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基于USB接口的实时数据采集1

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基于USB的数据采集系统的设计和实现

基于USB的数据采集系统的设计和实现

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基于USB的GPS数据采集系统

基于USB的GPS数据采集系统

基于USB的GPS数据采集系统
近些年来随着技术的发展，GPS（全球定位系统）已经成为了我们生活中不可或缺的一部分，而使用基于USB的GPS数据采集系统则是GPS技术的一个重要应用。

基于USB的GPS数据采集系统是一个利用USB接口与计算机相连，用来收集、传输和处理GPS数据的系统。

具有数据采集精确、实时性好、传输速度快等特点，广泛应用于军事、航空、农业、气象、地质勘探、导航等领域。

该系统的组成部分主要包括GPS接收机、串口转USB模块、USB接口转GPS数据线以及计算机等部分。

GPS接收机是系统中最为核心的部分，它主要用来接收卫星发射的信号并进行解析，从而得到当地的经纬度、海拔、速度等信息。

串口转USB模块则是用来将GPS接收机通过串口的方式与计算机相连，USB接口转GPS数据线则是用来将数据从GPS接收机传输到计算机中的。

基于USB的GPS数据采集系统的应用非常的广泛。

在军事领域中，它可以被用来进行精确定位和军事行动轨迹规划等。

在航空领域中，它可以被用来进行飞机的导航和自动驾驶等。

在农业领域中，它可以被用来进行农作物的灌溉、施肥等。

在气象领域中，它可以被用来进行天气预报和气象灾害预警等。

在地质勘探领域中，它可以被用来确定地质构造和找寻矿产资源等。

在导航领域中，它可以被用来进行城市交通指引和汽车定位等。

总之，基于USB的GPS数据采集系统在现代社会中有着极为重要的地位和作用，它不仅可以强化人们对时空信息的认知，更能够为人类社会的发展和进步做出巨大的贡献。

基于USB接口的数据采集仪器设计

基于USB接口的数据采集仪器设计
应 用 技
文 章 编 号 ：６４ ９４ （０ ）５ ０ ９ － ３ １７ — １６ ２ １ ０ － ０ ３ ０ １
基 于 Ｕ Ｂ播 Ｓ
摘
器
数据采集仪器设计
杜 彬
０００ ） ３ ０ １
（ 西 职 业技 术 学 院 ，山 西 太 原 山
要 ： 系 总体结构及设 备的 Ｕ Ｂ接 口设计进行 了介绍 设计一种 以双模 Ｕ Ｂ为接 口的便携 式数 据采 集仪 对 统 Ｓ Ｓ
图 ２ 双模 式 下 Ｕ Ｂ接 口的 功 能 框 图 Ｓ
单片机控制 Ｃ ７ Ｈ３５的 电路 及 主 从 动 态 切 换 电路 见
图３ 、图 ４ 。
口。如 果 启 用 串行 接 口 ，那 么复 位 完 成 后 Ｔ Ｄ 弓 Ｘ
收 稿 日期 ：０ １０ 一 ０ 修 回 日期 ：０ １ ０ — １ ２ １— ３ ｌ ； ２ １— ４ １
作者简 介： 杜
彬 （ ９ １ ， 山西太原人 ， １８ 一） 男， 助教 ， ￣， 事通信信道 干扰抑制技 术研 究 ，－ ｉｊｊ ｄ ＠ １３ｃｍ。 ｉ－ ｚ Ｅ ｍａ ： ｏ ｕ ６ ． ｌｏ ｏ
备 中 ．笔 者 设 计 了一 种 基 于 Ｕ Ｂ接 口的数 据采 集 Ｓ
仪器 ，该 仪 器 可 以方 便 的 通 过 ＵＳ Ｂ接 口实 现 数 据 的存储 ，应 用简 单 ，方便 快捷 。
１ 系统 总体 结构
默认 端 点 ０的所 有事 务 ，本 地端 单 片机 只负 责 数 据
交 换 ，单 片 机 程 序 非 常 简 洁 。 在外 置 固 件 模 式 下 ，
方 式 ，通 过 串行 输入 、串行 输 出和 中断输 出与 Ｄ Ｐ Ｓ／ ＭＣ ／ Ｕ等相 连接 。 Ｕ ＭＰ

