为了实现磁致伸缩传感器与上位机的交互，研制了一种由高档8位单片机ATmega128控制的SSI-USB转换器。通过对SSI协议规范的研究，以及对由PDIUSBD12实现的USB接口电路的研究，提出了相关的软硬件设计。最终实现了SSI信号与USB信号的相互转换，从而实现了磁致伸缩传感器与上位机的通信。

1、SSI协议规范及总体设计

SSI通讯协议是一种串行通信协议，其中SSI全称为同步串行接口(Synchronous Serial interface)。SSI传输过程中，有24/25/26 3种编码模式。SSI信号包括差分同步时钟信号CLOCK+、CLOCK-，差分数据信号DATA+、DATA-，电源VCC与地GND。通过差分方式传输码值提高了抗干扰的能力，接线简单，增加了系统控制的可靠性。

SSI通信协议的双方，一方发送时钟信号，另一方在这个时钟脉冲信号的控制下从最高有效位(MSB )开始同步传输数据。SSI信号传输时序图如图1所示。其中D0～Dn为数据信号，T为一个时钟信号周期的持续时间；Tm为单稳触发时间，Tp为数据传输间隔，并且Tp≥Tm；MSB为最高位，LSB为最低位。

SSI-USB转换器的设计主要包含2部分：①向下配置参数部分，即通过上位机界面对传感器的相关参数进行设定，设定好后通过 USB接口传送给SSI-USB转换器 ,然后SSI-USB转换器再将接收到的配置参数信号转化为SSI信号传送给磁致伸缩传感器。②上传测量结果部分，即磁致伸缩传感器将测量结果通过SSI接口传送给SSI-USB转换器，然后SSI-USB转换器再将其转化为USB信号传送给上位机供分析计算。

2、硬件设计

SSI-USB转换器的硬件电路部分主要包括3部分: (1)起主控作用的单片机；(2)与磁致伸缩传感器相连的SSI接口电路；(3)与上位机相连的USB接口电路。

2.1 CPU及SSI接口部分电路

设计中CPU采用的是AVR单片机AT-mega128,ATmega128是8位系列单片机中配置最高的一款单片机 ,应用及其广泛。在SSI接口部分电路的设计中采用差分平衡型收发器芯片MAX490将时钟信号SSI_CLK和数据信号SSI_DATA分别转化为符合SSI通信协议规范的差分信号CLK+， CLK-,DATA+,DATA-信号。为了保证数据的高速传输及传输的可靠性 ,设计中采用高速光耦6N137将SSI_CLK和SSI_DATA信号与单片机的 SSI_CLK1和SSI_DATA1信号进行隔离。并且6N137对输入信号具有整形的作用 ,输入的方波信号经137输出后 ,输入信号原本波形较缓的上升沿和下降沿得到改善。

磁致伸缩传感器的测量结果需要传递到上位机供用户分析计算 ,且要求满足一定的更新频率如3ms、2ms、1ms、0.15ms等。采用普通 I/O口模拟SSI通信的方式 ,由于受到系统时钟周期的限制无法达到如此高的更新频率，故在设计上采用SPI的主从通信 (即SSI-USB转换器作为主机，磁致伸缩传感器作为从机 )代替SSI通信，将SCK脚和MISO脚引出来分别定义为SSI_CLK1和SSI_DATA1。即CPU作为主机发送时钟信号，传感器作为从机在时钟脉冲的控制下向主机传送数据信号。而配置参数的过程中因为对数据传送速度没有过高的要求，可以通过采用普通I/O口模拟SSI通信方式实现。同样是SCK脚和MISO脚，但是与上传测量结果不同之处是此时SCK脚作为数据输出脚，MISO脚作为时钟输入脚 ,同时将MISO脚接到INT1脚 ,用于捕获传感器发送的时钟信号。

