基于USB总线的运动控制平台及采集卡研制

摘要

本课题的研究目的是要开发一个基于USB总线接口的电机控制平台，并带有数据采集功能。主要包括两个部分：电机的运动控制和数据采集。控制的部分是实现在PC机控制下的步进电机的运动，数据采集方面是监控外界例如温度、压力、湿度等环境条件，以及运动轨迹等数据的采集。 当前，步进电机的使用非常广泛，市场对控制卡的需求量很大。但目前市场上的控制卡，大都基于计算机的PCI或ISA总线，这会带来许多的不便：速度缓慢、插拔困难、插拔时需要打开机箱，而且，没有数据采集的功能。为了解决这个问题，方便用户在计算机上操控，本课题提出了采用计算机USB接口、且带有数据采集功能的控制卡方案。 与PCI、ISA等总线相比较，USB拥有许多优点：支持热插拔、USB2.0的标准速度最高可以达到480M/s、携带方便、扩展容易等等。而且，USB接口几乎没什么缺点，现在的计算机都带有USB接口。这项研究工作很具实际意义，也符合当前控制卡的发展趋势。 研究工作由三个部分组成：USB接口的使用，就是通过USB接口PC机和单片机实现通讯；电机的驱动问题；数据的采集。 第一部分是核心部分，本文的一个重要创新点。在这部分，选择一种合适的USB接口芯片，探讨并研究了通过它实现PC机和单片机之间通讯的问题。选择恰当的USB接口芯片是工作的关键，这将决定后续的很多工作。目前市场上的USB接口芯片种类繁多，本文采用了南京沁恒电子公司的CH372，自带了驱动程序。 第二部分的工作是产生电机驱动信号。为了合理利用单片机资源，驱动器所需信号不用单片机产生，这里使用Intel8253，在单片机控制下产生脉冲信号。 第三部分是数据采集问题，分析并研究了环境的情况的影响，以及数据的采集的实现，包括在电机运动过程中将扫描的数据采集到单片机中。