基于FPGA和USB的高速数据实时采集系统的设计和实现

基于FPGA和USB的高速数据实时采集系统的设计和实现

0 引言现代工业自动化的发展日新月异，各个领域对数据采集的质量和速度要求都在不断提高。

传统的数据采集设备多采用固定数据接口如USB、串口、网口、SPI 等，本系统中由于项目特殊需求，需要对高速IO 数据进行实时采集传输，所以不能采用传统的仅以DSP 或ARM 作为控制核心的系统设计[1]。

由于FPGA 具有时钟频率高、内部延时小、开发周期短、运算速度快、编程配置灵活、集成度高、功耗低、内部资源丰富等优点，所以本系统中加入了FPGA 芯片控制。

所以，本文设计了一种 FPGA+STM32+USB3300+上位机架构的高速IO 实时数据采集系统，当前硬件配置最高支持IO 的传输速率为30Mb/s，理论上该系统的速度仅受限于SPI实时分析处理。

1 系统原理及组成1.1 系统框架本系统总体架构如图1所示，主要包含FPGA 硬件缓冲及转换协议模块、STM32数据采集及传输模块、USB3300数据上传模块，上位机实时接收及存储模块。

1.2 系统工作原理系统上电后，用户打开上位机采集界面，启动采集，STM32收到命令以后，开始通过SPI 读取FPGA 数据；收到的数据满一包之后，STM32传输数据到USB3300芯片，该芯片通过USB 驱动上传数据给上位机，上位机监测到数据即读取芯片控制电路，STM32F407核心控制电路和USB3300传输通信电路。

FPGA 控制电路比较简单，因为其编程配置灵活，其大部分IO 口可以根据需要配置，在本系统中该芯片主要作用是IO 数据缓UARTetc. Therefore, the system is compatible with multi interface protocol, fast transmission speed, simple structure, real-time and high reliability. After many tests, it is proved that the system can be applied to high-speed data transmission and acquisition, and can meet the requirements of real-time data transmission.Keywords: FPGA ；STM32；USSB3300；USB ；multi interface protocol ；high-speed ；real-time2.2 STM32和USB3300原理图本系统中STM32及USB3300的电路设计都是采用的数据手册推荐设计，如下图3所示。

基于USB接口的数据采集控制器设计

基于USB接口的数据采集控制器设计

指令传递给 Ａ ｕ ８５ Ａ ｕ ８５ Ｄ Ｃ ４ ， Ｄ Ｃ ４ 处理来 自 Ｕ Ｂ的 Ｓ 请求和 中断 ， 同时 Ａ ｕ ８ ５ Ｄ Ｃ ４ 通过 传感器完成现场 数据 的采集 ， 并将采样数据通过 ＵＳ Ｂ发送到 上位 机 。因此整个数据采集处理系统可以看作一块数据
Ｎ ４ ２０ ｏ．０８
工程与试 验
Ｄ ｃｍｂ ｒ ０８ 采 集控 制器 设 计
金 向平 张煜农 ，
（． 华职业技 术学 院机 电工程 系， 江 金 华 ２０ ７２ 金 华 巨龙 电脑试验机 有限公 司， １金 浙 ３１１；． 浙江 金 华 ３１１） ２０７
快 ， 积小 ， 体 方便 携 带 ， 可用 于速 度 、 荷 、 移 、 负 位 温度
引
信 号 采 集 与处 理 广 泛 应 用 于 工 业 生 产 各 个 领
和湿 度等 自动 检ｉ 及各 种信 号输 出 。 贝 ４
２ 系统结构及工作原理
系统 由单 片 机 ＡＤｕ ８５ ＵＳ Ｃ ４ 、 Ｂ接 口 以及 其 他 辅 助模 块 组成 ， 制 系 统 结构 如 图 １所 示 。上 位 机 控 与 ＡＤｕ ８ ５问 由 ＵＳ Ｃ４ Ｂ总线 相连 ， Ｂ将 上位 机 的 ＵＳ
ｌ ｂ ｌ ｙ ｉ ｏ ｄ ａ ｙ ｔ ｐ ｒ ｔ ，ｖ ｒａ ｉ ｔ ｔｏ ｇ ａ ｄ Ｓ ｎ ｍｅ ｉｓ ｖ ｉ ｂ ｅｉ ａ ｈ ｋｎ ｆｓｔ ｉ ｉ ｔ ｓｇ ｏ ，ｅ ｓ ｏ ｏ ｅａ ｅ ｅ ｓ ｔｌ ｙ ｓｒ ｎ ｎ Ｏｏ ｒｔ ，ａ ａｌ ｌ ｅ ｃ ｉ ｄｏ ｉ— ａ ｉ ｉ ａ ｎ
Ｂａ ｅ ｎ ＵＳ ｎ ｅ ｔｏ ｔ ｑｕ ｓ ｔｏ ｎ ｒ ｌｅ ｓ ｓ ｄ ｏ Ｂ Ｃｏ ｎ ｃ ｉ ｎ Ｄａ ａ Ａｃ ｉ ｉｉ ｎ Ｃｏ ｔ ｏ ｌ ｒ Ｄｅ ｉ

