信號調理電路主要包括模擬信號多路選擇、濾波和信號放大等組成部分，電路如圖3所示。

　　系統電路設計中，只使用了單片機C8051F000本身自帶的一路模擬輸入AIN0；在單片機外圍用多路模擬開關CD4051擴展了8路模擬輸入。當單片機給CD4066的引腳CONT1輸入一個低電平、給引腳CONT2輸入一個高電平時，CD4066的引腳IN1和OUT1之間斷開、引腳IN2和OUT2之間短接，運算放大器ICL7650的負端輸入與它的輸出斷開，此時ICL7650對它的輸入信號放大8倍；當單片機給CD4066的引腳CONT1輸入一個高電平、引腳CONT2輸入一個低電平時，CD4066的引腳IN1和OUT1之間短接、引腳IN2和OUT2之間斷開，ICL7650的負端輸入與它的輸出直接短接，此時ICL7650和它的外圍電路一起組成了一個電壓跟隨器，只是增大A/D轉換器的輸入阻抗，并不對它的輸入信號進行增益放大。

　　C8051F000片內集成的增益放大器PGA編程范圍為0.5～16，當ICL7650作為一個電壓跟隨器時，系統可編程增益范圍為0.5～16；當ICL7650對輸入信號進行8倍放大時，系統可編程增益范圍為4～128，由此可見，系統可編程增益范圍較寬，滿足大多數情況下增益放大需要。

　　2 軟件設計與實現

　　系統軟件包括單片機固件程序，USB驅動程序及其鏈接庫，及用戶應用程序。為了降低開發難度及縮短開發周期，系統采用了周立功公司開發的D12 SMART套件中的USB驅動程序及其鏈接庫[3]，該鏈接庫為用戶應用程序提供了API函數，在編寫應用程序時，只需調用API函數與采集系統之間交換數據，而不需要關心具體的USB通訊協議。

　　單片機固件設計采用中斷驅動方式。CPU在前臺進行數據采集, USB傳輸則在后臺進行, 而其中斷和主循環的數據交換則通過事件標志和數據緩沖區進行。這樣既保證了數據采集的實時性，又獲得了最佳的傳輸速率。固件結構如圖4 所示。

　　中斷服務程序主要負責從PDIUSBD12收集數據, 將建立包和OUT數據存入數據緩沖結構體，并設置相應的標志位；而主循環負責對數據進行處理，根據標志位區分是標準請求還是廠商請求，進而調用標準請求處理程序和廠商請求處理程序。其中標準請求處理程序主要負責在設備枚舉過程中主機為識別設備而發送的請求, 主要包括讀取USB設備描述符、給USB設備分配地址、配置USB設備等功能。只有在計算機與USB設備建立鏈接之后，計算機才能識別出USB設備，與USB設備進行通訊。而廠商請求處理中是自行定義的請求處理函數, 用來處理計算機發送給采集系統的各個設定命令，主要包括設定采集系統的量程、讀取通道采樣數據等命令。標準設備請求是在枚舉過程中由安裝在PC機中的USB驅動程序發送給USB設備的，而廠商請求是由用戶應用程序通過調用USB鏈接庫提供的API函數將命令傳遞到功能驅動程序后, 通過相應例程發送到USB設備的。

　　PDIUSBD12 命令接口是一套訪問PDIUSBD12 所有功能的處理函數，主要包括對PDIUSBD12設置地址、設置端點使能、設置模式、讀中斷寄存器、選擇端點、讀端點狀態、讀取緩沖區、清緩沖區等操作。當固件中的其它程序需要對PDIUSBD12 進行操作時, 只須調用其中相應的子程序即可。

　　硬件提取層是固件中的最底層代碼, 直接對PDIUSBD12訪問，其執行與具體硬件電路有關，使用的單片機不同, 或者實現的設備功能不同時這部分代碼也有所不同。

　　3 結束語

　　系統采用高速SOC單片機C8051F000和PDIUSBD12實現了寬量程的數據采集和基于USB接口的數據傳輸，基于該方案的采集系統已經在實驗室調試通過，能夠準確地進行數據采樣和傳輸。本文作者創新點：利用了C8051F000片內集成的增益放大器PGA，并結合外圍增益放大電路使系統的最大增益放大倍數達到了128倍，從而使系統能完成較寬范圍內的電壓信號采集；系統在PDIUSBD12與單片機之間的接口電路設計中采用了單地址數據總線方案，相對于通常所采用的多路地址/數據總線方式大大減少了單片機I/O引腳的占用。