西南交通大学
硕士学位论文
基于USB的瞬态信号数据采集系统的设计与实现
姓名：常满波
申请学位级别：硕士
专业：系统工程
指导教师：胡鹏飞
20030401
西南交通大攀硕圭磷究生学彼论文第｛癸
摘要
髓羞计算机、微媳子、囊动控制等技术鑫勺发展，｛乍为信息技术的重要手段，数据采集技术正在向集成化、数字化、标准化方向发展。对于一般的数据采集任务有通用的数搬采集系统可供选用，但是考虑到数据源以及雳户需求豹多榉牲，瓣蘸逶穗豹采集设备不会惑钱满足掰蠢要求。本文言李论的是一个瞬态信号的数据采集系统。
本设计的初衷是研制一个桩基础无损检测仪。糖基础梭测技术是工程界十分关心的问题，也是长期以来图内外学者、研究人员所从事斡一个研究课题。从检测设备的角度糟，测量精度高、动态范围大的数据采集系统是穰萋稿检测皴术懿蕊萋窭。溺辩，硷溺系统设诗中蘩考虑褒殇测试豹条｛譬，使整个系统结构紧凑，携带方便，可与计算机实现快速、简捷的遗接。所以，数据采集邀爨研制和设计数据传竣方式是论文工｛乍的主要内容。
在数据采集电路设计中，采用了浮点放大投术来提离系统的动态范围；通过引入可编程逻辑器件来实现触发控制、存储控制；采样过程中应雳了时滓重爨技术，觚嚣实现了数撰采集系统懿浚东线馋戴方式。系统采用新型的集成了完整１２位数据采集系统的ＡｄｕＣ８１２单片机完成ＡＩＤ转换任务。
在数据传输部分的设计中，考察了火线（Ｆｉｒｅｗｉｒｅ）、ＰＣＩ、ＲＳ２３２之类的常用微机外部总线的解决方案。最后经过比较，论文采用了其有较高筵羧遮瘦、支持郎援鼯雳和热捶拔，还毒主掇供毫（最大５００ｍＡ）等往良性能的通用串行总线（ＵＳＢ）。论文在ＵＳＢ部分的主要设计任务是开发ＷＤＭ驱动程序和下位机控制软件以及ＵＳＢ接口电路的设计。
本设计最终实现了一个瞬态信号数据采集系统，它具鸯以下特点：
?采用ＵＳＢ接口进行高速数据传输，倦输速度达１００Ｋｂｙｔｅ／ｓ；
?采用浮点Ａ／Ｄ转换技术，动态范塑达１２０ｄＢ；
?多种采样触发控制方式；
?最高采样率ｌＯＯＫＳｐｓ；
?１２位采样精度；
?３２ＫＢ数据缓存；
?馒耀藜裂大援嫒电子嚣件，系绞绩搀紧凑，熏量轻，遥舍野外馋业。
该系统综合运用了模拟倍号调理技术、浮点Ａ／Ｄ转换技术、复杂可编程逻辑器件（ＣＰＬＤ）和ＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ）技术。因此，系统采样速率离、动态范围宽、数疆传输速度茯。两黧，由予复杂霹编程逻辑器｛串和ＡＤｕＣ８１２单片机具有在系统编程（ＩＳＰ）功能，使得本系统具有灵活的可扩震瞧和可篷配置憾。
【关键词】数据采集；ＵＳＢ；ＣＰＬＤ；ＷＤＭ
西南交通大学硕士研究生学位论文第２页
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｗｊｔｌｌｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓｏｎｃｏｍｐｕｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅａｎｄｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、ｔｈｅｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅｓ．ａｓｔｈｅｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｍｅｔｈｏｄｂｅｉｎｇｕｓｅｄｉｎｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗｅｒｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｔｏｗａｒｄｓｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ，ｄｉｇｉｔａｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅａｒｅｍａｎｙｋｉｎｄｓｏｆｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅｓｆｏｒｇｅｎｅｒａｌｕｓａｇｅ．ＢｕｔｔｈｏｓｅｕｎｉｖｅｒｓａＩｅｑｕｉｐｍｅｎｔｍａｙｎｏｔｂｅｆｉｔａ１１ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｕｓｅｒｓ．Ａｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ．ｗｈｉｃｈｉＳｕｓｅｄｔｏｓａｍｐｌｅｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｓｉｇｎａｌｗａｖｅｆｏＩＴｎｉＳｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓ．ＴｈｅｏｒｉｇｉｎａＩｉｎｔｅｎｔｉｏｎｏｆｍｙｗｏｒｋｉＳｔｏｄｅｓｉｇｎｔｈｅａＤｐａｒａｔｕｓｗｈｉｃｈｗｉｌｌｂｅｕｓｅｄｔＯｉｎｓｐｅｃｔｔｈｅｄｅｆｅｃｔｏｆＰｉｌｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎ．ＰｉｌｅｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉＳｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｉｔｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｆｏｒａｌｏｎｇｔｉｍｅｂｙｅｎｇｉｎｅｅｒｓａｌｌｏｖｅｒｔｈｅｗｏｒｌｄ．Ｆｒｏｍｔｈｅｐｏｉｎｔｏｆｖｉｅｗｏｆｔｅｓｔｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．ｔｈｅｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗｉｔ｝１ｍｏｒｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｎｄｌａｒｇｅｒｄｙｎａｍｉｃｒａｎｇｅｉＳｆｉｍｄａｍｅｎｔａｌｆｏｒＰｉｌｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｔｅｓｔｉｎｇ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ．ｔｈｅｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉＳｕｓｕａｌｌｙｍａｎｉｐｕｌａｔｅｄａｔｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓｉｔｅ．ｔｈＵＳｉｔｉＳｎｅｃｅｓｓａｒｙｆｏｒｔｈｅｓｙｓｔｅｍｔｏｈａｖｅｓｏｍｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｓｕｃｈａｓｓｍａｌｌ．ｐｏｒｔａｂｌｅａｎｄｅａｓｙｔｏｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｅｗｉｔｈａｎｏｔｅｂｏｏｋＰＣ．ＴｈｅｒｅｆｏｒｅｔｈｅｐｒｉｍａｒｙａｉｍｏｆｍｙｗｏｒｋｉＳｔｏｄｅｓｉｇｎｔｈｅａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｆｉｎｄｏｕｔｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｄａｔａｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．
Ｔｈｅｆｌｏａｔｉｎｇ—ｐｏｉｎｔＡ／ＤｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｓｃｈｅｍｅＷａＳｅｍｐｌｏｙｅｄｔｏｉｎｃｒｅａｓｅｔｂｅｓｙｓｔｅｍ’Ｓｄｙｎａｍｉｃｒａｎｇｅ．ＣｏｍｐｌｅｘＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＬｏｇｉｃＤｅｖｉｃｅ（ＣＰＬＤ）ｗａｓａｌｓｏｕｓｅｄｔｏｐｅｒｆｏｒｍｔｈｅｓｙｓｔｅｍ’Ｓｆｕｎｃｔｉｏｎｓｕｃｈａｓｄａｔａｓａｍｐｌｉｎｇｔｒｉｇｇｅｒｃｏｎｔｒ０１ａｎｄｄａｔａｓｔｏｒａｇｅｃｏｎｔｒｏｌ，ｅｔｃ．ＡＤｕＣ８１２，ａｎｅｗｔｙｐｅｏｆｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒｗｉｔｌｌｆｕｌｌＡ／Ｄ
ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ｗａｓｕｔｉｌｉｚｅｄｔｏｆｕｌｆｉｌｌｔｈｅＡ／Ｄｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ．
Ｔｏｍａｋｅｄａｔａｃｏｒｎｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙａｎｄｎｏｔｅｘｐｅｎｓｉｖｅ，ｓｏｍｅｋｉｎｄｓｏｆ
ｅｘｔｅｒｎａｌｂｕｓｏｆＰＣｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｉｎｔｈｅｆｉｒｓｔｉｎｓｔａｎｃｅ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇＦｉｒｅＷｉｒｅ（ＩＥＥＥｌ３９４），
ＰＣＩ，ＲＳ一２３２ａｎｄＳＯｏｎ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ（ＵＳＢ）ｗａｓａｄｏｐｔｅｄａｓｔｈｅ