基于单片机和USB接口技术的高速数据采集系统的设计

基于单片机和USB接口技术的高速数据采集系统的设计

基于单片机和USB接口技术的高速数据采集系统的设计摘要数据采集系统是结合基于计算机的测量软硬件产品实现灵活的、用户自定义的测量系统。

数据采集包括从信号源采集信号，将其进行数字化，存储分析并传递到个人PC上。

通用串行总线(USB)作为一种新的微机总线接口规范．具有便捷、易扩展、低成本、低干扰等特点，非常适合作为主机和外设之间的通信接口。

USB为数据采集设备/仪器与PC机之间的连接提供了一个费用低廉且简单易用的方案。

USB通讯技术的出现，使高传输速度、强纠错能力、易扩展性、方便的即插即用，有机的结合在一起。

USB技术虽然出现的时间并不长，但是由于它的种种优点，被越来越多的厂商和用户所接受.本次毕业设计(论文)设计了一种基于单片机和USB的高速数据采集系统的硬件及固件PDIUSBD12程序设计方案。

关键词数据采集系统；usb接口；单片机4.7.8. acquisition uses a combination of PC-based measurement hardware and software to provide a flexible, user-defined measurement system. Data acquisition involves gathering signals from measurement sources and digitizing the signal for storage, analysis, and presentation on a personal computer (PC).As a new interface Specification．the Universal Serial Bus (USB) has the advantages of convenient、expansibility、low cost and anti—disturbance．So it is fit for the communication interface between the host and available peripherals USB delivers an inexpensive, easy-to-use connection between data acquisition devices/instruments and PCs. USB communication technology can enable high-speed, strong error-correcting capabilities, easy extensibility, plug-and-play convenience, combined with organic. USB technology is not even in the face of a long time, but because of its many advantages, more and more accepted by manufacturers and users. This thesis introduce to the hardware and software design for the high speed dataacquisition system based on Single chip micro computer and USB.Key words data acquisition；universal serial bus interface；Single chip micro computer目录摘要 (I)第1章绪论 (1)1.1研究的背景及目的 (1)1.2国内外研究现状及已有成果 (1)课题的研究方法和内容 (2)第2章总体方案设计 (3)2.1芯片比较 (3)2.1.1单片机选型 (3)2.1.2USB接口芯片的选择 (3)系统的原理及其组成 (5)第3章系统的程序设计 (7)系统的硬件设计 (7)3.1.1P DIUSBD12的性能特点和内部结构 (7)3.1.2 P DIUSBD12的端点描述 (9)3.1.3 P DIUSBD12的指令集 (10)3.1.4 P DIUSBD12的管脚配置 (11)3.1.5 A/D与单片机接口电路 (13)3.1.6 P DIUSBD12与单片机接口电路 (14)3.2.2 P DIUSBD12固件编程的结构 (15)3.2.8 USB设备驱动程序的调用 (17)第4章方案设计的分析及本研究的创新策略 (18)方案的可行性、实验过程、数据的处理及分析 (18)4.1.1系统硬件设计分析 (19)4.1.2系统软件设计分析 (19)本次设计的创新与改进 (20)结论 (21)致谢 (22)参考文献 (23)附录A (24)第1章绪论1.1研究的背景及目的信息技术与电子技术的迅猛发展，使得计算机和外围设备也得到飞速发展和应用。

