平。

2.1.2 常见的数据通信总线

最为常见的数据采集系统通常采用RS-232。RS-232是美国EIA（电子工业联合会）与BELL等公司于1969年公布的通信协议。这个标准对串行通信接口的有关问题，如信号线功能、电气特性都作了明确规定[12]。它作为一种标准，已在微机通信接口中广泛采用，但是仅适合于数据传输速率在20kb/s以下的通信。虽然在目前的应用实践中已实现了100kb/s左右的通信速率，但仍然不能满足所设计的测试系统对于数据传输速率的要求。

在RS-232标准基础上发展起来的RS-485标准，其数据最高传输速率可达10Mb/s[13]，能够满足本次设计系统对通信速率的要求，但由于通信是基于UART实现的，而目前作为上位机的PC机，已不再将基于UART实现的RS-232在机箱上作为接口引出，这会给测试系统后续的应用带来不便，因此也不选择RS-485通信标准。

USB (Universal Serial Bus，通用串行总线)接口是一种新型、高效、快速、价格低廉、体积小巧和支持热插拔的串行通信接口，可支持多个外部设备的通信和连接。1994年11月，USB规范由Compaq、Digital Equipment、IBM、Intel、Microsoft、NEC和Northern Telecom等7家公司共同提出[14]。USB低速、全速和高速模式速率分别可达1.5Mbps、12Mbps和480Mbps，最新的USB3.0传输速率更是可以达到5Gbps以上。

综上，考虑通信速度、稳定性、方便性、易于升级等多方面的原因，选择基于USB总线技术来实现上位机与下位机之间的数据通信。

2.2 USB接口芯片

2.2.1 USB接口芯片类型

USB接口芯片有两种类型：（1）采用专用USB接口芯片，一块芯片只包含USB通信功能；（2）将USB接口芯片与微控制器集成在一块芯片中，通过微控制器自带的USB接口完成USB通信。

专用USB接口芯片只包含USB通信功能，采用专用接口芯片设计时，USB接口芯片是除微控制器外一个接口芯片，硬件电路通过该接口芯片挂接到USB总线，完成相关通信；微控制器与USB接口芯片之间则采用并行接口、I2C接口等交换信息。该类芯片有Philips公司的PDIUSB11（与仪器微控制器的接口为I2C）、PDIUSB12（并行接口），NS公司的USB9603/9604（并行接口）等[17]。来!自~751论-文|网www.751com.cn