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AD B01_USB型数据采集器使用说明第一章 概述ADB01_USB型数据采集器是我公司开发的USB总线数据采集产品，可与带USB接口的各种笔记本、台式机连接构成高性能的数据采集测量系统。
该产品采用美国新型 12位A/D转换芯片，设计讲究，测量精度高, 速度快, 应用软件功能强大，操作简便, 且具有USB设备体积小巧, 连接方便, 无需外接电源, 即插即用, 可带电拔插等优点. 可广泛应用于科学实验, 工业测量领域。
ADB01_USB型数据采集器的原理框图如图1-1所示。
图1-1一.主要技术特点·USB接口，笔记本、台式机均可使用，不占用任何扩展槽·16或32路模拟信号和3路隔离程控脉冲信号同步采集·同步时间码记录·数据采集器调节完全实现数字程控，在Windows环境下图形界面操作·通过USB总线可实现多台数据采集器同时工作，软件支持网络远程操作·德国连接件，方便可靠·USB总线供电，无需外接电源·功能强大的DdsXp软件支持二.主要技术指标·USB总线数据传输速率：12MB/s·采样分辩率：12位·精度：0.1%（满量程）·通道间采样间隔：6us·采样速率：采样速率程控设定，每个通道可分别选择高速或低速采样速率最高每通道 1KS/s·量程：±5V 、±2.5V 、±1V 、±0.5V 各通道独立程控设定 ·输入通道数：单端32通道，双端16通道·脉冲部分：光电隔离脉冲输入，多种输入方式选择，程控比较电平调节，32位计数,可用于测量普通转速、频率 输入频率范围：0－50KHz·脉冲标记校对：脉冲输入或脉冲标记动态校对开关接口，可用于测量普通转速、频率 ·激励电压输出：5V ±10% 总的电流：50mA ，可选 4V ±0.2%高精度激励 ·工作温度范围：0℃ -55℃·耐振性：依照GJB150标准10-500Hz(加速度2.4G)三方向振动（加振后动作无异常）第二章 硬件连接说明一．信号输入端的连接ADB01_USB 型盒式数据采集器的信号输入端装有2组或4组10路水平管座（接入模拟信号）、1组4路水平管座（接入脉冲信号）, 另一端装有方形USB 插座。
UA301型A/D采集器使用说明第一章. 概述U A301型A/ D采集器是我公司开发的USB总线数据采集产品, 可与带USB接口的各种台式计算机, 笔记本机, 工控机连接构成高性能的数据采集测量系统. 该产品采用美国新型12位A/D 转换芯片, 设计讲究, 测量精度高, 速度快, 编程简便, 且具有USB设备体积小巧, 连接方便, 无需外接电源, 即插即用, 可带电拔插等特有优点. 可广泛应用于科学实验, 工业测量控制领域。
一.主要功能及特点·分辩率: 12bit·16或32模入通道·最高采样频率: 100KHz·带有程控放大器方便测量小信号·任意设定采样通道数, 可通道自动扫描采集·16K B先进先出(FIFO)缓冲存储器, 可实现自动数据块采集·软件或定时器触发采样, 可任意设定采样频率·3-16bit数字量I/O·可连续大数据量采集·带DC/DC隔离电源, 精度稳定·小盒式, 小机箱式供应方便使用·丰富的软件支持二.技术指标1.A/D部分·分辩率: 12bit·精度: 优于0.05％(满量程)·最高实用采样频率: 100KHz·模入通道: 16或32 单端·模入范围: ±5V,±10 V·程控增益：1、2、4、8、16倍(选装1、2、4、8、16、32、64、128）·输入阻抗: >100MΩ·触发方式: 定时器触发, 软件触发·FIFO存储器: 16KB(可扩23KB)2.数字量I/O·数字量I/O: 3路(可扩至16路)·可编程输入或输出·TTL电平兼容3.定时计数器·3通道可编程定时计数起器(825４)·字长: 16bit·卡上时钟: 6MHz第二章.硬件连接说明一．A/D卡的连接UA301盒式采集器一端装有一只37芯D型插座, 另一端装有方形USB插座. 使用时, 37芯D 型插座接信号; USB插座接USB电缆, 电缆另一端接主机USB插口.37芯D型插座, 定义如下图:其中: CH x 为模拟输入通道D x 数字量I/O线1.16通道模拟输入型信号插座定义:1CH0 。
Keysight U2300A 系列 USB 多功能数据采集设备用户指南声明版权声明© Keysight Technologies 2006 - 2017根据美国和国际版权法，未经 Keysight Technologies 事先允许和书面同意，不 得以任何形式（包括电子存储和检索或翻译为其他国家或地区语言）复制本手册中的任何内容。
商標Pentium 是 Intel Corporation 在美國的 註冊商標。