基于USB接口的数据采集与传输


USB(Universal Serial Bus， 通用串行总线) 是外 设与计算机进行连接的新型接口， 其特点是中低速、 双向、 同步、 低成本， 可动态连接。USB 简化了计算 机与外设的连接。由于其能够以较低 的成本同时连 接 127 种不同的USB设备， 因此被计算机外设硬件 制造商广泛采用。目 USB 技术 已经成为 PC 普 前， 遍流行的技术标准， 而且也逐渐被用 到消费电子和200Biblioteka 年 9 月 第 24 卷第 3 期
扬州教育学院学报 Jour na l of Yangzhou College of Ed ucation
Sept 20 0 6
Vol. 24 ， . 3 No
基 于 USB 接 口的数据 采集与传 输
王 刚
(扬州教育学院 计算机系， 扬州 225002) 江苏
(I ) 数 字摄 像 头 的视 频 解 码 芯 片 采 用 了 LM9618， 该芯片将 CMOS 光感应核与外围支持电 路集成在一起 ， 具有可编程控制和数字视频信号输 出的特点， 其视频为灰度图像 ， 通过 IIC 总线控制。 IIC 总线是一种双向串行总线， 其控制非常简 单， 只有两根信号线; 串行数据线(SDA ) ， 串行时钟 线(SCL) , IIC 总线的串行数据总线(SDA)和串行时 钟线(SCL ) 由单片机的通用 1/ O 口线分别编程模
收稿日 期: 2006 - 07 - 03 作者简介: 王刚 (1974- ) , 男，江苏扬州人 ，扬州教育学院计算机系 助教。
79 .
(1)设备固件是设备运行的核心 ， 其主要的功能 是控制 USB接口 芯片并完成 USB1. 1 协议(包括标 准的设备请求、 厂商请求处理、 设置设备接 口 。 等) (2)USB 总线设备的客户端驱动程序的设计大 多采用 WDM 类型， 驱动程序由三部分组成 : 操作系统即插即用( PnP) 管理器 ， 这一类实现 USB设备的热插拔及动态配置。一旦总线驱动程序 检查到新硬件存在， 管理器先装人最底层 的过 PnP 滤器驱动程序， 并调用其 AddDevice 函数， 该函数创 建一个功能设备对象(FDO) ， 这样就在过滤器驱动 程序和 FDO间建立了水平连接。AddDevice 把 PDO 连接到 FDO上， 管理器继续向上执行， PnP 装入并调 用每个低层过滤器、 功能驱动程序 、 每个高层滤波 器， 直到完成整个堆楼 电源管理器管理整个系统的电源， 负责设备的

基于LabVIEW的USB实时数据采集处理系统的实现

基于LabVIEW的USB实时数据采集处理系统的实现通用串行总线USB(UNIversal Serial Bus)作为一种新型的数据通信接口在越来越广阔的领域得到应用。

而基于USB接口的数据采集卡与传统的PCI卡及ISA 卡相比具有即插即用、热插拔、传输速度快、通用性强、易扩展和性价比高等优点。

USB 的应用程序一般用Visual C++编写,较为复杂,LabVIEW语言是一种基于图形程序的编程语言,内含丰富的数据采集、数据信号分析分析以及控制等子程序,用户利用创建和调用子程序的方法编写程序,使创建的程序模块化,易于调试、理解和维护,而且程序编程简单、直观。

