USB接口的高速数据采集卡的设计与实现.

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。

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。

USB接口的高速数据采集卡的设计与实现现代工业生产和科学研究对数据采集的要求日益提高，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。

现在通用的高速数据采集卡一般多是PCI卡或ISA卡，存在以下缺点：安装麻烦；价格昂贵；受计算机*槽数量、地址、中断资源限制，可扩展*差；在一些电磁干扰*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USB是1995年康柏、微软、IBM、DEC等公司为解决传统总线不足而推广的一种新型的通信标准。

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。

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。

1USB数据采集卡原理1.1USB简介通用串行总线适用于净USB*设备连接到主机上，通过PCI总线与PC内部的系统总线连接，实现数据传送。

同时USB又是一种通信协议，支持主系统与其外设之间的数据传送。

USB器件支持热*拔，可以即*即用。

USB1.1支持两种传输速度，既低速1.5Mbps和高速12Mbps，在USB2.0中其速度提高到480Mbps。

USB具有四种传输方式，既控制方式（Controlmode）、中断传输方式（Interruptmode）、批量传输方式（Bulkmode）和等时传输方式（Iochronousmode）。

考虑到USB传输速度较高，如果用只实现USB接口的芯片外加普通控制器（如8051），其处理速度就会很慢而达不到USB传输的要求；如果采用高速微处理器（如DSP），虽然满足了USB传输速率，但成本较高。

所以选择了TI公司内置USB接口的微控制器芯片TUSB3210，开发了具有USB接口的高速数据采集卡。

1.2系统原理图系统原理图如图1所示。

整个系统以TUSB3210为核心，负责启动A/D转换，控制FIFO 的读写及采样频率的设定，与主机之间的通信及数据传输。

USB的高精度多通道数据采集卡设计USB的高精度多通道数据采集卡设计摘要：详细叙述了用USB控制器CY7C68013与A／D转换器ADS8364，构成高精度多路同步数据采集卡的过程，并给出了相应的前端电路和FPGA的控制流程。

数据采集卡通过USB协议进行数据传输，增加了数据传输的有效性和采集卡的通用性。

ADS8364可以进行6通道高精度的数据采集，符合大部分的数据采集要求。

通过运用FPGA对数据采样，传输等进行控制，并在传输过程中进行一些基本的数据处理。

在电子测量中，不仅USB的高精度多通道数据采集卡设计摘要：详细叙述了用USB控制器CY7C68013与A／D转换器ADS8364，构成高精度多路同步数据采集卡的过程，并给出了相应的前端电路和FPGA的控制流程。

数据采集卡通过USB协议进行数据传输，增加了数据传输的有效性和采集卡的通用性。

ADS8364可以进行6通道高精度的数据采集，符合大部分的数据采集要求。

通过运用FPGA对数据采样，传输等进行控制，并在传输过程中进行一些基本的数据处理。

在电子测量中，不仅需要对多路信号进行高精度的采集和预处理，而且要将其快速地传送到计算机，以便于对测量的监测。

文中选用ADS8364来进行多通道信号采集，通过CY7C68013芯片采用USB2．O协议进行数据的快速传输。

1 多通道，高精度的A／D转换ADS8364是美国TI公司生产的高速、低功耗，6通道同步采样16位模数转换器。

ADS8364采用+5 V工作电压，并带有80dB共模抑制的全差分输入通道以及6个4μs连续近似的模数转换器、6个差分采样放大器。

当ADS8364采用5 MHz的外部时钟来控制转换时，它的取样率是250kHz，同时对应于4μs的最大吞吐率，这样，采样和转换共需花费20个时钟周期。

另外，当外部时钟采用5 MHz时，ADS8364的转换时间是3．2μs，对应的采集时间是0．8μs。

因此，为了得到最大的输出数据率，读取数据可以在下一个转换期间进行。

通讯技术数码世界 P.38基于USB接口的高速信号采集系统设计丁传勇 刘婧 翁铁 张燕 天津博远华信科技有限公司摘要：USB接口具有很广的应用，本文把USB3.0与FPGA协议进行高度结合，设计基于USB接口的高速信号采集系统，可供相关人员进行参考。

