USB傳感器與存儲器在數據記錄中的應用

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National Instrument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USB Host控制器接口、RTOS以及USB軟件驅動，結果因USB Host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USB Host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FTDI VNC1L USB Host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USB Host控制器之間通過UART (或者SPI)命令監控接口進行通信，可使應用通過簡單的命令集控制USB設備。

　　應用原理框圖見圖1。這里選擇的MCU是Microchip PICDEM 4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DLP Design的DLP-TILT 2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監控器，OUT數據包可以和DSD (設備發送數據)命令一起發送，后面跟著數據字節數和發送的數據。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

　　圖2顯示了一個模擬輸入應用。此例中我們還是使用Microchip PICDEM 4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，在軟件中執行，然后由VNC1L寫入存儲設備。

　　VNC1L監控器提供命令對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閃存盤的標準扇區大小是512字節，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

　　幾乎所有扇區容量為512字節和采用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。基于VNC1L設計的其它優點是當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MCU訪問USB設備和閃存盤，而FTDI的VNC1L則以一種符合成本效益的方式實現了這一功能。