因此它特别适用于数据采集处理系统。

利用它编制USB应用程序,把LabVIEW语言和USB总线紧密结合起来的数据采集系统将集成两者的优点。

USB总线可以实现对外部数据实时高速的采集,把采集的数据传送到主机后再通过LabVIEW的功能模块顺利实现数据显示、分析和存储。

1 、USB及其在数据采集设备中的应用USB 自1995年在Comdex上亮相以来,已广泛地为各PC厂家所支持。

现在生产的PC几乎都配置了USB接口,Microsoft的Windows 98、NT以及Mac OS、Linux 等流行操作系统都增加对USB的支持。

USB具有速度快、设备安装和配置容易、易于扩展、能够采用总线供电、使用灵活等主要优点,应用越来越广泛。

一个实用的USB数据采集系统硬件一般包括微控制器、USB通信接口以及根据系统需要添加的A/D转换器和EPROM、SRAM等。

为了扩展其用途,还可以加上多路模拟开关和数字I/O端口。

系统的A/D、数字I/O的设计可沿用传统的设计方法,根据采集的精度、速率、通道数等诸元素选择合适的芯片,设计时应充分注意抗干扰性,尤其对A/D采集更是如此。

在微控制器和USB接口的选择上有两种方式：一种是采用普通单片机加上专用的USB通信芯片;另一种是采用具备USB通信功能的单片机。

基于USB接口的多通道数据采集仪设计

算机 接 口。
１ 基于 Ｃ ７ Ｈ３ ２的数 据 采集 系统 的硬件
该 数 据 采 集 仪 是 用 于 机 械 振 动 测 试 ，其 技 术 指
标 为：１ 位 、８ ２ 通道 、１０ Ｈ ０ ｋ ｚ的最 高采样率 、双 极
性 输 入 （ Ｖ）。采 集 仪 的 前 端 接 电荷 放 大 器 输 出 。 ±５
ＧＵＯ Ｊ ｎｊｅ ｕ －ｉ
（ ｐ． ｆ ｌ ｔ — ｃ ａ ｉｓ Ｎａｙ ｎ ｓｉ ｔ ｏ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｎａ ｙ ｎ ７ ０ ４ Ｃｈｎ ） Ｄｅ ｔｏ ｅ ｒ ｍｅｈ ｎｃ， ｎ ａ ｇＩ ｔｕｅ ｆ ｃ ｎ ｌｇ ； ｎ ａ ｇ４ ３ ０ ， ｉａ Ｅ ｃｏ ｎ ｔ Ｔ
摘 要 ：采 用 ＵＳ Ｂ接 口芯 片 Ｃ ３２实现 Ｕ Ｂ接 口功 能 ，并结合 Ａ Ｄ 转换 等 电路 ， 计 出应 用 于机 械振 动 测 试方 Ｈ７ Ｓ ／ 设 面 的 多通 道数 据 采 集仪 。其 硬件 电路 采用模 块 化 设计 ，包括 Ｃ ３ ５ Ｈ ７ 的接 口、单 片机 及 定 时器 、Ａ Ｄ转 换 及 多路模 拟 ／
维普资讯
兵 工 自动 化
目卸■■与控柳
Ａｕ ｏ ａｉ ｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｔ ｎ ｎ ｒ ｌ ｔ ｍ ｔ Ｍ ａ ｕ ｅ ｎ ｄ Ｃｏ ｔｏ ｃ ａ
Ｏ． ． ｔ ｍａ ｉ ｎ Ｉ Ａｕ ｏ ｔｏ ２ ０ ， １２ ， ． ０ ７ Ｖｏ ． ６ Ｎｏ ６
开 关 电路 。 系统软 件设 计 分 ：单 片机 程 序 、ＵＳ Ｂ设 备驱 动程序 和 主 机应 用 软件 ３部分 。 关键 词 ：ＵＳ Ｂ接 口；Ｃ ７ ； 多通 道数 据 采 集 ，机 械 振 动 测试 Ｈ３ ２
中图分 类 号 ：Ｔ ２ ４ Ｐ ７ 文献 标 识码 ：Ａ