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手册部件号U2351-90009版本第 12 版 , 2017 年 6 月 1 日印刷地区：马来西亚印刷发布者：Keysight TechnologiesBayan Lepas Free Industrial Zone, 11900 Penang, Malaysia技术许可本文档中描述的硬件和/或软件仅在得到许可的情况下提供并且只能根据此类许可的条款进行使用或复制。
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美国政府权利本软件属于联邦政府采购法规（“FAR”）2.101 定义的“商用计算机软件”。
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同样，Keysight 根据其标准商业许可证向美国政府客户提供本软件，该许可证包含在其最终用户许可协议 (EULA) 中，可以在以下位置找到该许可协议的副本：/find/sweula。
EULA 中所述的许可证阐述了美国政府在使用、修改、分发或披露本软件方面的专属权利。
USB在数据采集系统中的应用摘要: usb总线应用于数据采集系统具有即插即用的优点，还可以利用计算机强大的计算功能进行数据处理和分析。
usb为多点数据采集提供了很大的便利，与传统的串口相比，利用usb可以实现更经济、更有效、点数更多的数据采集。
使用usb总线传输数据为数据采集系统与计算机之间的通讯开辟了新的道路,本文介绍了利用usb接口来实现多点数据采集的基本途径。
关键词:通用串行总线 usb接口数据采集1、引言现代工业生产和科学研究的发展使其对数据采集系统的要求日益提高，传统的方法已经难以适应。
而通用串行总线( universal aerial bus, 简称usb)的出现，以其可靠性高、使用灵活、传输速度快等不可比拟的优点，实现了对各种数据进行采集, 如液位、温度、压力、频率等，有效地克服了传统数据采集系统的缺陷，将usb 总线应用于数据采集系统，是数据采集系统的一种比较好的选择，很容易就能实现低成本、高可靠性、多点的数据采集。
2、 usb 简介usb 是由一些pc 大厂商,如intel、microsoft等为了满足日益增加的pc 外设需求，解决有限的主板插槽和端口之间的矛盾而研制的一种串行通信的标准, 从研发至今已得到各pc 厂家的广泛支持。
现在生产的pc几乎都配备了usb 接口,如microsoft 的windows98、nt 以及linux、freebsd、mac0s等流行操作系统也都增加了对u s b 的支持。
主控制器(host controller)、usb hub和usb 外设( peripherals node)组成usb系统的系统拓扑结构，并以其速度快、设备安装和配置容易、易于扩展、能够采用总线供电的优点适应了不同设备的需要。
usb有两种传输方式：高速和低速, 其主要模式为高速模式,传输速率为12mbps,另外，为了适应一些如鼠标等不需要很大吞吐量和很高实时性的设备,usb还提供低速方式,传输速率为1.5mb/s。
USB 多路数据采集器狄旭明，吴建平（成都理工大学核技术与自动化工程学院，四川成都610059）摘要：针对目前大多数采集系统无法实现多通道高分辨率采样及携带不方便等情况，提出了一种基于USB 的多路数据采集系统的设计方法。
系统利用ARM+FPGA+AD7656的系统组合实现16路通道同步信号采样，FPGA 用于实现对A/D 转换的逻辑控制，通过ARM7处理器对A/D 转换数据进行处理，再由USB 接口与计算机进行数据通信。
测试结果表明，基于FPGA 与ARM 的多通道数据采集系统结构简单、控制方便、设计成本较低，能够准确快速地对16路信号同时进行采集。
关键词：数据采集；多通道高分辨率采样；FPGA 器件；ARM 处理器；AD7656转换器中图分类号：TP334.7；TP274+.2文献标识码：A文章编号：1674-5124（2010）02-0081-03Multi-channel data acquisition system base on USBDI Xu-ming ，WU Jian-ping（College of Applied Nuclear &Automation Engineering ，Chengdu University of Technology ，Chengdu 610059，China ）Abstract:As most current acquisition systems can not implement multi-channel sampling with a high-precision