基于USB总线的数据采集卡的软件设计_图文(精)

基于USB的数据采集系统设计及实现基于USB的数据采集系统设计及实现1 引言在智能仪器、信号处理以及工业自动控制等领域，都存在着数据的测量与控制问题，常常需要将外部的温度、压力、流量、位移等模拟量进行采集。

目前常用的数据采集方式是通过数据采集板卡，常用的有ISA总线，PCI总线，422，485等接口形式的A／D采集卡，这种板卡不仅安装麻烦，而且易受计算机插槽数量和地址、中断资源的限制。

通用串行总线（UniversalSerialBus，USB）的出现，很好地解决了以上问题。

本文所设计的就是基于USB总线的快速12 b 的数据采集系统。

2 USB总线简介USB总线是Intel，DEC，Microsoft，IBM等公司联合提出的一种新的串行总线接口规范，是为了解决日益增加的PC外设与有限的主板插槽和端口之间的矛盾而制定的一种串行通信标准。

USB具有较高的传输速度：USB协议1．1支持低速（1．5 Mb ／s）和全速（12 Mb／s）2种传输模式，而2．0协议支持的速度提高到480 Mb／s。

他的数据传输速度比标准串／并口高，且具有使用简单、支持即插即用、易于扩展等特点。

USB接口采用4线电缆，其中2根信号线，1根电源线和1根地线，电源线可以向外设提供最大5 V，500 mA的电流。

USB接口有4种传输方式：控制传输、批量传输、终端传输和同步传输，可以满足不同传输的需要。

3 USB接口的数据采集系统的设计实现整个系统主要由4部分组成：USB接口芯片及外围电路、控制电路、数据缓冲电路和A／D转换电路。

USB接口芯片选择了Cypress公司的EZ-USB 2131Q，该芯片内嵌8051控制器，因此整个系统以EZ-USB控制器为核心，由EZ-USB经控制电路实现对A／D转换电路和数据缓冲电路的控制，模拟信号转换后的数据送入数据缓冲器，当数据缓冲器存满之后，通知EZ-USB控制器，由主机取出数据。

整个系统框图。

基于USB总线的数据采集卡的软件设计
臧巨轮;朱长青;王川川
【期刊名称】《电子测量技术》
【年(卷),期】2009()6
【摘要】多通道模入数据采集卡的设计根据电站检测中数据的测量与控制问题提出,本文在对数据采集卡的硬件组成进行综述的基础上,对系统的固件程序、基于WDM的USB驱动程序和用户应用程序等各部分软件的设计和协同工作进行了详细的介绍,并将采集模块应用于某型电站发动机进行检测试验,得到次级点火电压波形,和电站发动机标准波形进行比较可见数据的采集效果良好,试验结果证明设计方案是可行的,满足了预期的应用目的和设计的精度要求。

【总页数】3页(P134-136)
【关键词】USB2.0协议;固件程序;数据采集;WDM驱动程序
【作者】臧巨轮;朱长青;王川川
【作者单位】军械工程学院电气工程系
【正文语种】中文
【中图分类】TP274.2
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基于USB 的数据采集卡设计刘铁(北京经纬纺机新技术有限公司100176)摘 要 本文介绍了PIC 单片机PIC18F4580控制PDIUSBD12,实现USB 主机的硬件设计和底层驱动程序的编写。

通过PC 机上的软件完成对监控设备的脉冲信号频率、CAN 通讯数据监控。

关键词 U SB PIC18F4580 PDIUSBD12 数据采集卡1 引言随着工业技术的发展和现场监控要求的提高,许多应用场合需要对现场的数字、模拟信号以及通讯数据进行实时监控和操作。

目前常用的监控手段一般采用基于PCI 总线的板卡或基于RS232、RS485通讯总线,PCI 总线虽然传输速度快,但要占用PC 机扩展槽地址或中断资源,且现场插拔不方便。

RS232、RS485总线虽然插拔比较方便,但传输速度有限,而USB 接口很好的解决了上述问题,它是PC 机的基本配置,即插即用,并且具有较高的传输速度,是实现数据监控比较理想的一种方式。

2硬件实现图1 系统硬件示意图本硬件系统包括内嵌CAN 总线控制器的Mi crochip 公司PIC18F4580单片机,USB 接口芯片采用Philips 的PDIUSBD12,CAN 通讯收发器采用M CP2551,外部数字脉冲信号直接进入单片机捕获单元。