基于USB接口通讯的多传感器数据采集系统


Ｄａ ａ Ａｃ ｕ ｓｔ ｎ Ｓ ｓｅ ｏ ｅ ｓ ｒ ｓ ｄ ｏ Ｂ Ｃｏ ｔ ｑ ｉｉ ｏ ｙ ｔ ｍ ｆＳ ｎ ｏ ｓ Ｂａ ｅ ｎ ＵＳ ｍｍ ｕ ｉａ ｉｎ ｉ ｎ ｃ ｔｏ
Ｓ Ｇ ｈ ｎ ・ ａ ＯＮ Ｃ ｅ ｇ ｙ ｎ ，ＹＵＡＮ Ｇ ｏ ｑ ｎ Ｉ Ｆ ｎ — ｎ Ｕ Ｗ ｅ ＩＫａ ｕ — ｉｇ ，Ｌ ｅ ｇ ｌ ｇ ，Ｆ ｉ ，Ｌ ｉ ｉ
Ｋｅ ｒ ｓ： Ｂ；ｓ ｎ ｏ ；ｄ ｔ ｃ ｕｓｔ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ＵＳ ｅ ｓ ｒ ａａ ａ ｑ ｉｉ ｏ ｉ
０ 引言
这种方式硬件 电路 比较 复杂 ， 护不方 便 ， 维 因此 采用具 有 Ｕ Ｂ Ｓ
随着工业生产 的发展 ， 日益复杂 和庞大 的系 统需 要测控 的
通 信功能的单片机。系统 的原理框 图如 图 １所示 ， 主要 由 ６ 它 部 分组 成 ： 具有 Ｕ Ｂ通信功 能的微处 理器 、／ Ｓ Ａ Ｄ转换 电路 、 电源 转换及 管理 、 存储器 电路 、 各种传感 器的输 出信号 、 计算机 。系
ｐｔｒ ｎ ｉ ｌ ｅ．Ｔ ｅ ｏ ｆ Ｓ ｔｒ ｃ ｉ ｕｔ ａ Ｎ １ １ Ｃ ａｄｔｅ ｏｅｏ Ｕ Ｂｆｎｔ ｎｎ ｉ ｕｔ ｎｔ ａ Ｄ ９ ８ ｕｅ ｄｄｓ ａ ｄ ｈ ｒ ｏ Ｂ ｉ ｅ ａｅｃ ｃｉｗ ｓ ２ ３ Ｑ ， ｎ ｒ ｆ Ｓ ｃｉ ｉｇｃ ｃｉｕ ｉｗ ｓ ７ ３ ． ａ ｐｙ ｃｅ Ｕ ｎ ｆ ｒ Ａ ｈ ｃ ｕ ｏ ｒ Ａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ｄ ｔ ｃ ｕ ｓｔ ｎ ｓ ｓｅ ｏ ｅ ｓ ｒ ａ ｅ ｎ ＵＳ ｏ ｓｒ ｃ ： ｈ ａａ ａ ｑ ｉｉ ｏ ｙ ｔｍ ｆｓ ｎ ｏ ｓｂ ｓ ｄ ｏ Ｂ ｃ ｍｍｕ ｉａｉ ｎ ｔ ｏ ｎ Ｅ ＵＳ ｏ ｔ ｌ ｒａ ｈ ｏ ｅ Ａ ｄ ｉ ｎ ｃ ｔ ｏ ｋ ａ Ｚ— Ｂ ｃ ｎ ｒ ｌ ｓ ｔ ｅ ｃ ｒ ． ｎ ｏ ｏｅ ｔ ｅ Ｅ — Ｂ ｃ ｎｒ ｌ ｄ Ａ Ｄ ｃ ｎ ｅ ｓｏ ｙ ｉ ｏ ｔ ｌｃｒ ｕｔ ｈ ｓ ｔ ｅ ｐ ｒ ｍｅ ｅｓ ｄ ｔ ｃｅ ｙ ｓ ｎ ｏ ｓ ｗ ｒ ｍｐ ｓｅ ｏ ｔ ｅ ｃ ｎ— ｈ Ｚ ＵＳ ｏ ｔ ｌ ／ ｏ ｖ ｒ ｉｎ ｂ ｓ ｃ ｎ ｒ ｉ ｉ．Ｔ ｕ ｈ ａ ａ ｔ ｒ ｅ ｅ ｔ ｄ ｂ ｅ ｓ ｒ ｅ ｅ ｉ ｏ ｄ ｔ ｈ ｏ ｏ ｅ ｔ ｏ ｃ
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• USB接口模块的软件设计包括3部分：SL811HS固件设计、设备驱动程 序没计和应用软件设计。SL811HS的功能具体实现过程如下： • (1) 当设备连接时，Windows的设备管理器自动检测到该设备，并读 取由SL811核心传回的设备描述符，根据它提供的厂商和产品ID号 VID/PID(存放在FX2外接E2PROM中)与.inf文件进行比较，找到固件下 载驱动程序(ezloader.sys)，从主机将固件下载到SL811HS的RAM中. • (2) SL811HS固件下载到RAM后，SL811HS仿真一个脱离再连接至USB 总线的过程，执行重新枚举过程，让SL811HS固件控制USB传输。 Windows的设备管理器会检测到新的USB设备的连接，并根据SL811HS 固件提供的厂商ID(VID)/产品ID(PID)(不同于SL811HS核心提供的 VID/PID)来加载该USB设备的设备驱动程序。 • (3) 应用软件调用CreateFile()API函数，使用识别该设备的符号链 接来取得该设备的代号。取得设备的句柄后，应用软件通过 DeviceIoControl()向I/O系统服务发出要求传入数据的I/O请求，I/O 管理器将此请求构造成一个合适的IRP传递给SL811设备驱动程序。 SL811HS设备驱动程序根据该IRP中包含的具体操作来构造相应的USB 请求块，并据此形成新的IRP传递给USB总线驱动程序。USB总线驱动 程序根据该USB请求块从SL811HS设备读取数据。操作的结果再用IRP 一层一层地返回给应用程序，应用程序再对数据进行分析和处理。