andare inconvenient to carry ，it has been put forward a design of multi -channel data acquisition system based on USB.The system uses the compound mode of ARM+FPGA+AD7656to implement 16-channel synchronous sampling.The FPGA is used to complete the logic control of the A/D conversion ，and use the ARM7processor to process the data of A/D conversion.Then the system would communicate with computer through the USB interface in order to transmit the result data of A/D conversion.The test result shows that the multi-channel data acquisition system based on FPGA and ARM has the advantages of simple structure ，lower design cost and convenient control.The system is able to pick up signals quickly and accurately through 16channels simultaneously.Key words:Data sampling ；Multi-channel parallel sampling ；FPGA ；ARM ；AD7656收稿日期：2009-08-28；收到修改稿日期：2009-11-07作者简介：狄旭明（1985-），男，四川成都市人，硕士研究生，专业方向为智能仪器设计。
1引言数据采集系统是将传感器采集的模拟电压信号转换成计算机能识别的数字信号，通过各种接口送入计算机，使工作人员能对被监测的物理量进行分析。
一个数据采样系统性能的参数是它的采样精度与速度，随着电子技术的发展，对这两项性能提出了越来越高的要求。
传统设计方法是采用单一MCU 控制采样。
这种结构方式的缺点是MCU 的片上资源有限，难以实现多路信号的同时采样；另一方面在进行高速采样的时候，MCU 将进行频繁的中断，加重了MCU 运行负荷，设计者只有选择成本更高的高级MCU 。
该文采用FPGA+ARM 的设计方案，让FPGA 完成对A/D 的控制功能以及数据的缓存功能，实现了多路信号的采集，最大限度地提高了系统的信号采集精度和处理能力。
2系统硬件设计系统硬件电路设计原理如图1所示，共分为3个主要部分：A/D 转换电路、FPGA 接口电路和基于ARM 的核心控制电路。
2.1系统的性能指标同时对16路信号进行采样；被采样信号电压变化范围为-10～+10V ；采样精度为16位；采样速度≥200kS/s 。
2.2硬件电路设计该系统实现对16路电压信号采样，每一路输入信号经过PGA103可编程运放可实现1倍，10倍，100倍的信号放大送入A/D 转换器，放大倍数由ARM 直接控制。
系统中的采集单元共用了3块AD7656，每块A/D 转换器实现6路信号的并行采样。
由FPGA 实现采样过程的控制及采样逻辑时序的产生，FPGA 采集得到的数据通过与ARM 的自定义总线送入ARM ，并最终由ARM 控制的USB 接口送入上位机，显示出波形结果。
第36卷第2期2010年3月中国测试CHINA MEASUREMENT &TEST Vol.36No.2March ，2010中国测试2010年3月2.3A/D 转换电路根据系统的性能要求，A/D 转换器选用美国ADI 公司的基于iCOMS 工艺6通道16位双极性逐次逼近（SAR ）型ADC 器件———AD7656。
AD7656可以同时对6路模拟输入进行同时采样，最高可达250kS/s 的数据吞吐能力，能够满足高分辨率、多通道、高转换速率和低功耗的要求。
要实现16路的信号采集一共要用3片AD7656，系统采用串行数据输出模式。
Dout A ，Dout B ，Dout C 是AD7656的数据串行输出口，每个一次转换传出32位数据，代表两路通道采样结果。
SER/nPAP 接高电平表示采用串行输出方式。
SCLK 是串行输出时钟，由FPGA 提供。
nCS ，Busy 为控制引脚，接到FPGA 上，由硬件时序控制。
