USB接口的24位数据采集器在色谱分析仪中的应用

　　0　引言

　　在科学研究和工业生产中,往往需要对一些参数或测试数据进行采集,然后借助计算机强大的数据处理功能对其进行分析、处理或者分类。数据采集和处理是色谱分析中非常重要的部分。例如,利用裂解气相色谱(PGC)数据采集器具有分析速度快、灵敏度高、无需制样等优点来研究中草药的成分特征和聚类分析。目前虽然已有多种数据采集板(卡)面市,但是大多数仍采用ISA、PCI等总线接口方式,安装麻烦,或者使用不灵活,或者价格昂贵。尤其是对于有些色谱分析仪、色谱工作站或者采集位置不固定的情况,更是无能为力。USB接口对连接计算机外围设备是一种很好的解决方案(尤其是对非通用性的数据采集外围设备)。为此,我们根据科研需要,提出研制一种适合色谱分析需要的基于USB接口的24位A/D精度的数据采集器的设计方法。

　　USB全称为通用串行总线(universal serial bus),是一种标准的连接接口。USB接口已渐渐成为现今个计算机上最重要的接口之一,因为它具有支持热插拔、即插即用、一种接口适合于多种设备、连接简单、成本低和功耗小等诸多优点。

　　1　基于USB接口的数据采集器硬件设计

　　根据裂解气相色谱(PGC)数据采集的精度和速度要求,数据采集器应该是双通道、宽量程、高灵敏的。它主要由24位A/D转换器AD7710、具有USB接口的微控制器AN2136以及USB通信接口等构成。为了使数据采集器在采样数据时不用与PC机相连也能单独使用,因而采用了Flash存储芯片存储采集程序和数据。数据采集器的结构图如图1所示。

　　数据采集器性能指标如下:

　　采样速率20点/s(0.05s/点);

　　量程范围-100mV~+2v;

　　信号灵敏度2μv/字;

　　通道数单通道/双通道;

　　数据位数24位。

　　1.1　EZ-USB系列微处理器AN2136

　　目前常用的带有USB接口的微处理器有多种,根据性能要求和实际需要选用了CYPRESS公司的EZ-USB系列的全速产品AN2136,其核心是增强型8051。它具有如下基本特性:①重新设备列举,ReNu-meration允许作动态的RAM程序规划;②包含设备列举的USB管理工作;③全速12Mbps;④8051核心等等。因为EZ-USB系列比其它的USB芯片提供了更先进的架构雏形,其中包含了增强版的8051核心、8kRAM以及智能型的USB核心程序。此外,具有内建的RAM也能够从PC主机下载固件的程序代码。这个内建的内存省却了在许多系统中所需的内存。AN2136有10个I/O口,可以作普通I/O口或特殊功能口使用;支持I2C和SPI两种串行标准;带两个外部中断口和两个定时器中断口;可以扩展外部数据存储器。芯片与主机间的数据线只有USBD+和USBD-2根,还有两根电源线(+5V和GND)。USB芯片也可无需另加外部电源,直接从USB总线上取电。由于A/D转换器需要较大的电源功率及较高的精度,故该芯片采用外部电源供电。