ｓｙｓｔｅｍ’Ｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｂｕｓ．ＵＳＢｈａｓａｐｒｅｆｅｒａｂｌｅｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｒａｔｅ，ｓｕｐｐｏｒｔＰＣ’Ｓｐｌｕｇ－ａｎｄ—ｐｌａｙａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄｂｕｓ—ｐｏｗｅｒｅｄ（Ｍａｘ．５００ｍＡ）．
ＡｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇｆｅａｔｕｒｅｓｉＳｒｅａｌｉｚｅｄ：
?ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｒａｔｅｕＤｔｏｌ００Ｋｂｙｔｅ／ｓｏｖｅｒＵＳＢ；
?Ｓｙｓｔｅｎｑ’ｓｄｙｎａｍｉｃｒａｎｇｅａｓｈｉｇｈａｓ１２０ｄＢ；
?Ｍｕｌｔｉ—ｋｉｎｄｏｆｔｒｉｇｇｅｒｍｏｄｅｃｏｎｔｒｏｌ；
?Ｓａｍｐｌｉｎｇｒａｔｅａｓｈｉｇｈａｓ１００ＫＳｐｓ；
?１２，ｂｉｔ加ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙ：
?３２Ｋｂｙｔｅｓｏｎ—ｂｏａｒｄｄａｔａｍｅｍｏｒｙ：
?Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈｗａｓｍａｄｅｕｐｏｆｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｃｈｉｐｓ，ｉＳｓｍａｌｌ，ｌｉｇｈｔａｎｄｐｏｒｔａｂｌｅ，ａｎｄｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｆｉｅｌｄｕｓｅ．
Ａｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆａｎａｌｏｇｓｉｇｎａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ａｎａｌｏｇｔＯｄｉｇｉｔａｌ
ａｎｄＵＳＢｔｅｃｈｎｉｑｕｅｗａｓｕｔｉｌｉｚｅｄｉｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎ．ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ＣＰＬＤ
Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｈａｓａｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｈｉ曲ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｌａｒｇｅｄｙｎａｍｉｃｒａｎｇｅａｎｄｈｉｇｈｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｒａｔｅ．Ｆｕｒｎｌｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉＳｅｘｐａｎｄａｂｌｅａｎｄ
ａｎｄＡＤｕＣ８１２ｈａｖｅＩｎＳｙｓｔｅｍＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｒｅ—ｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅｂｅｃａｕｓｅｂｏｔｈＣＰＬＤ
（ＩＳＰ）ｆｕｎｃｔｉｏｎ．
ＫｅｙＷｏｒｄ：ＤａｔａＡｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，ＵＳＢ，ＣＰＬＤ，ＷＤＭ
西南交通大学硕士研究生论文第１页
第一章绪论
１．１引言
数据采集技术是～门综合性的技术，涉及模拟信号调理、模拟信号数字化、数字信号处理等领域，是联系模拟世界和数字世界的桥梁。２０世纪７０年代以来，计算机、微电子等技术和数据采集理论迅速发展，在它们的推动下，同时也是为适应现代化工农业生产甚至战争的新需求，～方面促进了数据采集技术的发展，在另一方面也对数据采集系统提出了愈来愈高的要求。
数据采集系统已成为一种重要的现代化工具，而且其应用范围也在日益扩大，并不断显示出它的重要性，己逐步成为促进各个有关科技领域发展的重要手段。例如：自动控制系统、地球物理数据采集系统、雷达，随机振动信号的采集系统等。但是，数据采集是信息处理系统的最前端，对于一般的数据采集任务有通用的数据采集系统可供选用，考虑到数据源以及用户需求的多样性，通用的采集设备不可能总能满足定制要求。本论文讨论的是一个面向桩基础无损检测的瞬态信号数据采集系统的设计和实现。
桩基检测技术是工程界十分关心的问题，也是长期以来国内外学者、研究人员所从事的一个研究课题，取得了许多的成果。从检测设备的角度看，美国ＰＤＩ公司制造的桩完整性检测仪（ＰｉｌｅＩｎｔｅｇｒｉｔｙＴｅｓｔｅｒ）代表了低应变检测桩基完整性技术的国际先进水平，它主要有以下特点［１＇２】：
体积小，重量轻，适合各种旌工现场条件的桩基质量测试；
使用宽频低噪音的滤波放大技术，整个信号传输系统稳定性较好，加上信号平均增强和时变放大技术，可获得高信噪比的数据采集结果；
１６位Ａ／Ｄ转换和浮点放大技术，具有很宽的动态范围，采样精度高。
可见，测量精度高、动态范围大的数据采集系统成为桩基础检测技术的基础。本文设计了一种瞬态信号的数据采集系统（见图Ｉ．１）。
图１．１瞬态数据采集系统
图１－２展示７典型的ＵＳＢ体系结构
１．３论文内容简介
如上所述，本论文正是为开发一个具有ＵＳＢ接口的外置数据采集卡而展开的，主要内容包括数据采集系统的硬件设计，ＵＳＢ接口电路和ＵＳＢ软件的开发，其中ＵＳＢ软件包括固件（单片机程序），ｗＤＭ驱动程序设计。论文主要章节安排如下：
第一章为绪论，论文从瞬态信号的特点出发，介绍了瞬态信号数据采集的基本概念、发展状况以及微机总线技术，本章还给出了本文的主要内容。
第二章重点介绍ＵＳＢ的体系结构，包括ＵＳＢ体系、ＵＳＢ总线的扩展、物理接口、数据流模型和ＵＳＢ协议等。
第三章是本文的主体部分，这一章给出数据采集系统的体系结构、主要功能、技术指标和设计中的关键问题。包括浮点Ａ／Ｄ转换的实现方法、数据采集系统中ｕｓＢ接口扩展方法和瞬态信号采样中的触发技术。本设计的难点在于如何实现系统控制逻辑，论文对此进行了有针对性的分析与讨论。控制逻辑由ＣＰＬＤ实现，文中给出了仿真结果并在实际电路中已经予以验证。
第四章论述系统控制软件的设计方法。实现过程中，系统的ＣＰ０要忙于采集数据的任务，０ＳＢ接口则完全由中断驱动。这就确保了最佳的传输速率和更好的软件结构同时简化了编程和调试。
第五章介绍了ＷＩＮＤＯＷＳ２０００中进行ＵＳＢ驱动设计的原理，并对部分ＷＤＭ例程进行了分析。与ＵＳＢ驱动程序的交互部分客户程序，论文只对做一简要介绍。
最后是全文的总结，给出了实验结果并对下一步工作做了简要介绍。
疆鸯交通犬攀硕士研究生论文第４炎
第二章ＵＳＢ体系结构概述
２。｛ＵＳＢ系统豹撼述
ＵＳＢ掇供了在一台Ｐｃ机和若于台ＵＳＢ设备之间的通信功能，可简单地用图２一ｌ波示：
匿２～ｌＵＳＢ主的篱单模掇
由图２一ｌ可见，一个ＵＳＢ系统豳三部分组成：由ＵＳＢ互逶、ＵＳＢ设备和ＵＳＢ主机。
毽在突裕ＵＳＢ系统中，ＵＳＢ不楚楚荤懿壤裂壤透售，其髂懿系统要魄这复杂，不同层次的实城者对ＵＳＢ稃不同要求，遮使得我们必须从不同的艨次了解ＵＳＢ系统。
《＝＝＝》逻辑的储息流－——◆实际的信息流
豳２－２遇信模型层次关系圈
魏圈２－２所示，一螽生撬与一个ＵＳＢ设备阀酌连接是壶多个层次上麴逡接组成。
ＵＳＢ总线接口层提供了在主机和设备之间的物理连接、发送连接、数据毯连臻。ＵＳＢ设备星对ＵＳＢ系统软传是霉冕熬，系统软｛孛基予它囊觅粒设备层来完成对ＵＳＢ设备的一般操作。应用层可以通过与之相配合的客户软件向主机提供一些额外功能。ＵＳＢ设备层和应用层的通信是逻辑上的，对应于这些逻辑通信豹实际物联遽信由ＵＳＢ总线接口层寒完残。
疆南交通大攀硕±研究燮论文第５页２．２ＵＳＢ主橇
在任何ＵＳＢ系统中，只有一个主机。主机在ＵＳＢ体系中占据主导地位，所有在总线上的事件都幽主机发起。设备和主机系统的接口称作主枧控制嚣，主橇控翱器霹宙硬｛孛、鬻件和软｛譬综合实瑰。蔽祭线器是宙主橇系统整合懿，用以提供缴多的连接点。
从主机的角度来描述上述通信模Ｗｔ”］，图２－３描述了从主机角度看到的它与设备瓣连接。
＜＝＝＝：》通道，代袭槽应层之间连接的抽象
圈２－３圭枫层次模型
在ＵＳＢ系统中，主税部分霹鞋翔分为：
?ＵＳＢ总线接口
?ＵＳＢ系统软件（管理通道）
?ＵＳＢ客户（管理赛蘑）
其中，ＵＳＢ总线撩霹处理电气及协议层的互涟。ＵＳＢ设备糯ＵＳＢ主梳都提供类似的ＵＳＢ总线接１２，如串行接口引擎（ＳｅｒｉａｌＩｎｔｅｒｆａｃｅＥｎｇｉｎｅ，ＳＩＥ）。出于主祝在ＵＳＢ系统中的特殊性，ＵＳＢ主机上黝总线接口还必须具备主机控翻器熬功缝（ＨｏｓｔＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ），交主撬控潮器痰集成豹一个集线嚣（禳集线器）
西南交通大学硕士研究生论文第６页提供与ＵＳＢ电缆的连接。
ＵＳＢ系统软件有三个主要组成部份：
?主机控制器驱动程序（ＨｏｓｔＣｏｎｔｒｏＩ｜ａｒＤｒｉｖｅｒ）
主机控制器驱动程序（ＨＣＤ）管理主机与ＵＳＢ设备的数据传输，客户可以不必知道设备到底接在哪个主机控制器驱动上就能同设备进行通信。在ＨＣＤ与ＵＳＢ驱动程序（ｕｓｕＤｒｉｖｅｒ，ＵＳＢＤ）之间的接口称为主机控割器驱动接口（ＨｏｓｔＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＤｒｉｖｅｒＩｍｅｒｆａｃｅ，ＨＣＤＩ）。这层接１２１不能被客户直接访问，所以ＵＳＢ规范没有定义。一个典型的ＨＣＤ］是由支撑各种不周主机控制器的操作系统来定义的。