供电采用U SB 系统电源,由于USB 控制芯片即可以采用5伏供电也可以采用3.3伏供电,因此单片机和USB 控制器数据线和控制线可以直接连接,不需要进行电平转换或缓冲。

硬件系统图如图1所示。

2.1 PIC 18F4580单片机特点PIC18F4580是美国Microchip 公司生产的内嵌增强性CAN 控制器的8位处理器,内部包含了32K Flash Rom,256个字节的EEOROM,1536个字节SRAM ,11路10位A D 输入通道,2路捕获和比较单元,1路EUSRT 和M SSP 模块,灵活的时钟晶振结构和高达40M 时钟频率等十分丰富的外设模块来满足不同用户使用需求。

南昌工程学院毕业设计(论文)信息工程学院系（院）电子信息工程专业毕业设计（论文）题目基于USB接口的数据采集卡的设计（硬件）学生姓名杨宏华班级06电子信息工程（1）班学号2006100126指导教师完成日期2010 年 6 月19 日基于USB接口的数据采集卡的设计（硬件）The data acquisition cardbased on USB interface (hardware)总计毕业设计（论文）30 页表格0 个插图15 幅南昌工程学院本科毕业设计论文摘要随着科技的发展和社会各个行业对点子设备集成化的需求，越来越多的电子设备将直接与计算机通信，与计算机系统融为一体，以实现各种实时的只能控制与监测。

列如在瞬态信号测量、图像处理等一些高速、高精度的测量中，需要进行高速数据采集。

但是现在通用的高速数据采集卡一般多是PCI 卡或ISA 卡，存在安装麻烦，价格昂贵，受计算机插槽数量、地址、中断资源限制，可扩展性差，在一些电磁干扰性强的测试现场，无法专门对其做电磁屏蔽，导致采集的数据失真等缺点。

因此通用串行总线USB 是为解决传统总线不足的首选。

该总线接口具有安装方便、高带宽、易于扩展等优点，已逐渐成为现代数据传输的发展趋势。

随着USB技术的成熟，USB传输已经上升到3.0协议，最大速度已经达到每秒4.8Gb，跟其他接口设备的传输速度相比好不逊色。

基于USB 的高速数据采集卡充分利用USB 总线的上述优点，有效解决了传统高速数据采集卡的缺陷。

在本次设计中使用PUIUSBD12 USB接口芯片，选择ADC0809芯片作为模数转换器，使用AT89S52单片机作为控制器。

为了USB接口设计调试时方便，加上了RS232串行接口，用来监测PC机与数据采集卡之间的通信过程。

关键词: USB接口、数据采集卡、PUIUSBD12、模数转换器AbstractAbstractWith technological development and social sectors to all other devices, more and more compositive demand of electronic devices communicate directly with computers and computer system to the implementation of real-time can only control and monitoring. the column as in a transient signal measure, image processing some high speed, high precision measurement of data collection. the need for rapid. But now common data collection of cards are usually ISA and PCI card or present the installation of trouble, and expensive, is computer slot number, address and interrupt resource constraints, scalability and electromagnetic interference in the nature of the test site, not special to do the electromagnetic shielding and to collect data such shortcomings. the general level of the serial bus USB is traditional for the first bus limited. Interfaces have the installation of the bus conveniently, high bandwidth and expand the advantages and has gradually become the trend of modern data transmission. the USB technology,USB transport has increased by 3.0 protocol, the maximum rate has reached 4.8GB per second, the interface device speed, no less than good. based on the USB of data collection card full use of USB strengths of the bus, the effective solution to the traditional high data collection of defects.In this design uses PUIUSBD12 USB interfaces, select ADC0809 chips as the module, for use as a controller AT89S52 monolithic integrated circuits design usb interfaces. in order to debug, and with RS232 serial interface to monitor the pc and data gathering card communication process.Key words: Usb interfaces；data acquisition；PUIUSBD12；ADC南昌工程学院本科毕业设计(论文)目录摘要 (I)Abstract (II)第一章引言 (1)1.1 当今国内数据采集卡的研究现状............................ 错误！未定义书签。