SDRAM RESET CLOCK RESET A[0.1.2]/ADD DATA AD7678 FPGA TMS320 F2812 ADDR
DATA
AD7678、FPGA、DSP与SDRAM接口连接
从动USB口电路
• USB技术规范将使用USB进行数据传输的 双方划分为两种角色—Host和Slave，并且 规定，数据传输只能发生在Host和Slave之 间 。目前，绝大多数Host功能角色被集成 在各种类型的PC机上，如笔记本电脑、台 式机，而各种各样的基于USB的移动设备 都集成了USB Slave功能角色，例如U盘， 带USB接口的数码相机等。
• (1) 读写操作步骤 • ①置位转换信号CNVST（低有效）,启动AD7678进行数据转换。 ②待AD7678输出的状态信号AD_busy变低后，从AD取数。 (2) 读写操作时序 信号转换的时序图如下所示:
读写数据的时序图如下所示：
(3) 接口选择
通信模式 模式1 模式0 描述
0 1 2 3
•
• 2.1.2 主要电路模块
• (1) 模拟量调理模块 • (2) 信号的采集电路(A/D) • (3) DSP与FPGA协同处理模块 • (4) 从动USB口电路
模拟信号调理模块
• 信号调理模块是整个系统的开端，主要负责对输入的模拟 信号进行调整。从高频头进来的信号要进行信号的平滑滤 波、放大和倍率切换，去除高频成分，保留低频部分，再 放大，将信号调整在-5V-5V之间变化。 • 信号调理模块由以下电路构成： • 放大电路 • 射随电路 • 滤波电路 • 倍率切换电路 • 限幅电路 • 单端信号转差分信号的电路
单端信号转差分信号的电路：以下两个为单端信号 转差分信号的电路，AD输入 信号为差分信号可以减少误差。
信号的采集电路(A/D)
• 数据采集模块主要负责输入的模拟信号经信号调 理模块后调整为适合AD7678转化的模拟信号后要 经模数转换后成为数字信号，然后与FPGA相连。 模数转换模块采用ADI公司的一款18位的高精度 逐次逼近型A/D转换器AD7678。AD7678数据采 集处理过程具体如下：一个采样点的处理分为两 个阶段，转换阶段（CONVERST）,处理阶段 （acquire），转换过程开始后，AD自动将 AD_busy信号置高，转换结束后自动将其置低， 此时便可以对转换后的数据进行处理了，转换信 号和片选信号和读信号是独立的。
放大电路：图中为5倍放大，实际中还有0.44倍，1 倍， 25倍，125倍的放大电路，通过调整电阻的值 来实现。
射随电路：用于隔离前后的电路，避免互相之间的 影响。
滤波电路：用于对噪声的抑制。
倍率切换电路：用于将不同幅值的信号调整到适合 AD采样的范围。
限幅电路：将输入信号的峰值限制在-5V~+5V之间， 用于AD的保护。
FPGA
A/D转换 信号处理
SDRAM DSP PC机 USB接口
工作原理
• 本系统中，FPGA启动A/D采样并将采集到的数SDRAM大小为4096字节，当 SDRAM存满后FPGA向DSP发送中断，DSP来通过FPGA向SDRAM读取数 据，取完后经过运算处理后数据再通过SL811传到 PC机。FPGA在本系统中 使用两个SDRAM,一个SDRAM存满就向DSP发中断，此时DSP从该SDRAM 读取数据，与此同时，此时从A/D采集过来的数据存到第二块SDRAM，如此 交替进行，就保证数据不至丢失。本系统中的FPGA时钟信号由外部晶振控 制，FPGA的复位信号由DSP的I/O口实现，DSP为FPGA产生复位信号，当 FPGA检测到有效的复位信号后，就会按照DSP产生的分频因子触发A/D转换 器进行A/D采样，同时将AD7678输出的数据经FPGA预处理后，存储到 SDRAM中。FPGA的JTAG口为其提供程序下载端口。 DSP芯片TMS320F2812采用3.3V外设供电和1.8V内核供电，由外部电路提 供电源和时钟信号，与USB接口模块、FPGA连接时不需要电平转换。本系 统中，DSP芯片TMS320F2812主要功能控制FPGA及数据的读取，通过向 FPGA发送复位信号、控制信号以及读命令，使FPGA从SDRAM中读取存储 的数据，并将数据传输给TMS320F2812；完成输入数据的计算、打包等处理， 与USB接口模块连接。USB通过与PC机的通信，把打包的数据传输给PC机 进行及时显示。USB芯片SL811HS在本系统是从工作模式，所以的读取命令 及控制信息均由PC机发送。