?ＵＳＢ驱动程序
通用串行总线驱动程序（ＵＳＢＤ）提供Ｉ／０请求包０／ｏＲｅｑｕｅｓｔＰａｃｋｅｔｓｌ形式的数据传输，以某一特定通道来传输数据。另外，ＵＳＢＤ为它的客户提供一个容易被支配及配置的抽象的设备。作为这种抽象的一部份，ＵＳＢＤ拥有缺省通道对设备进行一些标准的控制。这标准通道实现了ＵＳＢＤ与抽象设备之间的逻辑通信。ＵＳＢＤ有一类特殊客户：集线器驱动器，集线器驱动器拥有这些缺省通道，接收这些设备连接状态的改变。如果设备连结状态改变，集线器驱动器将加载设备的驱动程序。
?主机软件（ｈｏｓｔｓｏｆｔｗａｒｅ）
客户层描述的是直接与ＵＳＢ设备迸行交互所需要的软件包。当所有的设备都已连上系统时，这些客户就可以直接同设备进行通信。～个客户不能直接访问设备的硬件。
总之，主机功能主要体现在以下几个方面：
?检测ＵＳＢ设备的安装和拆卸
?管理在主机和ＵＳＢ设备之间的控制流：
?管理在主机和ＵＳＢ设备之间的数据流；
?收集状态和动作信息并提供能量给连接的ＵＳＢ设备。
２．３ＵＳＢ设备
ＵＳＢ设备分为诸如集线器和功能设备等种类。集线器类指的是～种提供ＵＳＢ连接点的设备。ＵＳＢ设备需要提供自检和属性设置的信息，ＵＳＢ设备必须在任何时刻执行与所定义的ＵＳＢ设备的状态相～致的动作。
ＵＳＢ设备提供的功能是多种多样的，但面向主机的接口却是一致的。所
西南交邀大学硕士研究生论文第７页醴，黠予蹶奄这些设整，圭撬虢焉聪撵蕊方式絮骛理它镪与ＵＳＢ毫美懿部分。
２，３．１设备特性
当设备被连接、编号后，该设餐就拥有～个唯～的ＵＳＢ地址。设备就是通过该ＵＳＢ绣蛙装攥嫠兹。每一个ＵＳＢ设条遴过一个袋多个逶莲与主撬逶讯。所裔ＵＳＢ设备必须在零号端点上有一指定的通道，就怒该设备衔谓鹩缺省控制通道。通过此控制通道，所荫的ＵＳＢ设释都列入一个共同的准入机制，以获得控制操｛乍的信息。
京零鸯磺舀上，控栽遘遭孛翡信怠痤完整静箍述ＵＳＢ竣备，蘧类蕊纛主要有以下几类：
?标准信息：这类信息定义所肖ＵＳＢ设备的共同性，包括一些如厂商识澍、设螽转类、毫滚慧理等筑硬毯。设备莰鬟、接疆及终端熬撬述在魏绘缀。
?类掰信患：就荧信息给出不溺ＵＳＢ设备炎的定义，主瓣反映箕不同点。
?Ｉ．ＩＳＢ厂商信息：ＵＳＢ设备的厂商可自由的提供各种肖关信息。
２。３．２设备接述
主鬟分为两种设备类：集线器稻功琵部件。集线器可以撬供更多的ＵＳＢ的连接点，功能部件为主机提供了具体的功能。
１．蔟线器
在帮绉嚣露黪ＵＳＢ翁鐾擒体系孛，集线嚣怒～耱重要浚套。集线嚣爨～种在上游端口和下游湍口之闻的协议控器４开关。箍且硬件上支持复位、稳超、唤醒等倩号。集线器提供了接口寄存器用于与主机之间的通信、集线器允许主规对篡特定炊态黧撩糕鑫令进霖竣置，势燕援穰控裁其螨１２。集线嚣霹检测每个下游端日设备的安装或拆卸，并可对下游端口的设奄分配能源，镣个下游端秘都具有独立的能力，不论高速或低速设备均可连接。集线器可将低速和离速端口的信号分开。
２，渤蘸帮传
功能部件是一种邋过总线进｛亍发送（或接收）数据和控制信息的ＵＳＢ设备，通过电缆连接在集线器的某个端口上。然简一个物理革元中可以有多个功能部秽翻一个内餮集线器，芳剥塌一根ＵＳＢ电缆，逶常被称为复合竣器。
ＵＳＢ设备支待ＵＳＢ蔽范串基经有臻确定义静逮厢擦僚熊，我们不徽其体介绍。这些操作包括：动态插按与拔开；地址分配；配鬻：电源管理；邋程唉醒；请求处理；请求错误等。
图２—５ＵＳＢ物理总线的拓扑结构
２．逻辑拓朴
在逻辑上，主机是直接与各个逻辑设备通信的，就好像它们是直接被连到主机上一样。这个逻辑关系如图２－６。
乒ｂ逾
图２－６辑总线的拓扑结构
但在图２－６中，为了简化未画出Ｈｕｂ，Ｈｕｂ也是逻辑设备。虽然ＵＳＢ系统中的工作都是从逻辑角度来看待的，但主机必须对物理结构有个了解。例如，当一个Ｈｕｂ被移出，通过它与主机相连的设备也应一起被移去。
３．客户软件层与应用层的关系
ＵＳＢ系统的物理上、逻辑上的拓朴结构反映了总线的共享性。操纵ＵＳＢ应用设备的客户软件只关心与它相关的接口，客户软件必须通过ＵＳＢ软件（该设备的驱动程序）提供的编程接口来操纵应用设备，而不是直接访问内存或Ｉ／Ｏ的。在运行中，客户软件必须独立于ＵＳＢ上的其它设备。这样，设备和客户软件的设计者就可以不必知道该设备与主机硬件和主机软件的相互作用的关系。
西南瓷通丈掌硕士磷炎笠论文第｛Ｏ赞豳２—７说明了一个客户软件与相应功能设备的关系。
孑
图２。７客户软件和相关应用间的关系
２．４。２ＵＳＢ数据流
ＵＳＢ提供主机和ＵＳＢ应用设备间的通信服务，对客户与碰用问不同的交互，ＵＳＢ设备对数据流有不圈的要求。ＵＳ８竞许各搴孛不霞静数据流稷夏猿立魄进入～个ＵＳＢ设备。每种通信流都采取了某种总线访问方法来完成主机上的敬｛孛与设备之海豹逶倍。每令遽僖帮翟浚蚕上懿菜令壤志缝窳。不辫设备豹不同端点用于区分不间的通倍流。
灏２甚说袈了数攘魏裁我主掇貔瓣蠹存缓滓嚣魏设备壤焦之翅黝传送。
图２—８ＵＳＢ通信流
以下，将逐步奔缁端点、逶道和通信流。
１．设备端点
端点是一个ＵＳＢ设备礁～霹鞋浚爨静部分，它楚主襁与设备阉邋信流煞结束点。一系列相互独立的端点在一起构成了ＵＳＢ逻辑设备。每个逻辑设备商一令难一静楚薤，这令缝夔是在设舔连上主褫霆亨，密主瓿分配懿，蠢设备中的每个端点在设备内部有唯一的端点号。遮个端点号是在设备设计时被给
酉南资通大攀硕圭磷灸生论文第｛｛黉定的。每个端点都是～个简帮的连接点，或者支持数据流进设备，戚者支持萁流密设备，两者不西兼褥。因魏一个端熹豹特悭浚定了它与客户软俘送行的传送的类型。一个端点有以下属性［３，３３】：
?漾点数螭点号：
?端点与主机的数据传邀方向：
?装点髓接投或发送夔题豹最大长疫；
?端点的传送类型；
?端点瓣謦宽要求；
?端点的总线访问频率强求；
?溃点数总线延迟要求；
?对错误处理的要求。
燃点号不为０的端点在被设置兹处于未知状态，是不能被主枫访闫的。
（１）对０号端点的要求
所有ＵＳＢ设备都需要实现一个缺省的控制方法。这静方法将端点０作为输入端点，同时也将端点０俸为输出端点。ＵＳＢ系统用这个缺省方法初始俄及一般地使用逻辑设备（即设鼹此设铸）。缺销控制通道支持了对控制的传送，一量设备接上，并加魄，且又收孤一个总线簸位命令，端点０就是可访问的。
（２）对ｊ＃０号端点的要求
设备可以每０璇患戬矫静其它添煮。低速设备在０号输入及输鑫端点筛，只能村２个额外的可选端点。而高速设备可舆有的额外端点数仅受限于协议懿定义（最多１５个额努静输入壤赢帮簸多１５个额箨懿输基鼹赢＇。
除缺省端点外，其它端点只有在设备被设置后才可使用。
２．逢逵
ＵＳＢ的数据传送是在主机软件和一个ＵＳＢ设备的指定端口之间。～个ＵＳＢ遵遒燕设冬土戆一个壤焦农煮梗主软锋之阕鹣联系。髂嚣了主蕊上绥存露壤点间传送数据的能力。总的来说，各通道之间的数据流动是相互独立的。一个指是豹ＵＳＢ设备霹鸯许多遴莲，毽～个通道出显援瞧一个客户爱勰骞。
有两种不同的且甄斥的通道通信格式。
?滚（Ｓｔｒｅａｍ）：攒不具鸯ＵＳＢ定义款掺式豹数攘渡。
流通道中的数据内容不暴有ＵＳＢ要求的结构。数据从流通道一端流进的顺序与它们从漉通道另一端流出时的顺序是～样的，、漉通道中豹通糖漉总是单方向的。对于在流通道中传送的数据，ＵＳＢ认为它来自同～个客户。ＵＳＢ
嚣南交通穴攀矮±婿究整论交第｛２粪系统软件不能够提供使用同～流通道的多个露户的同步控制。在流通道中传送懿数攥遵镁先遗巍趱暴露。
流管遥只能连翻～个国宠弩诵煞凑煮上，或者流逡，躐学流毒。鬻疑案这个号龋瓣冀一个骞鼹戆臻点霹毯救分配蹬其它滚邋遵。
流通道支持同步传送，中断传送和批传送。
?满惠（Ｍｅｓｓａｇｅ）：密其鸯浆嵇ＵＳＢ定义豹楱式黪数撵滚。
消惫通逶要求数攒有具秫格式，挖格式保证了命令能够被可靠地传送和磁谈。瀵息遴道与避患豹关系避滚遵遵与爨感熬关系是不潮鳓。数据在游患通道的传输分为三个阶段：首先主桃囱ＵＳＢ设冬发出一个请求；接着就是数据熬佼送；囊蓐是一个握手羚致。
潲息通邋允许赦向的信息流，虽然大多数的通信流是单方向的。特别地，缺省控制通道也是～个消息遴道。
一令设备戆每个游恚透遴在一令糖闻段疼，昃麓努一个游惠请爨黢务，多个客户软箨可戳通避缺省擦弗《邋邋发出它｛ｆ３静请求，毽遮缝请求弼达设蓊的次净怒羧先进先出的原则的。设备可以在数据传邀阶段和搓手阶段控制傣息流，遮取决于这些没备与妻枫交露的能力。诞常情况下，巍上一个澧惑患被楚理宪之蓠，是不能囊滚惠逶邀发下一个淤慧静。篷在脊错误发囊熬情溅下，主机会取消这次消息传送，并且不等设蓊将已收的数攒处理完，就开始下一次酾湾惠传送。
消惑逶遴支持羧铡健送。
２．４．３传送类型
ＵＳＢ通过通道农童飙缓冲区与设罄端点蜘传送数据。栽消息通邀中抟道教数撵其毒ＵＳＢ定义靛辏式，它戆数疆受载孛毯含戆数据龛诲其毒设套撰定豹格式。ＵＳＢ要求镁何在通道上传送的数据均被打氛，数攒的解释工作豳客户软件和应用朦软律负责。ＵＳＢ掇供了多种散攥格式，使之尽可能满足客户软件和威用软馋的癸浓。
霉个转送类型巍豁下懿死个姥邀特征上会蠢不灏：ＵＳＢ燕定蕊鼗攒播式、信息流的方向、数据负载韵长度限制、总线访问的限制、延时的限制和出错楚鬻。
ＵＳＢ设蕊的设诗蠹霹默淡定设器、上每个媾患熬缝力。一整菇这个壤纛建立了一个遽道，这个遵道懿绝大多数话送符震撼就嚣霆下采了，一蹇戮这个通道被取消为此。
酉南交运夫擎硕士磷究生亭仑文繁｛３豢ＵＳＢ定义了４种传送类型，对于任何给定的设备进行设置时一个通道只能支簿下述～释方式翁数蘩传输１３，３群：
?控制传送：可靠的、非周期性的、由主机软件发起的请求或者回应的传送，逶鬻翅予会令攀务纛数态事务。
?同步传送：在主机与设备之间的周期性的、造续的通信，一般用于传送与瓣超耀关豹售患。本设诗孛没煮涉及嗣步铸送。
?中断传送：小规模数据的、低速的、网定延迟的传送。
?批传送：菲周期性豹，大包懿可靠懿传送。典型应厨予传送那些可以利用任何带脔的数据，而且这些数獬当没有可用带宽时，可以容忍等待。２。５物理接蜀