基于USB的数据采集卡设计学生姓名杜学成学号2009101038所在系通信工程系专业名称通信工程班级2009级1班段纯爽指导教师四川师范大学成都学院二○一三年三月基于USB的数据采集卡设计学生：杜学成指导教师：段纯爽内容摘要：本论文所设计的数据采集卡是在单片机AT89C5131控制下进行数据采集，主要核心部分是微控制器和USB控制器，通过两者结合实现上位机和下位机之间的USB通信，使用AT89C5131单片机采集到数据通过USB数据线传输给PC机，在从PC机上的USB数据采集界面，可显示出采集数据的波形图功能，最后实现数据采集功能。

在数据采集系统中，传统外接设备与主机通信口一般采用ISA、PCI、1394等标准，但是基于这些接口的产品，要不安装麻烦，要不就是价格昂贵，还受到计算机插槽数量和地址中断资源的限制，并且可扩展性差，但USB的出现很好地解决了以上所有问题。

作为一种新型串口通信标准，它不但具有较高的传输速率，而且可扩展性好、采用总线供电，因此使用起来更加灵活。

USB数据采集共有4种传输模式：同步传输、控制传输、批量传输、中断传输，以此用来适应不同设备的需求。

同时信息技术与电子技术发展迅猛，也使得计算机和计算机外围设备得到飞速发展和应用。

过去人们单纯追求计算机与外设之间的数据传输速度，而现在操作安装的简易性和纠错能力也成为人们关注的问题。

USB通讯技术出现后，使高传输速度、强纠错能力、易扩展性、即插即用等优点有机的结合在一起，使得USB数据采集发展前景更为广阔。

关键词：数据采集USB接口控制器Design of data acquisition card based on USBAbstract:The data acquisition system designed is under the control of SCM data acquisition in AT89C5131. The micro controller and the USB controller as the core part, implementation of USB communication between upper machine and lower machine through the combination of the two, there to the data line via the USB data is transmitted to the PC through the AT89C5131 collection. And the development of applications on PC, from the USB data acquisition interface on PC machine, can display the waveform function of data acquisition, data acquisition function.In data acquisition system, communication host and peripherals traditional mouth generally use the ISA, PCI, 1394 standards, these interface products, based on the installation of trouble, the price is expensive, and the slot number, address and interrupt resources constraints, poor scalability, USB, is a good solution to the above problem. USB is a kind of serial communication standard model, the transmission rate is high, good scalability, the bus power supply, the use of flexible. It has a total of 4 transmission modes: control transfer, interrupt transfer, synchronous transmission, mass transfer, in order to adapt to the needs of different equipment. The rapid development of information technology and electronic technology, the computer and peripheral equipment has also been rapid development and application. In the past people only pursue the transmission speed between computer and peripherals, simplicity of installation error correction ability and operation now has become one of the focuses of the target. USB communication technology, the high transmission speed, strong error correction ability, expansibility, easy plug-and-play, organic unifies in together, at the same time, also make the development of a broader USB data acquisition.Keywords: Data acquisition USB interface controller目录1USB简介 (5)1.1USB的互连 (5)1.2USB的主机 (6)1.2.1 USB驱动(USBD) (6)1.3USB设备 (7)1.4USB的物理层 (7)2整体方案设计 (8)2.1方案论证 (8)2.2方案比较 (9)3单元模块设计 (10)3.1微控制器及USB控制器接口电路模块 (10)3.1.1 AT89C5131封装及引脚说明 (10)3.1.2 AT89C5131的USB接口电路 (11)3.2AD转换电路模块 (13)3.2.1 A/D转换器 (13)3.2.2 A/D转换器接口电路 (15)3.3外接存储器接口电路 (17)3.3.1 外接存储器 (17)3.3.2 外接存储器接口电路 (18)3.4系统外围电路 (18)3.5软件设计 (20)3.5.1 固件程序 (20)3.5.2 USB设备驱动程序 (24)3.5.3 应用程序 (26)4小结 (29)5致谢 (30)6参考文献 (31)7附录 (32)7.1硬件连接电路图 (32)7.2PCB图 (33)1 USB简介通用串行总线标准USB是1995年微软、康柏、DEC、IBM等公司为解决传统总线不足的问题而推出的一种新型通信标准。

基于USB总线的实时数据采集系统设计基于通用串行总线（USB）的实时数据采集系统的设计严格遵循USB1.1协议，充分体现USB便捷、易扩展、低成本、低干扰的特点。