关键词：USB接口 FPGA通信协议 信号采集USB3.0采用了双总线拓扑结构，可以实现数据的串行通信，无须等待应答包则可以同时同方向输出多个数据包，还可以实现对其它版本USB的兼容，可以有效对数据传送过程中的干扰进行处理。

该串行通信系统中的两条总线采有通信电缆和连接器实现并连，采用星型的拓扑结构，超速总线利用分层的数据信息通信架构，利用了8b/10b 编码和解码方式，可以实现编码过程中的DC平衡，数据信息传送过程中的0、1数量基本一致，持续的0、1数量不会超过5个。

编码的原理是把持续的8位数据划分成低5位数据、高3位数据，两组数据之间填加1个数据控制位，成为10位的数据组。

在进行解码时，把这10位数据转变成contrl+8bi的数据信息，两个控制位可以使USB3.0可以对以下版本进行兼容。

可以实现同步的数据传输、中断传输、控制传输以及块传输，而块传输方式具有超高速数据通信的功能。

1系统硬件设计高速数据采集系统需要等待开关控制信号接通，之后把信号接入到调理电路中滤波、去噪。

再通过模数转换之后传输到USB3.0端口，从而实现数据采集的全过程。

在具体应用过程中，需要利用USB端口把数据采集系统与PC机进行数据连接，通过系统初始化之后，再经过I2C电路和FX3控制芯片来接收到USB端口传送过来的固件程序，对寄存器进行初始化操作之后，再设置好外围电路运行状态，数据采集系统的上位机便可以数据接收。

高速数据采集系统是由软、硬件两部分构成，硬件主要有电源模块、信号调理模块，数据采集处理模块、高速数据传输模块和其它的辅助模块构成。

控制模块的核心主要为FPGA，而数据采集的实现主要依据A/D转换，高速数据传输的技术核心在于USB。

基于USB2.0与FPGA模块的高速数据采集系统的设计实现近年来笔记本电脑迅速普及和更新，其中大部分已经不配置RS232接口，而USB接口已成为今后一段时间PC机与外设接口的主流。

本采集系统的设计构建了一个基于USB接口的多功能通用数据采集、传输平台，将嵌入式系统的实时性、灵活性和PC机强大的数据存储、处理、显示功能结合起来。

该采集系统在智能仪器仪表、测控系统、工控系统等领域有广阔的应用前景。

1 系统总体结构设计1.1 系统总体结构系统总体结构框图如图1所示，系统包括：单片机与USB接口模块、FPGA模块、信号调理及A/D模块。

其中，单片机外围电路相对简单，整个系统主要通过PC机的程序界面控制操作；USB接口负责与PC机通信；FPGA模块负责完成数据的采集与缓存。

1.2 单片机与USB接口模块本设计的目的是构建以PC机为平台的数据采集系统，单片机的功能仅限于接收PC机的命令、控制FPGA工作。

PC机作为整个系统的人机界面，控制整个数据采集系统进行采集、存储和处理。

由此单片机可以选择低成本的8XC51系列。

为了提高系统的灵活性，采用单片机与USB接口芯片分离的方案，选择Philip公司的ISP1581 USB2.0接口芯片。

该芯片与8XC51系列单片机的接口非常简单，可以极大地降低系统成本。

1.3 FPGA模块采用FPGA进行采样控制的最大特点是系统具有重构性和通用性。

设计中采用了Altera 公司的低成本FPGA的Cyclone系列（实际试验时，在更便宜的Acex1k器件上也可以实现），控制高速A/D芯片以20MSPS的速度采样。

FPGA模块的设计具体包括FIFO、单片机接口、A/D控制接口、DMA控制模块和主控制器等子模块的设计。

1.4 PC机端软件平台PC机采集程序使用VC++实现，直接调用Philips公司提供的驱动程序进行数据读写，大大降低了开发难度与风险。

本设计中，PC机端软件设计包括应用程序的界面设计、多线程数据采集、存储与处理模块的设计，以及与USB底层驱动程序的通信动态链接库的设计。

基于USB接口的视频采集卡设计与制作第一章：引言随着数字化技术的飞速发展，人们对影像与多媒体数据的需求越来越高，尤其是视频数据的产生量也不断攀升。

人们不仅需要更高质量、更清晰的画面，也需要更快的传输速度和更广泛的设备接入途径。

USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）接口作为一种高速、简易、灵活的接口方式，因其在数据传输方面突出的优势而被广泛应用于各种设备中。