媳缆和逡接器的机械特性与通常的总线遴接不同。所有设备都荫一个上行的适接。上行连接器和下行连接器不可简单的互换，这样就避免了集线器间非法的循环往复的连接。下面主要说明ＵＳＢ电缆的电气特性。
ＶＢＵＳＤ～疆
ＧＮＤ
ＶＢＵＳ
Ｄ～
Ｄ－
ＧＮＤ强２－９ＵＳＢ豹亳缆
ＵＳＢ通过～种四线电缆传送信号和电源，图２－９中的Ｄ＋、Ｄ，两根线是臻予傻浚蔫号。Ｖｂｕｓ赣ＧＮ蛰二条线，离设蠡提供意潦。Ｖｂｕｓ霞粼＋５Ｖ奄源。ＵＳＢ对电缆长度的要求很宽，为了保证飓够的输入电压和终端阻抗，一黢不熬过５米。在每令漠霜都冒捡溅终壤是磷连接，著速分凌毫速耨惩速设备【１０，１７，１８，ｌ９ｌ。
圈２一ｊＯ高速设备电缆和电阻连接
西南爻通大学颂士磺究生论文第１４贾高ｆ羲遂１／ＳＢ照岣釉冀瞄
发送器舡暗：＝Ｈｌ＿口ｌ釜赫
１
吼窝＆ｄ＝１５＂ｔ啦＝ｔ５％ｌ援ｉ串箍
’］
主机，｝【ｌＪＢｎ守Ｒｐ＝：ｔ５Ｋ妊＝５％ｆ㈣ⅥＩ）
低谴设备
幽２—１１低速设备电缆和电阻连接
?ＵＳＢ高速信号静眈特率定兔１２Ｍｂｐｓ：
?ＵＳＢ低速信号的比特率定为Ｉ．５Ｍｂｐｓ；
图２．１０秘黼２．１１分羁弼滋了离遥帮低速ＵＳＢ浚餐在集线器熬终端位嚣及其所连的功能设备。从图中我们可以看出谯电缆的下行端的电阻Ｒ。。在两圈孛豹连接位黉是不溺黥：
?高速设备中的Ｒ。电阻是接在Ｄ＋线上的。
?低速竣餐孛熬袋。毫疆楚接在Ｄ．线土憨。
选取Ｒ。。时必须使加载电压在３．Ｏ～３．６Ｖ时阻抗为Ｉ．５ＫＱ±５％的电阻。实际寂羯中，囊予接嗣芯片豹ＳｏｆｔＣｏｎｎｅｃｔ技零，没露连接这个逛疆。
２．６ＵＳＢ总线协议
ＵＳＢ总线属一种轮讯方式的总线ｃ３３ｌ，主机控制端口初始化所有的数据传竣。每一总线执行动｛乍最多传送三个数据包。
?按照传输前制定好的原则，在每次传送开始时，主机控制器发送一个描述传输动作的葶申类、方向、ＵＳＢ设备地址秽终端号的ＵＳＢ数据包，这个数据包通常称为标志包（ｔｏｋｅｎｐａｃｋｅｔ）。数据彼被发送羽总线的时候，首先发送最低位（ＬＳＢ），跟着是下～个有效的位，最后是最高有效位（ＭＳＢ）１３３］。
?ＵＳＢ设备欤解粥后的数据包的适当位嚣取出属于鑫己盼数据。
?接收端骥相应发送一个握手的数据包表明是否传送成功。
２．６．１分组域格式
这里将描述令牌，数据鄹握手包的包标识狩（ＰＩＤ）字段格式。为了清楚起见，在此不考虑ＮＲＺＩ编码和位填充（ＢｉｔＳｔｕｆｆｉｎｇ）的影响。所有的包都分别有包开始（ＳＯＰ）和包结束＜ＥＯＰ）分隔特。
如图２一１２，包标识符由４位包类黧字段和４位校验字段（低４位）构成。
西南交通大学硕士研究生论文第１５页
图２．１２ＰＩＤ格式
表２．１列出了包标识符类型，编码及其描述［３，３３］。
表２．１ＰＩＤ类型
ＰＩＤ类型ＰＩＤ名称ＰＩＤ编码描述
令牌ＯＵＴ０００１Ｂ在主机到功能部件的事务中有地址＋端口号ＴｏｋｅｎＩＮ１００ｌＢ在功能部件到主机的事务中有地址＋端口号ＳＯＦ０１０１Ｂ帧开始令牌和帧号
ＳＥＴＵＰ１ｌＯｌＢ在主机到功能部件建立一个控制管道的事
务中有地址＋端口号
数据０（ＤＡＴＡ０）００１１Ｂ偶数据包ＰＩＤ
ＤＡｔＡｌ（ＤＡＴＡｌ）１０１１Ｂ奇数据包ＰＩＤ
握手ＡＣＫ００１０Ｂ接收器收到无措数据包；
ＨａｎｄＮＡＫ１０１０Ｂ接收设备部不能接收数据，或发送设备不能—ｓｈａｋｅ发送数据；
ＳＴＡＬＬｌ“０Ｂ端口挂起，或?个控制管道请求不被支持。
专用ＰＲＥｉ１００Ｂ主机发送的前同步字。打开到低速设备的ＦＳｐｅｃｉａｌ行总线通信。
包标识符的４位的校验字段可以保证包标识符译码的可靠性。包标识符的校验字段通过对包类型字段的二进制码对１求补，就是它的ＰＩＤ校验码。如果４个ＰＩＤ检验位不是它们的对应包标识符位的反码，则说明存在ＰＩＤ错。任何收到包标识符，如果含有失败的校验字段，则该包标识符被认定为已损坏，而且包的余项将被忽略。如果一个功能部件收到了包含着它所不支持的事务类型或方向的合法包标识符，则不必应答。例如，只能输入的端口必须忽略输出令牌（Ｔｏｋｅｎ），而只能输出的端口必须忽略输入令牌。
包标识符被分为４个编码组：令牌，数据，握手和专用。包标识符传送的前２位（ＰＩＤ＜０：１＞）指出了其属于哪个组。
２．６．２分组格式
１．令牌
令牌由ＰＩＤ，ＡＤＤＲ和ＥＮＤＰ构成【３３１，其中ＰＩＤ指定包是输入、输出或者建立类型。对于输出和建立事务，地址和端口字段唯一地确定了接下来将收到数据包的端口。对于输入事务，这些字段唯一地确定了哪个端口应该传
西南瓷通大掌硕士磷究生论文第｛６炎送数据包。只有主机能发出令牌。输入ＰＩＤ定义了从功能部件到圭机的数据事务。输基零ｆ｜建立ＰＩＤ定义了献主繇强功髭帮箨懿数据事务。令牌雹菇了覆盖地址和端口字段的５位ＣＲＣ。图２ｎ１３显示了令牌的字段格式。
旺互工亘互互盈
８ｂｉ｝ｓ７撵弧毒ｂ§ｂ５ｂ女ｓ
Ｉ：！！ｌ竺：！巳竺Ｉ！竺Ｉ
—］［二｜
圣ｉ
图２－１３令牌格战
２．犊开始（ＳＯＦ）包
主机以每ｉ．００ｍｓ±Ｏ．０００５ｍｓ一次的额定速率发出帧开始（ＳＯＦ）包。如图２．１４中所示，ＳＯＦ包是由包类型的ＰＩＤ秘其后的１１位帧号字段构成【３３】。
轴黼’确鹣Ｓ城ｓ
—匕｜
士ｌ
图２．１４帧开始包
ＳＯＦ令牌疆成了傻有令瓣的事务，它鞋糯对于舔帧的开始时亥《泉精确计算的时间间隔，发送ＳＯＦ令牌（Ｍａｒｋｅｒ）和伴随的帧标号。帧标号是个１１谴鑫奄窜毂，主税每遥～鲮，萁肉容藏粕ｌ，警达虱最大僮７ＦＦ时ｊ｜霉零。
觎括集线器的所有全速功能部件都可收到ＳＯＦ令牌。ＳＯＦ令牌不会使得接毂蕊藐蒸缛产釜返鬻包，嚣诧，苓熊糅涯囱任籍绘定黔臻缝帮俸发送懿ＳＯＦ都能被收到。
３。数据镪
如图２．１５所示，数据包由ＰＩＤ，包括至少０个字节数据的数据区和ＣＲＣ字段梭感ｐ引。
８ｂｉｌＳＯ－１Ｇ２］岫＇ｅｓ１６ｂｉｌ￥
————［二＝Ｉ
闰２－１５数据包格童ｉ＝
数握必须以整数的字节数发出。数据ＣＲＣ仅通过对包中的数据字段计算而得到，而不龟括ＰＩＤ，它有蜜己的棱验字敬。
４，握手镪
攘手包仅由ＰＩＤ奉奄成。攘手包用来报告数据事务的状态，还能表示数舔
西南交通大学颂士研究生论文繁｛７贾是否成功接收，命令的接收或拒绝。握手包总是在事务的状态阶段中被返回，也可在数据阶段代替数据被遨闰。
有３种类型的握手包：
（１）ＡＣＫ：表示数据雹没有位壤兖或数攥字段上豹ＣＲＣ错，露怠鼗据ＰＩＤ被正确收到。
（２）ＮＡＫ：表示功能部｛串不会默烹援接受数据（辩于赣滋攀务），或者功能部件没有传输数据到主机（对于输入事务）。ＮＡＫ仅由功能部件在输入事务熬数据除羧返圈，残在簸懑事务熬握手羧段遂嚣。主扭凌不能发爨ＮＡＫ。
（３）ＳＴＡＬＬ：作为输入令牌的回成，或者在输出事务的数据阶段之后由动旋郝馋返疆。ＳＴＡＬＬ表示功戆都｛孛不能传羧，（接｝｜芟）数攘，或者不支持一个控制管道请求。稔任何条件下都不允许主机返回Ｓ”－ＬＬ。
２．６．３事务处理格式
包事务格式根据端口类型而变化。有４种端口类型：批爨（Ｂｕｌｋ），控割（Ｃｏｎｔｒ０１），串颧（Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ）帮淄步（Ｉｓｏｃｈｒｏｎｏｕｓ）。这蔓佼藏论文涉及到的批处理攀务和撩制处理事务做简单介缁。
｛。聚羹事务链理壤式
批最事务处理格式的特点是以错误检测和重试的方式保证主机和功能部锌之瓣豹数摄黢够无镶发送。强强２－１６赝示。
令牌
数撼
闻
口燕壤［］麓髭韶静
图２－１６批量事务处理格式
2012年TI杯四川省大学生电子设计竞赛 微弱信号检测装置（A题） 【本科组】
微弱信号检测装置（A题） 【本科组】 摘要：本设计是在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值，采用TI公司提供的LaunchPad MSP430G2553作为系统的数据采集芯片，实现微弱信号的检测并显示正弦信号的幅度值的功能。电路分为加法器、纯电阻分压网络、微弱信号检测电路、以及数码管显示电路组成。当所要检测到的微弱信号在强噪音环境下，系统同时接收到函数信号发生器产生的正弦信号模拟微弱信号和PC机音频播放器模拟的强噪声，送到音频放大器INA2134，让两个信号相加。再通过由电位器与固定电阻构成的纯电阻分压网络使其衰减系数可调（100倍以上），将衰减后的微弱信号通过微弱信号检测电路，检测电路能实现高输入阻抗、放大、带通滤波以及小信号峰值检测，检测到的电压峰值模拟信号送到MSP430G2553内部的10位AD 转换处理后在数码管上显示出来。本设计的优点在于超低功耗 关键词：微弱信号MSP430G2553 INA2134 一系统方案设计、比较与论证 根据本设计的要求，要完成微弱正弦信号的检测并显示幅度值，输入阻抗达到1MΩ以上，通频带在500Hz~2KHz。为实现此功能，本设计提出的方案如下图所示。其中图1是系统设计总流程图，图2是微弱信号检测电路子流程图。 图1系统设计总流程图 图2微弱信号检测电路子流程图
1 加法器设计的选择 方案一：采用通用的同相/反相加法器。通用的加法器外接较多的电阻，运算繁琐复杂，并且不一定能达到带宽大于1MHz，所以放弃此种方案。 方案二：采用TI公司的提供的INA2134音频放大器。音频放大器内部集成有电阻，可以直接利用，非常方便，并且带宽能够达到本设计要求，因此采用此方案。 2 纯电阻分压网络的方案论证 方案一：由两个固定阻值的电阻按100:1的比例实现分压，通过仿真效果非常好，理论上可以实现，但是用于实际电路中不能达到预想的衰减系数。分析：电阻的标称值与实际值有一定的误差，因此考虑其他的方案。 方案二：由一个电位器和一个固定的电阻组成的分压网络，通过改变电位器的阻值就可以改变其衰减系数。这样就可以避免衰减系数达不到或者更换元器件的情况，因此采用此方案。 3 微弱信号检测电路的方案论证 方案一：将纯电阻分压网络输出的电压通过反相比例放大电路。放大后的信号通过中心频率为1kHz的带通滤波器滤除噪声。再经过小信号峰值电路，检测出正弦信号的峰值。将输出的电压信号送给单片机进行A/D转换。此方案的电路结构相对简单。但是，输入阻抗不能满足大于等于1MΩ的条件，并且被测信号的频率只能限定在1kHz，不能实现500Hz~2KHz 可变的被测信号的检测。故根据题目的要求不采用此方案。 方案二：检测电路可以由电压跟随器、同相比例放大器、带通滤波电路以及小信号峰值检测电路组成。电压跟随器可以提高输入阻抗，输入电阻可以达到1MΩ以上，满足设计所需；采用同相比例放大器是为了放大在分压网络所衰减的放大倍数；带通滤波器为了选择500Hz～2KHz的微弱信号；最后通过小信号峰值检测电路把正弦信号的幅度值检测出来。这种方案满足本设计的要求切实可行，故采用此方案。 4 峰值数据采集芯片的方案论证 方案一：选用宏晶公司的STC89C52单片机作为。优点在于价格便宜，但是对于本设计而言，必须外接AD才能实现，电路复杂。