2.4FPGA 控制电路设计系统选用了Altera 公司的PGA 芯片，型号为Cyclone 系列的EP1CT6144，工作电压3.3V ，内核电压1.5V 。
芯片设计采用0.13μm 工艺技术全铜SRAM 工艺，其密度为5980个逻辑单元和20个128×36位RAM 块（M4K 模块），片内总的RAM 空间达到92160位，内嵌2个锁相环电路，1个于连接SDRAM 特定双数据率接口，工作频率高达200MHz 。
采用了专用配置芯片EPCS1对FPGA 进行串行配置。
FPGA 对A/D 信号转换过程进行控制的时序如图2所示。
由于是16通道同时采样，因此在设计过程中将3个转换控制信号A 、B 、C 接到一起。
当CONVST 转换信号上升沿时，采集开始，Busy 信号线返回高电平，表明信号正在转换中。
当系统检测到Busy 信号线产生下降沿，表示信号转换结束，系统可以开始读取数据，这时将nCS 信号置低，6路通道的转换数据将通过3个串行输出口Dout A ，Dout B ，Dout C 伴随串行时钟SCLK 输出到FPGA 中暂存起来。
FPGA 还要实现与ARM 的数据通信，通讯方式是采用的自定义16位总线模式。
定义的信号线有：16位数据地址总线，1根地址/数据选择线，1根读写信号线，1根同步时钟线，1根I/O 中断标准线。
具体时序如图3所示。
2.5基于ARM 的核心控制部分系统采用NXP 的LPC2364作为核心控制器。
LPC2364微控制器基于16位/32位ARM7TDMI-S 的CPU ，并带有512KB 嵌入的高速Flash 存储器。
它集成了10/100以太网媒体访问控制器、带4KB 终端RAM 的USB 全速设备、4个UART 、2路CAN 通道、1个SPI 接口、2个同步串行端口（SSP ）、3个I 2C 接口以及1个I 2S 接口等。
LPC2364主要可实现的功能为：通过USB 口与PC 机的数据通信；对FPGA 的读写控制；对输入模拟信号放大倍数的设定。
3系统软件设计3.1FPGA 内部逻辑设计对FPGA 的逻辑设计分为与LPC2364的接口模块、时钟分频模块、内部寄存器模块、采样控制模块、串并转换模块和FIFO 数据缓冲模块，共6个部分。
工作过程为：LPC2364向FPGA 写入控制命令，设定图3自定义FPGA 与ARM 总线时序地址数据线总线时钟线读写线地址数据线总线时钟线读写线写时序地址数据高数据低读时序地址数据高数据低图2AD7656采样数据串行输出时序Dout Dout Dout 图1总体硬件设计结构Dout A Dout B Dout C convst busy nCS sclkAD7656（1）Dout A Dout B Dout C convst busy nCS sclkAD7656（2）Dout A Dout B Dout C convst busy nCS sclkAD7656（3）FPGA EP1C6T144ARM （LPC2364）bus0-bus15W/RADD/DATUSBUSB总线接口CP0CP1CP2AMP0-AMP7PGA103可编程放大器6个PGA103可编程放大器6个PGA103可编程放大器6个82第36卷第2期采集过程的主要参数（采样频率，采样深度等），FPGA 通过逻辑时序电路启动A/D 转换，收集到转换数据后，通过串并转换模块转换为16位并行数据，存入FIFO 中，等待LPC2364取出数据。
采样控制模块的状态机部分程序如下：case current_state is when st0=>cov<=′0′；nCS<=′1′；lock<=′0′；———st0初始状态，cov ：转换控制信号；nCS ：读转换结果输出控制信号，lock ：输出数据锁存控制信号next_state<=st1；———st1启动AD7656，开始转换状态when st1=>cov<=′1′；nCS<=′1′；lock<=′0′；next_state<=st2；when st2=>cov<=′0′；nCS<=′0′；lock<=′0′；———st2转换结束判定状态if （busy =′0′）then ———当检测到AD7656的busy 引脚为0时，if （i<32）then 说明转换过程结束，可以开始读数据了next_state<=st3；———循环串行读出32位采样结果i<=i+1；else i<=0；next_state<=st0；———读完32位数据，系统回到初始状态end if ；else next_state<=st2；end if ；when st3=>cov<=′0′；nCS<=′0′；lock<=′1′；———每读出一位改变一次lock 信号状态next_state<=st2；3.2ARM 驱动程序设计为了提高采集速度和实时性，ARM 主程序在uCOS II 实时操作系统下运行。