本文将探讨基于USB接口的视频采集卡设计与制作的相关内容。

第二章：基础知识2.1 USB接口基本原理USB是由英特尔、微软、Compaq、IBM等公司联手开发的一种序列总线标准，目的是解决现有器件与计算机之间数据传输方式的不便。

USB采用主-从结构，通过控制传输方式及周期来实现设备之间的交换。

其工作原理为计算机通过USB控制器驱动传送到USB总线上的数据，在传输到设备时需要遵循USB的协议和标准。

USB由4根线汇聚而成：VCC（电源正极）、GND（电源负极）、D+（数据正极）和D-（数据负极）。

2.2 视频信号获取原理视频信号是电视信号的一种，在传输和处理过程中需要转换成数字信号，视频采集卡则是专门负责将模拟信号转换成数字信号的设备。

视频信号的采集过程一般经过模数转换、滤波、降噪等流程。

典型的采集卡有普通USB接口的“全能采集卡”和PCI接口的“高速采集卡”。

全能采集卡更加灵活，可接受多种视频信号输入，并可进行采集、编码、存储、加密等多种操作。

而高速采集卡则可以在短时间内采集大量数据，速度比其他采集卡更快。

第三章：设计与实现3.1 设计方案本文主要使用STM32F103单片机作为主控芯片，MAX14872芯片为USB接口控制器。

在模拟电路方面，使用多路交换器、信号放大器等模拟电路对模拟信号进行处理。

同时为了满足不同类型的视频信号输入，特别针对PAL、NTSC、SECAM等不同信号进行优化处理。

同时为了保证数据传输的稳定性和可靠性，在硬件方面采用多路滤波器等硬件设施来保证稳定的数据传输。

基于USB接口的高速信号采集系统设计摘要:随着科技发展水平的提升，很多地区已经基于USB接口设计了高速信号采集系统，能够有效提升数据传输效率。

因此相关单位应该注重提升高速信号采集系统的设计力度，不断提升信号采集系统的应用效果，从而进一步提升信号采集速度。

本文首先分析高速信号采集系统硬件设计方式，其次探讨系统软件部分设计方式，以期对相关研究产生一定的参考价值。

关键词：USB接口；高速信号采集系统；设计1高速信号采集系统硬件设计方式在高速信号采集系统运行时，应该先开启与待采集信号处于对应关系的开关控制信号，然后将信号送入到电路调理模块之中，分别开展滤波处理、去噪处理等，在妥善处理好信号以后，需要将信号转送到A/D转换器中完成模数转换工作，然后借助FPGA使FX3信号传输模块、采集模块能够顺利完成数据传输，使用FX3信号传输模块从存储模块中的数据中完成提取采集工作，并将其传输到USB3.0接口处，方可完成数据采集、数据传输工作。

在设计高速信号采集系统硬件部分的时候，应该先借助USB接口将数据采集传输系统和计算机连接在一起，在信号采集系统完成初始化驱动操作以后，设计人员应该借助I2C芯片、FX3芯片获得USB接口处的固件程序，在芯片寄存器已经完成初始化处理以后，应该妥善设计好外围电路运行情况，此时上位机可以直接识别出数据采集系统、数据传输系统。

高速信号采集系统主要包括硬件部分和软件部分，在开展前端设计工作的时候，需要使用信号调理模块、数据采集模块、控制模块，常使用的控制模块是FPGA，一般设计人员会将A/D转换器作为数据采集模块的核心部分，将USB视为高速数据传输模块的核心构成部分，为了使数据能够顺利完成A/D转换，设计人员应该在数据采集系统设计3个模拟开关，考虑到系统设计成本、FCB成品体积比较小的需求，设计人员可以在系统设计中使用多路复用开关，使用分时复用方式能够使A/D转换芯片实现共享目标，或是引进多路开关[1]。