微型计算机原理及接口技 术课程设计 学院：专业：班级：学号：姓名：指导教师： 第一部分 课程设计任务书 、设计内容（论文阐述的问题） 设计一个数据采集系统 基本要求：要求具有 8 路模拟输入 输入信号为 0 —— 500mV 采用数码管 8 位，显示十进制结果 输入量与显示误差 <1%
发挥部分： 1、速度上实现高精度采集 2、提高系统精度 3、设计抗干扰性 二、设计完成后提交的文件和图表 1. 计算说明书部分： 数据采集是指将压力、流量、温度、位移等模拟量转换成数字量后，再由计算机进行存储、处理、显示、或打印的过程，相应的系统就称为数据采集系统。 数据采集的任务，就是采集传感器输出的模拟信号并转换成计算机能识别的数字信号，然后送入计算机进行相应的计算和处理，取得所需的数据。同时，将计算机得到的数据进行显示或打印，以便实现对某些物理量的监控。 数据采集性能的好坏，主要取决于他的精度和速度。在保证精度的条件下，应有尽可能高的采样速度。 数据采集系统应具有功能： 1）数据采集 计算机按照选定的采样周期，对输入到系统的模拟信号进行采样，称为数据采集。 （2）模拟信号处理模拟信号是指随时间连续变化的信号，模拟信号处理是指模拟信号经过采样和 A/D 转换输入计算机后，要进行数据的正确性判断、标度变换、线性化等处理。 （3）数字信号处理数字信号处理是指数字信号输入计算机后，需要进行码制的转换处理，如 BCD 码转 换成 ASCII 码，以便显示数字信号。 （4）屏幕显示 就是用各种显示装置如 CRT、 LED 把各种数据以方便于操作者观察的方式显示出来。
（5）数据存储 数据存储是就是将某些重要数据存储在外部存储器上。 在本次设计中，我们采用 8259 作为中断控制器， 8255 作为并行接口， ADC0809 作为模数转换器。 2、图纸部分： 含有总体设计的功能框图、所用各种器件的引脚图、内部逻辑结构框图以及相应器件的真值表，还包括总设计的硬件连接图及软件设计流程图等。 第二部分 一、设计指标设计一个数据采集系统基本要求 :微型计算机最小系统 具有 8 路模拟输入 输入信号为 0 —— 500mV 采用数码管8位，显示十进制结果 输入量与显示误差＜1% 中断方式 二、设计方案论证 考虑本数据采集系统要求，该系统的功能框图如下： LEDfi 示 1--- TT----- 模拟量籀人‘；放大器 =A/D转换器二;中断控制器一「8088CPU | 图1系统功能框图
课程设计报告 课程名称信号与系统课程设计指导教师 设计起止日期 学院信息与通信工程 专业电子信息工程 学生 班级/学号 成绩 指导老师签字
目录 1、课程设计目的 (1) 2、课程设计要求 (1) 3、课程设计任务 (1) 4、课程设计容 (1) 5、总结 (11) 参考文献 (12) 附录 (12)
1、课程设计目的 “信号与系统”是一门重要的专业基础课，MATLAB作为信号处理强有力的计算和分析工具是电子信息工程技术人员常用的重要工具之一。本课程设计基于MATLAB完成信号与系统综合设计实验，以提高学生的综合应用知识能力为目标，是“信号与系统”课程在实践教学环节上的必要补充。通过课设综合设计实验，激发学生理论课程学习兴趣，提高分析问题和解决问题的能力。 2、课程设计要求 （1）运用MATLAB编程得到简单信号、简单信号运算、复杂信号的频域响应图； （2）通过对线性时不变系统的输入、输出信号的时域和频域的分析，了解线性时不变系统的特性，同时加深对信号频谱的理解。 3、课程设计任务 （1）根据设计题目的要求，熟悉相关容的理论基础，理清程序设计的措施和步骤； （2）根据设计题目的要求，提出各目标的实施思路、方法和步骤； （3）根据相关步骤完成MATLAB程序设计，所编程序应能完整实现设计题目的要求； （4）调试程序，分析相关理论； （5）编写设计报告。 4、课程设计容 （一）基本部分 （1）信号的时频分析 任意给定单频周期信号的振幅、频率和初相，要求准确计算出其幅度谱，并准确画出时域和频域波形，正确显示时间和频率。 设计思路： 首先给出横坐标，即时间，根据设定的信号的振幅、频率和初相，写出时域波形的表达式；然后对时域波形信号进行傅里叶变化，得到频域波形；最后使用plot函数绘制各个响应图。 源程序： clc; clear; close all; Fs =128; % 采样频率 T = 1/Fs; % 采样周期 N = 600; % 采样点数 t = (0:N-1)*T; % 时间，单位：S x=2*cos(5*2*pi*t);
信号分析课程设计 信号系统的时域分析 编程实现的卷积积分或卷积和 一、课程设计题目： 基于 MATLAB 的连续时间LTI 系统的时域分析 二、基本要求： ① 掌握连续时不变信号处理的基本概念、基本理论和基本方法； ② 学会 MATLAB 的使用，掌握 MATLAB 的程序设计方法； ③ 学会用 MATLAB 对信号进行分析和处理； ④ 编程实现卷积积分或卷积和，零输入响应，零状态响应； ⑤ 撰写课程设计论文，用信号处理基本理论分析结果。 三、设计方法与步骤： 一般的连续时间系统分析有以下几个步骤: ①求解系统的零输入响应; ②求解系统的零状态响应; ③求解系统的全响应; ④分析系统的卷积；⑤画出它们的图形. 下面以具体的微分方程为例说明利用MATLAB 软件分析系统的具体方法. 1．连续时间系统的零输入响应 描述n 阶线性时不变（LTI ）连续系统的微分方程为： 已知y 及各阶导数的初始值为y(0),y (1)(0)，… y (n-1)(0)， 求系统的零输入响应。 建模 当LIT 系统的输入为零时，其零输入响应为微分方程的其次解（即令微分方程的等号右端为零），其形式为（设特征根均为单根） 其中p 1,p 2,…,p n 是特征方程a 1λ n +a 2λn-1+…+a n λ+a n =0的根，它们可以 用root(a)语句求得。各系数 由y 及其各阶导数的初始值来确定。对此有 1121111n n m n n m m n n m d y d y dy d u du a a a a y b b b u dt dt dt dt dt -++-++?????++=+????++1212()n p t p t p t n y t C e C e C e =++????+120n C C C y ++????+=11220 n n p C p C p C Dy ++????+=
微弱信号检测装置 摘要：本设计是在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值，采用TI公司提供的LaunchPad MSP430G2553作为系统的数据采集芯片，实现微弱信号的检测并显示正弦信号的幅度值的功能。电路分为加法器、纯电阻分压网络、微弱信号检测电路、以及数码管显示电路组成。当所要检测到的微弱信号在强噪音环境下，系统同时接收到函数信号发生器产生的正弦信号模拟微弱信号和PC机音频播放器模拟的强噪声，送到音频放大器INA2134，让两个信号相加。再通过由电位器与固定电阻构成的纯电阻分压网络使其衰减系数可调（100倍以上），将衰减后的微弱信号通过微弱信号检测电路，检测电路能实现高输入阻抗、放大、带通滤波以及小信号峰值检测，检测到的电压峰值模拟信号送到MSP430G2553内部的10位AD 转换处理后在数码管上显示出来。本设计的优点在于超低功耗 关键词：微弱信号MSP430G2553 INA2134 一系统方案设计、比较与论证 根据本设计的要求，要完成微弱正弦信号的检测并显示幅度值，输入阻抗达到1MΩ以上，通频带在500Hz~2KHz。为实现此功能，本设计提出的方案如下图所示。其中图1是系统设计总流程图，图2是微弱信号检测电路子流程图。 图1系统设计总流程图 图2微弱信号检测电路子流程图 1 加法器设计的选择 方案一：采用通用的同相/反相加法器。通用的加法器外接较多的电阻，运算繁琐复杂，并且不一定能达到带宽大于1MHz，所以放弃此种方案。
方案二：采用TI公司的提供的INA2134音频放大器。音频放大器内部集成有电阻，可以直接利用，非常方便，并且带宽能够达到本设计要求，因此采用此方案。 2 纯电阻分压网络的方案论证 方案一：由两个固定阻值的电阻按100:1的比例实现分压，通过仿真效果非常好，理论上可以实现，但是用于实际电路中不能达到预想的衰减系数。分析：电阻的标称值与实际值有一定的误差，因此考虑其他的方案。 方案二：由一个电位器和一个固定的电阻组成的分压网络，通过改变电位器的阻值就可以改变其衰减系数。这样就可以避免衰减系数达不到或者更换元器件的情况，因此采用此方案。 3 微弱信号检测电路的方案论证 方案一：将纯电阻分压网络输出的电压通过反相比例放大电路。放大后的信号通过中心频率为1kHz的带通滤波器滤除噪声。再经过小信号峰值电路，检测出正弦信号的峰值。将输出的电压信号送给单片机进行A/D转换。此方案的电路结构相对简单。但是，输入阻抗不能满足大于等于1MΩ的条件，并且被测信号的频率只能限定在1kHz，不能实现500Hz~2KHz 可变的被测信号的检测。故根据题目的要求不采用此方案。 方案二：检测电路可以由电压跟随器、同相比例放大器、带通滤波电路以及小信号峰值检测电路组成。电压跟随器可以提高输入阻抗，输入电阻可以达到1MΩ以上，满足设计所需；采用同相比例放大器是为了放大在分压网络所衰减的放大倍数；带通滤波器为了选择500Hz～2KHz的微弱信号；最后通过小信号峰值检测电路把正弦信号的幅度值检测出来。这种方案满足本设计的要求切实可行，故采用此方案。 4 峰值数据采集芯片的方案论证 方案一：选用宏晶公司的STC89C52单片机作为。优点在于价格便宜，但是对于本设计而言，必须外接AD才能实现，电路复杂。 方案二：采用TI公司提供的MSP430G2553作为控制芯片。由于MSP430G2553资源配置丰富，内部集成了10位AD，可以直接使用，简化电路，程序实现简单。此外还有低功耗，以及性价比高等优点，所以采用该方案。 5 显示电路的方案设计 方案一：采用液晶显示器作为显示电路，液晶显示器显示内容较丰富，可以显示字母数