基于USB接口的数据采集 系统设计
电信0702 唐苗 指导老师 易 本 顺
1.1 背景
课题 研究 的目 的和 意义
1.2 现状 1.3 USB的优势 1.4 该方案的优势 1.5 我可以学到哪些
课题 主要 内容 和研 究方 案
•
2.1
硬件设计
2.3软件程序设计
2.1 硬件设计
主动、从动USB接口的切换电路图
2.2 软件开发
2.2.1 QUARTUS2 6.0软件 2.2.2 Code Composer Studio 2.2(CCS 2.2)软件
2.3软件程序设计
• • • • • 2．3.1 DSP程序设计 2．3.2 USB固件程序设计 2.3.3 驱动程序设计 2.3.4应用程序设计
• SL811HS是具有主/从两种工作模式的USB控制器，遵循USB1.1规范； 主动、从动USB接口的硬件电路设计的区别主要有：① SL81 1HS的 主、从模式选择管脚M/S，工作在主模式时接低电平，工作在从模式 时接高电平；②nDACK管脚，在主模式中接高电平。在从模式中是 输入管脚．用于外部控制器对SL81 1HS进行DMA访问，由于在从动 USB接口的设计中没有用到DMA访问，此管脚也接高电平；③USB 端口设计中，主动模式的数据信号线（D-、D+)接15K的下拉电阻： 从动模式的D一、D+接1．5K的上拉电阻。主动、从动USB接口的切 换电路原理如罔2所示。其中，此模块如果工作在主动模式，J1、J2 和J3的2与1管脚短接；工作在从动模式，J1、J2和J3的2与3管脚短 接。 • 在本系统中SL811HS是作为从动模式来工作的。从动模式整个固件的 工作流程如下：上位机发送各类标准请求以获得该USB设备的各类描 述符．通过控制端点传输数据引发中断，在中断处理函数中读取完 SL811HS缓冲区的数据后，置位相应控制位进入主循环程序处理。在 主循环程序中，根据接收到的数据判断主机发来什么请求，然后去执 行相应请求。当主机得到了所有正确的描述符后，便会给该设备一个 唯一的地址，配置结束．此后的数据传输在普通端点上进行。如果接 收到数据，SLS11HS仍然触发中断，中断处理函数读取缓冲区数据 以供设备进行各项操作。如果设备要发送数据，只须调用发送函数。
0 0 1 1
0 1 0 1
18比特接口 16比特接口 字节接口 串行接口
AD7678有4种接口模式，我们选择第一种。原因： ①为了更高精度。 ②不选串行接口是考虑到串行接口的数据时在18个时钟周期内传 完的，其速率达不到要求。
DSP与FPGA协同处理模块
• DSP和FPGA协同处理模块是本系统的核心， 其主要完成对AD7678的控制、数据的计算 以及相应的逻辑控制，并通过USB完成数 据的传输。由于数据传输系统要求采集数 据量大，要求实时性好、速度快、精度高 等，本系统采用基于DSP与 FPGAXIETONG 处理。系统设计中，采用 TI公司DSP芯片TMS320F2812和ALTERA 公司的FPGA芯片EP2C20F484I8N。
• 3．研究方法及技术途径
• (1) 查阅相关资料，了解USB2.0接口技术的相关 原理。 • (2) 结合已经成熟的USB2.0接口技术设计的硬件 电路及软件开发程序。 • (3) 利用VerilogHDL语言和C语言对所设计的电路 图中的功能模块进行编程。 • (4) 采用Quartus Ⅱ开发平台设计功能模块，逐个 编译连接。 • (5) 对编译连接成功的程序进行仿真实验，从而 检验USB接口设计的实用性