2.2 USB接口电路

设计中利用PDIUSBD12芯片来实现USB接口，PDIUS2BD12是一款性价比很高的 USB器件，与任何外部微控制器/微处理器实现高速并行连接 (2M字节/s)。USB设备接口电路的硬件设计主要以PDIUSBD12为中心 ,设计它与USB物理接口及微控制器之间的连接。引脚A0通过电阻和地连接，这样微控制器可以向PDIUS-BD12写数据或向PDIUSBD12读取数据。PDIUSBD12的GL _N接LED,对其工作状态进行监控, LED在USB被连接时会发光，在进行数据传输时会闪烁。设计中USB总线采用的是设备自供电，因此将USB接口的VBUS脚悬空。R7、R8为串联终端电阻。PDIUSBD12片内集成了6～8MHz时钟乘法PLL，这样就可以使用低成本的6MHz晶振，E-MI也随之降低。

3、软件设计

在SSI-USB转换器的软件设计部分，由于在上传传感器的测量结果的过程中要使用SPI通信代替SSI通信以实现高速传输的目的，因此要对SPI进行初始化，此外也要对I/O和USB进行初始化，即开机启动时要对系统进行初始化。初始化工作完成后就进入while循环，为了保证计算机已经完成对SSI-USB转换器的插入检测和枚举，利用定时器0设置6s开机启动延时，6s延时只在开机启动时执行一次。延时时间到之后，不断查询上位机是否发送命令 ,若接收到命令再判断是什么命令，然后去执行相应命令对应的服务程序。

在通过上位机界面对传感器进行配置参数的过程中，使用INT1来捕获传感器发送的时钟信号的上升沿，并在中断服务程序中从最高有效位开始传送数据。每次中断，传送一个数据有效位。其中的中断服务程序如下：

void Master_Write ( )

{if( IOSendData&0x80) Set_Data；//发送数据的最高位

elseClear_Data;

IOSendData < < = 1；//数据左移一位，将下一位要传送的数据移至最高位Int1Num + + ；}

在上传传感器的测量结果的过程中 ,通过定时器1来实现0.15ms、1 ms、2ms、3ms的更新频率，在定时器1中断服务程序中将更新数据的标志位Data _Flag置位，后面将依据此标志决定是否更新数据。由于SSI信号的编码模式是24位或25位或26位，本设计中统一定义为32位 ,其中不用的高位全部置为0。在更新数据函数执行完后，将更新后的数据通过USB接口上传给上位机。其中更新数据函数如下：void data_sample (void)

{uint i = 0；

CLI( ) ；

counter = 4；

SEI( ) ；

switch ( interval)//设置定时器1的计数初值；从而分别实现3m s, 2ms,1ms,0.15ms的更新频率

{case 0: SAMPLE_TIME =65536-1500；

　break；

case1: SAMPLE_TIME = 65536-1000；

　break;

case 2: SAMPLE_TIME = 65536-500；

　break；

case 3: SAMPLE_TIME = 65536 -250；

    break；

    default:

　break；}

timer1_init( ) ；//启动定时器1

while ( counter > 0 )

{if(Data_Flag = = 1)//读传感器的测量结果并存储，以便向上位机传送

{databuff0 [ 0 ] = Read_Data1 [ 0 ]；

databuff0 [ 1 ] = Read_Data1 [ 1 databuff0 [ 2 ] = Read_Data1 [ 2 ]；databuff0 [ 3 ] = Read_Data1 [ 3 ]； Data_Flag = 0；

counter = counter - 4；}}

TCCR1B = 0x00；}]；

4、结 论

文中研究了一种用于磁致伸缩传感器的SSI-USB转换器，实现了上位机与磁致伸缩传感器的通信。一方面实现通过上位机界面对传感器进行参数配置；另一方面实现将传感器的测量结果高速传给上位机供分析计算。技术上在SSI接口部分采用SPI的主从通信代替SSI通信，实现了高速传输数据的目标。并且采用价格便宜，接口方便 ,可靠性高的PDIUSBD12芯片搭建USB接口电路与计算机通信，使该SSI-USB转换器的应用具有普遍性。同时也为SSI-USB转换器应用在其他领域提供了参考。