第26卷第6期2013年6月 传感技术学报 CHINESE JOURNAL OF SENSORS AND ACTUATORS Vol.26 No.6Jun.2013 项目来源:贵州大学研究生创新基金项目(理工2012013)收稿日期:2013-03-19 修改日期:2013-05-06 The Design of Weak Signal Detection System in Strong Magnetic Field * LIU Wenjing ,WANG Minhui *,WANG Yalin ,HU Lanzi (Electrical Engineering College of Guizhou University ,Guiyang 550025,China ) Abstract :In order to measure the electric current of busbar ,a measuring device is designed to provide a reference for busbar configuration.This device is based on INA114which is an operational amplifier circuit with high precision and processor S3C2440of ARM.Weak voltage signal and temperature signal can be detected under the strong magnetic field by the detecting system.The characteristic feature and the adverse effects of the strong magnetic field are introduced ,and the characteristics of hardware ,software ,Anti?interference measures are also analyzed.We use the way of power spectral estimation to confirm the signal information of the frequency ,which is proved validity by LabVIEW simulation result.According to the signal frequency ,a low pass filter is designed in the hardware.Finally ,the test data proves that the accuracy of the system can be within 5%.In strong magnetic field the device can collect data once per second and track the change of the current in time. Key words :weak signal detection ;strong magnetic field ;busbar current ;detection circuit ;power spectral estimation ;anti?interference measure EEACC :6140 doi :10.3969/j.issn.1004-1699.2013.06.022强磁场下微弱信号检测系统设计 * 刘文静,王民慧*,汪亚霖,胡兰子 (贵州大学电气工程学院,贵阳550025) 摘 要:为获知母线电流的分布情况,给母线配置提供参考,设计了一个以高精度运放INA114和RAM 处理器S3C2440为基 础的检测装置,使其在强磁场环境下能完成微小电压和温度信号的测量三阐述了强磁场环境的特点和影响,重点分析了系统的硬件构成,软件设计和系统所采取的抗干扰措施三其中,硬件设计采用了功率谱估计的方法确定信号频段,通过Labview 的仿真实验验证了该方法的可行性,并以该频段信息为参考依据设计了低通滤波器三最后,通过试验数据证明了该系统的可靠性,其测量误差小于5%,且在强磁场环境下能实现每秒采集一次数据,实时跟踪电流变化的功能三 关键词:微弱信号检测;强磁场环境;母线电流;检测电路;功率谱估计;抗干扰措施 中图分类号:TP274 文献标识码:A 文章编号:1004-1699(2013)06-0865-06 众所周知,铝电解槽的电场二磁场和流场的稳定直接决定了电解槽的运行情况[1],而运行稳定的电解槽又有利于降低运行电压,达到节能减排的要求三但是,如果母线配置存在缺陷将会导致阴极电流的分布不均,从而无法降低运行电压三刘升[2]在对 300kA 系列电解槽的母线优化改造的研究中,主要以母线电流分布作为参考依据来发现缺陷,通过修正母线电阻来达到从新分配电流的目的三改造后,修正了母线电流的分布偏差,且吨铝省电超过200kWh ,达到了节能的效果三该研究表明,对母线电流 分布的在线监控,可以分析母线配置是否存在缺陷,从而指导电解槽的运行和维护三周萍[3]通过对不同进电方式的电解槽进行了研究,并得出结论:电解槽的进电方式直接影响了槽内熔体的运动三贺志辉[4]对不同进线点的母线配置和母线补偿技术进行了研究,研究表明:进线点数较多以及适当使用母线补偿技术可以有效的降低影响电解生产的垂直磁场强度三对于铝电解工业,电解槽内产生的磁场是直接影响磁流体运动的主要原因之一,磁场不稳定会引起磁流体的强烈扰动[5],从而威胁安全生产三
信号与系统课程设计报告 实验题目：信号的运算与处理 内容简介： 设计一个信号，对其进行信号运算和处理，利用Matlab仿真。 课设方式： 利用电子技术、电路理论和信号与系统的知识学习验证信号的运算和处理，如延时、相加、微分、抽样等。自已设计信号及运算方式，并利用Matlab仿真。 分析计算结果。 课程设计要求： 独立完成； 完成信号设计（任意信号均可）及其某种运算（任意运算均可，也可多做几种，或做组合运算）的验证； 学会利用Matlab仿真；提交课程设计报告。 例如： 设计一个信号为f(t)=3sin2t 对其做微分运算得到f/(t) , 用MATLAB 编程实现计算过程，画出f(t)和f/(t)
本次课程设计本人选的信号运算是： 设计一个信号为y1=y(x)=sin2x,对其作微分运算得到dy1,用MATLAB对其实现运算过程，后画出y1,dy1,y1+dy1的图像 实验步骤（操作过程） 1、 首先打开MATLAB软件，在其命令窗口直接输入以下程序，对y(x)进 行微分运算。得到dy1 clear >> syms x y1; >> y1=sin(2*x); >> dy1=diff(y1,'x') dy1 =2*cos(2*x) 运算过程如下图所示： 2、 接着便是对其进行验证，点击fire，新建一个文件，输入以下程序（绘制出y1=sin2x, dy1=2cos2x, 以及y1+ dy1=sin2x+2cos2x。的波形）
3、保存文件，后缀名为.m,随后按F5执行输出输出图形。实验结果如下图所示 、
结果分析 如图所示绿色波形为y1=sin2x，蓝色为dy1=2cos2x,红色波形为y1+dy1。仿真结果与运算结果一致。 实验心得体会（调试过程） 总的来说，这次课程设计难度并不是太高，而我选取的正玄信号也是较为简单常用的一种函数，对其进行微分运算之后，得到了余弦函数，其仿真结果波形也如上所示，与预期一致。在设计过程中，还是出现了几个小问题的，一个是变量的定义，之前没有定义x，直接取范围结果出错了，还有一个是注意各种函数的调用以及运算格式，还是希望能在之后再接再厉，掌握好matlab软件！（附上调试过程图片） 左边为文件、历史窗口，底下是命令窗口，最右下角为实验仿真波形，中间为运算程序，绘图画图程序。
课程设计报告 课程名称数字信号处理 课题名称数字滤波器设计及在语音信号分析中的应用 专业通信工程 班级1281 学号201213120101 姓名杨俊 指导教师彭祯韩宁 2014年12月5日
湖南工程学院 课程设计任务书 课程名称数字信号处理 课题数字滤波器设计 及在语音信号分析中的应用专业班级通信工程1281班 学生姓名杨俊 学号201213120101 指导老师彭祯韩宁 审批 任务书下达日期2014 年12月5日 任务完成日期2014 年12月13日