详细介绍系统的USB设备驱动程序、设备固体、应用程序的具体设计。

现代工业生产和科学研究对数据采集的要求日益提高。

目前比较通用的是在PC 或工控机内安装数据采集板卡，如A/D卡及422、485卡。

这些数据采集设备存在以下缺陷：安装麻烦；价格昂贵；受计算机插槽数量、地址、中断资源限制，可扩展性差；在一些电磁干扰性强的测试现场，无法专门对其做电磁屏蔽，导致采集的数据失真。

通用串行总线（Universal Serial Bus，简称USB）是1995年康柏、微软、IBM、DEC等公司为了解决传统总线的不足推广的一种新型串行通信标准。

该总线接口具有安装方便、高带宽、易扩展等优点，已经逐渐成为现代数据传输的发展趋势。

基于USB的数据采集系统充分利用USB总线的上述优点，有效解决了传统数据采集系统的缺陷。

1 系统硬件设计1.1 硬件总体结构USB实时数据采集系统硬件模块包括A/D转换器、微控制器、USB通信接口和多路模拟开关。

硬件总体结构如图1所示。

1.2 USBN9602芯片USB接口芯片采用National Semiconductor公司的一种专用芯片USBN9602。

该芯片内部集成微处理器接口、FIFO存储器、时钟发生器、串行接口引擎（SIE）、收发器、3.3V电压转换器，支持DMA、微波接口，内部结构如图2所示。

微控制器通过8位的并行接口传送A/D采集的数据，存储在FIFO存储器中；一旦FIFO存满，SIE立刻对数据进行处理，其中包括：同步模式识别、并/串转换、位填充/解填充、CRC产生与校验、地址识别、握手响应与产生、USB特殊事件（Reset、Suspend、Resume）检测；最后由收发器通过数据线（D+、D-）传送数据至PC。

上述过程严格遵守USB1.1协议。

基于USB总线的实时数据采集系统设计与实现摘要介绍了基于ＵＳＢ总线的实时数据采集系统的ＵＳＢ设备固件程序、驱动程序、应用程序的设计与具体实现。

关键词通用串行总线实时数据采集设备固件驱动程序在现代工业生产和科学技术研究的各行业中，通常需要对各种数据进行采集。

目前通用的通过数据采集板卡采集的方法存在着以下缺点安装麻烦，易受机箱内环境的干扰而导致采集数据的失真?熏易受计算机插槽数量和地址、中断资源的限制，范文先生网收集整理可扩展性差。

而通用串行总线ＵＳＢＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ的出现，很好地解决了上述问题，很容易实现便捷、低成本、易扩展、高可靠性的数据采集，代表了现代数据采集系统的发展趋势。

１系统硬件设计与实现１．１硬件总体结构基于ＵＳＢ总线的实时数据采集系统硬件组成包括模拟开关、Ａ／Ｄ转换器、单片机、ＵＳＢ接口芯片，其硬件总体结构如图１所示。

多路模拟信号经过模拟开关传到Ａ／Ｄ转换器转换为数字信号?熏单片机控制采集，ＵＳＢ接口芯片存储采集到的数据并将其上传至ＰＣ，同时也接收ＰＣ机ＵＳＢ控制器的控制信息。

１．２ＰＤＩＵＳＢＤ１２芯片ＵＳＢ接口芯片采用Ｐｈｉｌｉｐｓ公司的一种专用芯片ＰＤＩＵＳＢＤ１２以下简称Ｄ１２。

该芯片完全符合ＵＳＢ１．１规范，集成了ＳＩＥ、３２０Ｂ的多配置ＦＩＦＯ存储器、收发器、电压调整器、ＳｏｆｔＣｏｎｎｅｃｔ、ＧｏｏｄＬｉｎｋ、可编程时钟输出、低频晶振和终端电阻等，支持双电压工作、完全自动ＤＭＡ操作、多中断模式，内部结构如图２所示。

单片机通过８位并行接口传送经过Ａ／Ｄ转换的采集数据，存储在ＦＩＦＯ存储器中。

一旦存满，串行接口引擎ＳＩＥ立刻对数据进行处理，包括同步模式识别、并／串转换、位填充／不填充、ＣＲＣ校验、ＰＩＤ确认、地址识别以及握手鉴定，处理完毕后数据由模拟收／发器通过Ｄ＋、Ｄ－发送至ＰＣ。

上述过程遵循ＵＳＢ１１协议。