《数字信号处理》课程设计任务书 一、课程设计的性质与目的 《数字信号处理》课程是通信专业的一门重要专业基础课，是信息的数字化处理、存储和应用的基础。通过该课程的课程设计实践，使学生对信号与信息的采集、处理、传输、显示、存储、分析和应用等有一个系统的掌握和理解；巩固和运用在《数字信号处理》课程中所学的理论知识和实验技能，掌握数字信号处理的基础理论和处理方法，提高分析和解决信号与信息处理相关问题的能力，为以后的工作和学习打下基础。 数字滤波器是一种用来过滤时间离散信号的数字系统，通过对抽样数据进行数学处理来达到频域滤波的目的。根据其单位冲激响应函数的时域特性可分为两类：无限冲激响应（IIR）滤波器和有限冲激响应（FIR）滤波器。 二、课程设计题目 题目1：数字滤波器设计及在语音信号分析中的应用。 1、设计步骤： （1）语音信号采集 录制一段课程设计学生的语音信号并保存为文件，要求长度不小于10秒，并对录制的信号进行采样；录制时可以使用Windows自带的录音机，或者使用其它专业的录音软件，录制时需要配备录音硬件（如麦克风），为便于比较，需要在安静、干扰小的环境下录音。 然后在Matlab软件平台下，利用函数wavread对语音信号进行采样，记住采样频率和采样点数。 （2）语音信号分析 使用MATLAB绘出采样后的语音信号的时域波形和频谱图。根据频谱图求出其带宽，并说明语音信号的采样频率不能低于多少赫兹。 （3）含噪语音信号合成 在MATLAB软件平台下，给原始的语音信号叠加上噪声，噪声类型分为如下几种：①白
目录 摘要 (1) Abstract (1) 第一章绪论 (2) 1.1 微弱信号检测技术概述 (2) 1.2 信号检测的方法及微弱信号的特点 (2) 1.2.1 常规小信号的检测方法 (2) 1.2.2 微弱信号的检测方法 (4) 1.2.3 微弱信号的特点 (4) 1.3 本文的主要工作 (5) 第二章微弱信号检测装置设计方案选择与论证 (6) 2.1 方案选择与论证 (6) 2.1.1 系统方案的确定 (6) 2.1.2移相网络设计 (9) 2.2总体方案论述 (9) 第三章基于锁相放大的微弱信号检测装置设计 (10) 3.1 锁相放大器原理 (10) 3.2 移相网络 (10) 3.3 相敏检波器原理分析 (11) 3.4 电路设计 (12) 3.4.1加法器 (12) 3.4.2纯电阻分压网络 (12) 3.4.3前级放大电路模块 (13) 3.4.4带通滤波器 (13) 3.4.5相敏检波器 (13) 第四章仿真分析与程序设计 (16) 4.1 仿真分析 (16) 4.1.1 输入信号波形（前置两级放大电路输入波形） (16) 4.1.2 经过前置放大电路和带通滤波器后输出波形 (16) 4.1.3 参考信号输入输出波形 (17) 4.1.4 LM311过零比较器输出波形 (18) 4.1.5 开关乘法器输出波形 (18) 4.1.6 低通滤波输出波形 (19) 4.2 程序设计 (20) 第五章实物展示与测试方案及结果 (21) 5.1 实物展示 (21) 5.2 测试方案与测试结果 (21) 5.2.1 测试仪器 (21) 5.2.2 测试方案 (21) 5.3测试结果及分析 (23) 5.4 总结 (23)
LDO 低输出噪声的分析与优化设计 1 LDO 的典型结构 LDO 的典型结构如下图所示,虚线框内为LDO 芯片内部电路,它是一个闭环系统,由误差放大器(Error amplifier)、调整管(Pass device)、反馈电阻网络(Feedback resistor network)组成,其闭环增益是: OUT REF V Acloseloop V = (1) 此外,带隙基准电压源 ( Bandgap reference)为误差放大器提供参考电压。 LDO 的工作原理是：反馈电阻网络对输出电压进行分压后得到反馈电压,该电压输入到误差放大器的同相输入端。误差放大器放大参考电压和反馈电压之间的差值, 其输出直接驱动调整管,通过控制调整管的导通状态来得到稳定的输出电压。例如,当反馈电压小于基准电压时,误差放大器输出电压下降,控制调整管产生更大的电流使得输出电压上升。当误差放大器增益足够大时,输出电压可以表示为： R1(1+)R2 OUT REF V V = (2) 所谓基准电压源就是能提供高精度和高稳定度基准量的电源，这种基准源与电源、工艺参数和温度的关系很小，其原理是利用PN 结电压的负温度系数和不同电流密度下两个PN 结电压差的正温度系数电压相互补偿，而使输出电压达到很低的温度漂移。传统基准电压源是基 于晶体管或齐纳稳压管的原理而制成的，其αT =10-3/℃~10-4/℃，无法满足现代电子测量之 需要。20世纪70年代初，维德拉(Widlar)首先提出能带间隙基准电压源的概念，简称带隙(Bandgap)电压。所谓能带间隙是指硅半导体材料在0K 温度下的带隙电压，其数值约为 1.205V ，用U go 表示。带隙基准电压源的基本原理是利用电阻压降的正温漂去补偿晶体管发射结正向压降的负温漂，从而实现了零温漂。由于未采用工作在反向击穿状态下的稳压管，因而噪声电压极低。带隙基准电压源的简化电路如下图所示。
一、课程设计题目 去除干扰蜂鸣音 1.目的：掌握信号时频域分析方法，正确理解采样定理，准确理解滤波器的概念。 2.内容：提供一个包含某人说话语音片段的声音文件，但该语音信号被一个包含有几个谐波分量的蜂鸣信号干扰了。 用Matlab 的wavread 命令读取该声音文件。注意，该命令可以同时得到声音文件的采样率和采样位宽，请查阅Matlab 的帮助文件。 （1） 用快速傅立叶变换（FFT ）计算并画出声音信号的频谱，列写出蜂鸣信号的谐波频率。 （2） 思考如何将这些蜂鸣音去除？将去除了蜂鸣音的语音片段播放出来，仔细聆听并写下语音片 段中人物所说的话。注意：由于只能播放实信号，因此记得提取信号的实部。 Matlab 命令：wavread, wavplay, fft, fftshift, fir1, filter, plot, figure. 二、设计思路 用waveread()函数读取音频和其采样率和采样位宽，对读取的音频信号使用fft()函数进行快速傅立叶变换并绘出得到的频谱。观察频谱分析噪声（蜂鸣信号）的谐波频率分布，选择合适的滤波模式将噪声信号的谐波滤去，便可以得到去除噪声后的人声。 设计滤波器的频域特性便成了除去噪声并留下原声的关键，我们注意到所学的采样定理以及一维sinc 函数（辛格函数）x x x Sinc ππ) sin()(=，然而汉宁窗可以看作是3个矩形时间窗的频谱之和，或者 说是 3个)(x Sinc 型函数之和，而括号中的两项相对于第一个谱窗向左、右各移动了π/T ，从而使旁瓣互相抵消，消去高频干扰和漏能。它适用于非周期性的连续信号。利用它的选择特性使用fir1()建立一个汉宁窗函数，并用filter()函数进行滤波，去除噪声部分。最后用play()函数播放音频检查效果。 三、设计过程 1.音频的读取和分析 先将原始音频文件读入， [audio0, Fs, nbits] = wavread('C:\Users\Administrator\Desktop\signal\buzz.wav')；%按路径读取音频存入audio0变量，并用Fs 变量记录采样率，nbits 变量记录采样位宽。 其中， Fs=11025 #采样率为11025Hz nbits=32 #采样带为32 p0=audioplayer(audio0,Fs);%将audio0载入音频播放器 play(p0)；%并进行播放 subplot(2,1,1);%分屏绘图 plot(audio0);%绘制原始音频时域图,如下图所示 title('时域');%标注题目
目录 一、课题名称 (2) 二、内容摘要 (2) 三、设计目的 (2) 四、设计内容及要求 (2) 五、系统方案设计 (3) 六、电路设计及原理分析 (4) 七、电路仿真结果 (7) 八、硬件设计及焊接测试 (8) 九、故障的原因分析及解决方案 (11) 十、课程设计总结及心得体会 (12)
一、课题名称：函数信号发生器的设计 二、内容摘要： 函数信号发生器作为一种常用的信号源,是现代测试领域内应用最为广泛的通用仪器之一。在研制、生产、测试和维修各种电子元件、部件以及整机设备时，都要有信号源，由它产生不同频率不同波形的电压、电流信号并加到被测器件或设备上，用其他仪器观察、测量被测仪器的输出响应，以分析确定它们的性能参数。信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最广泛的一类电子仪器。它可以产生多种波形信号,如正弦波,三角波,方波等,因而此次课程设计旨在运用模拟电子技术知识来制作一个能同时输出正弦波、方波、三角波的信号发生器。 三、设计目的： 1、进一步掌握模拟电子技术知识的理论知识，培养工程设计能力和综合分析能力、解决问题的能力。 2、基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力。 3、学会运用Multisim仿真软件对所做出来的理论设计进行仿真测试，并能进一步解决出现的基本问题，不断完善设计。 4、掌握常用元器件的识别和测试，熟悉万用表等常用仪表，了解电路调试的基本方法，提高实际电路的分析操作能力。 5、在仿真结果的基础上，实现实际电路。 四、设计内容及要求： 1、要求完成原理设计并通过Multisim软件仿真部分 （1）RC桥式正弦波产生电路，频率分别为300Hz、1KHz、10KHz、500KHz，输出幅值300mV~5V可调、负载1KΩ。 （2）占空比可调的矩形波电路，频率3KHz，占空比可调范围10%~90%，输出幅值3V、负载1KΩ。 （3）占空比可调的三角波电路，频率1KHz，占空比可调范围10%~90%，输出幅值3V、负载1KΩ。 （4）多用信号源产生电路，分别产生正弦波、方波、三角波，频率范围
BCBS《有效风险数据采集和风险报告十四条原则》 编者按：6月26日，巴塞尔银行监管委员会发布《有效风险数据采集和风险报告原则》的咨询文件。文件旨在改善银行风险数据采集能力和风险报告做法，具体包括强化治理与基础设施、风险数据采集能力、风险报告做法和监管等方面的14项原则。 一、简介 （一）概述。2007年全球金融危机中一个最深刻的教训是，银行信息技术和数据架构不足以支持广泛的金融风险管理。许多银行缺乏快速准确采集银行集团层面、不同业务领域以及不同法律实体之间风险和风险集中度的能力。一些银行由于风险数据采集能力和风险报告能力不足，无法有效管理风险，对银行自身及整个金融体系稳定造成了严重后果。为加强银行识别和管理全行风险能力，2009年7月巴塞尔银行监管委员会颁布第二支柱指引（监管检查程序），强调指出，良好的风险管理系统应当有适当的管理信息系统（MIS）。此外，根据金融稳定理事会《金融机构有效处置框架的关键要素》及其原则，处置当局及时共享集成的风险数据是十分重要的。提高银行采集风险数据的能力可以有效改善金融机构特别是全球系统性重要银行的可处置性。 （二）风险数据采集定义。在本文件中，风险数据采集是指根据银行的风险报告要求，定义、收集和处理风险数据，衡量银行对风险容忍度/偏好的能力。具体包括分类、合并或分解数据集。
（三）目的。巴塞尔委员会提出该原则，旨在提高银行的风险数据采集能力和风险报告有效性。巴塞尔委员会认为，改进风险数据采集能力和风险报告做法的长远利益将超过由银行承担的初始投资成本。 二、十四条原则 （一）强化治理和基础设施 原则1：治理—银行的风险数据采集能力和风险报告做法应受到强有力的治理，与巴塞尔委员会规定的其他原则和指导一致。银行的风险数据采集能力和风险报告做法应该满足以下三点要求：一是进行全面记录和高标准验证；二是充分考虑新举措的影响，包括收购/资产剥离、新产品开发以及IT系统变化等；三是不受银行集团架构的影响。 原则2：数据架构和IT基础设施—银行应设计、建设和维护数据架构和IT基础设施，在满足巴塞尔委员会其他原则要求的基础上，不管正常时期还是压力或危机时期都能全力支持其风险数据采集能力和风险报告做法。一是风险数据采集和风险报告应纳入银行长期可持续发展规划之中并分析其商业影响。二是银行应建立完整的数据分类与结构。三是风险数据和信息管理要职责分明。风险管理者要确保数据的使用在完全监督之下，银行决策者要确保数据的来源及时准确，相应的风险数据采集功能和风险报告机制与公司政策保持一致。 （二）完善风险数据采集能力 原则3：准确性和真实性—银行应能够生成准确和可靠的风
南通大学电子信息学院信号与系统课程设计报告 班级： 姓名： 学号： 指导老师： 设计时间： 2014—2015学年第一学期
一、连续信号的时域分析 二、 1. 信号的产生 (1)阶跃函数 function [t,y1]=jieyue(t1,t2,t0) dt=0.01; ttt=t1:dt:t0-dt; tt=t0:dt:t2; t=t1:dt:t2; n=length(ttt); nn=length(tt); u=zeros(1,n); uu=ones(1,nn); y1=[u,uu]; return 冲激函数 function [t,y2]=chongji(t1,t2,t0) dt=0.01; t=t1:dt:t2; n=length(t); y2(1:n)=0; y2(1,(t0-t1)/dt+1)=1/dt; （2）调用上述函数产生信号）2-t ε（，）（4-t δ，-t e ）（t ε，-6s ≤t ≤6s,并画出波形。 Command Window subplot(3,1,1); [t1,y1]=jieyue(-6,6,2);
stairs(t1,y1); axis([-6 6 0 1.5]); subplot(3,1,2); [t2,y2]=chongji(-6,6,4);plot(t2,y2); subplot(3,1,3); [t3,y3]=jieyue(-6,6,0); y3=exp(-(t3)).*y3;plot(t3,y3); 波形如下图所示： （3）根据f(t)画出f(2t)和f(1-0.5t)的波形 t=-3:0.01:3; y=tripuls(t,4,0.6); subplot(3,1,1); plot(t,y);
随机信号分析课程设计 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】
随机信号分析课程设计 一、题目： 设计一个抑制载波的复AM 信号，载波为40MHz ，接收带宽10MHz ，调制信号带宽50KHz ，加入高斯白噪声，带内信噪比10dB ： 1．1画出加噪后信号时域波形； 画出功率谱密度； 画出其同相、正交分量的功率谱； 统计方法画出包络概率密度。 二、问题分析： 画出加噪后信号时域波形： 首先，由已知条件先采样产生抑制载波的实AM 离散信号sr ，经过Hilbert 变换求得其解析信号s0，并经过低通滤波器，截止频率fs 限制在接收带宽下，加入噪声v ，得到此时的复AM 信号s ，再画出此时得到的复AM 信号时域波形。 画出功率谱密度： 将信号s 进行fft 变换后求得其功率谱密度，画出图形。 画出其同相、正交分量的功率谱： 将信号s 分解为正交分量)(cos )()(t t A t A s φ=和同相分量 )(sin )(t t A A c φ=，进行fft 变换得到功率谱密度，画出图形。 三、程序代码： f0=4*10^7;%载波信号频率40MHz f1=5*10^4;%调制信号频率50kHz fs=1*10^7;%接收机带宽采样频率10Mhz N=40001;%采样点数 %t=(0:1:N-1)/fs; f =10*f0; %画图范围设置 t0 = 5/f1;
t = 0:1/f:t0; k=1; sr=k*cos(2*pi*f1*t).*cos(2*pi*f0*t);%实am信号 % figure(2) % plot(t,sr) s0=hilbert(sr);%复am信号 h=sin(fs*t)/(pi*t); s0=conv(s0,h); am=max(abs(s0)); % % -------加噪方案（由加噪后信噪比确定高斯白噪声）----- snr=10; %设定加入白噪声后的信噪比为10db(均值为0) Pv=(am/(10^(snr/20)))^2;%噪声方差 % % -------------------------------------------------- % % % ---------加噪声------------- v=rand(1,N); v=v*sqrt(Pv);%白噪声 s=s0+v;%信号加噪声 % % ----------信号画图------------- figure(1) subplot(2,1,1),plot(t,s0); axis([*10^(-4) *10^-4 -10 10]) title('原始信号') subplot(2,1,2),plot(t,s); title(['加噪信号信噪比= ',num2str(snr),' dB. 噪声方差= ',num2str(Pv)]) axis([*10^(-4) *10^-4 -10 10]) %%----------画功率谱--------------- s1=detrend(s);%去趋势 ffs=abs(fft(s1)); theta=angle(s1)-2*pi*f0*t; a=abs(s1); ffs=ffs.*conj(ffs)*2/N;%频谱 %ffs=ffs.^2;%功率谱 figure(2) plot(ffs(1:N/2)); title('加噪信号功率谱') axis([3500 4500 0 4*10^4]) xlabel('*10^4') %%------------画正交同相分量功率谱---------- ac=s.*cos(2*pi*f0*t)-j*(hilbert(s)-s).*sin(2*pi*f0*t); as=-s.*sin(2*pi*f0*t)-j*(hilbert(s)-s).*cos(2*pi*f0*t); as1=detrend(as); ffas=abs(fft(as1)); ffas=(abs(ffas)).^2*2/N; ac1=detrend(ac); ffac=abs(fft(ac1)); ffac=(abs(ffac)).^2*2/N;
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/339946491.html, 基于锁定放大器的微弱信号检测系统设计 作者：蒋碧波杨振国杨越 来源：《科技经济市场》2017年第04期 摘要：文章设计了一种基于锁定放大器的微弱信号检测系统，该系统以相敏检波器和单片机为核心，结合加法器、纯电阻分压网络、微弱信号检测电路和显示电路组成。测试表明，该系统可以有效地用于噪声淹没的微弱信号检测。 关键词：微弱信号；强噪声；相敏检波 0.概述 微弱信号检测技术综合利用电子、信息学、计算机技术和物理学方法，研究导致噪声的原因和规律，以及被测信号的相关性，将被噪声淹没的微弱有用信号检测出来。相较于生物芯片扫描法中扫描时间与检测灵敏度难以兼顾的缺点和微弱振动信号的谐波小波频域提取法的局限性来说，以锁定放大器为核心的微弱信号检测系统更有潜力。 用调制器将直流或渐变信号进行交流放大，可以避免噪声的不利影响；利用相敏检测器检测频率和相位，利用窄带低通滤波器来抑制高频噪声，大大提高了稳定性，这些优点使得该项技术具有更加广阔的应用前景。 1.锁定放大器的原理 锁定放大器由信号通道、参考通道、相敏检波器以及输出电路组成。其基本思想是将与被测信号相同频率和相位关系的参考信号作为基准信号，使得只有与被测信号本身以及与参考信号同频和同相的噪声分量有响应，其他频率的噪声被抑制，从而能提取出有用信号。若增加辅助前置放大器，锁相放大器增益可达220dB，能检测极微弱交流输入信号。锁定放大器输出为直流电压信号，且正比于输入信号幅度及被测信号与参考信号相位差。与一般的带通放大器不同，锁相放大器具有极强的抗噪声能力。 系统的核心相敏检波器（PSD）的本质功能是对两个信号之间的相位进行检波，只有当同频同相信号输入时，为全波整流且输出最大。 2.系统总体设计 本系统总体框图如图1所示，系统由接收信号预处理通道、参考信号预处理通道、相关器及输出电路组成，其中核心部件相关器，它包括开关乘法器和RC低通滤波器；其中加法器由同相放大电路构成，实现噪声与待测信号相加，使得信号淹没在噪声环境中，然后经过衰减器衰减约100倍，模拟接收方收到的信号，并送入以相敏检波器为核心的微弱信号检测电路。参