基于USB接口数据采集卡的设计与实现USB接口数据采集卡是一种常用于电子设备和计算机之间进行数据交互的设备。

它具有方便、快捷、稳定等特点，并且可以通过USB接口直接与计算机连接。

下面是一个USB接口数据采集卡的设计与实现的详细介绍：一、设计思路USB接口数据采集卡主要由AD转换器、微控制器、USB控制器以及外部电路等组成。

其主要工作原理是通过AD转换器将模拟信号转换为数字信号，然后使用微控制器对数字信号进行处理和存储，最后利用USB接口和计算机进行数据交互。

二、硬件设计2. 微控制器：选择适合USB通信的微控制器，如ATmega32U4、该微控制器具有丰富的外设功能和高速USB接口，能够满足数据采集的要求。

B控制器：选择成熟的USB控制器芯片，如CH340G。

它能够实现USB接口的逻辑转换，使得USB接口能够连接到计算机上。

4.外部电路：包括电源电路、时钟电路、滤波电路等。

其中，电源电路为采集卡提供工作电压和电流，时钟电路为微控制器提供时序信号。

三、软件设计1. USB驱动程序：设计和实现USB接口的驱动程序，使得计算机能够与采集卡进行数据交互。

可以使用如libusb等库函数简化开发过程。

2.数据处理程序：在微控制器中编写数据处理程序，包括数据采集、数据存储、数据传输等功能。

采集到的模拟信号通过AD转换器转换为数字数据，然后存储在微控制器的内部存储器中，最后通过USB接口传输给计算机。

3.上位机程序：设计和实现计算机上的上位机程序，用于接收和处理采集卡传输的数据。

通过该程序，用户可以实时监测和分析采集卡采集到的数据。

四、实现步骤1.进行硬件电路设计和布局，包括电源电路、时钟电路、AD转换器等。

2.利用开发板进行相关软件编程，并将测试程序烧录到微控制器中。

3.进行硬件的连接、测试和调试，确保硬件电路和软件功能正常。

4.设计并实现上位机程序，运行该程序进行数据采集和分析。

五、实现效果经过以上步骤，USB接口数据采集卡设计与实现完毕。

具有USB2.0接口的高速数据采集卡设计摘要讨论基于接口的高速数据采集卡的设计与实现。

详细讲述数据采集卡的硬件部分设计，并简要介绍固件程序、驱动程序和应用软件的设计。

关键词20固件程序主从系统引言数据采集在现代工业生产及科学研究中的重要地位日益突出，并且实时高速数据采集的要求也不断提高。

在信号测量、图像处理、音频信号处理等一些高速、高精度的测量中，都需要进行高速数据采集。

现在通用的高速数据采集卡一般多是卡或卡，这些采集卡存在很多缺点，比如安装麻烦，价格昂贵，尤其是受计算机插槽数量、地址、中断资源的限制，可扩展性差。

通用串行总线是用来连接外围设备与计算机之间的新式标准接口总线。

它是一种快速、双向、同步传输、廉价的并可以实现热拔插的串行接口。

技术是为实现计算机和通信集成而提出的一种用于扩充体系结构的工业标准。

基于接口的高速数据采集卡，充分利用了总线的优点，它也必将被越来越多的用户所接受。

1数据采集卡原理11简介是英文的缩写，中文含义是通用串行总线。

它支持在主机与各式各样即插即用的外设之间进行数据传输。

它由主机预定传输数据的标准协议，在总线上的各种设备分享总线带宽。

当总线上的外设和主机在运行时，允许自由添加、设置、使用以及拆除一个或多个外设。

总线技术的提出就是想利用单一的总线技术，来满足多种应用领域的需要。

11协议支持两种传输速度，即低速15和高速12。

为了在高速接口之争中占有一席之地，2000年发布了20协议，它向下兼容11协议，数据的最高传输速率提高到480，这就使对打印机和其它需要快速传递大容量数据的外设更具吸引力。

为了满足实际数据采集传输速度较高的需要，选择了公司的内置接口微控制器芯片2系列，开发了具有接口的高速数据采集卡。

12系统框图系统是一个主从系统，而非对等--系统。

在主从系统中，命令是由主设备发出，而从设备只能接收命令，只有在主设备读取数据时，从设备才能提交数据。

如图1所示，在控制器与外围电路之间需要一个，来充当数据的缓存区。

基于USB2．0接口的同步高速数据采集的设计基于USB2．0接口的同步高速数据采集的设计基于USB2．0接口的同步高速数据采集的设计基于USB2．0接口的同步高速数据采集的设计随着计算机技术的迅速发展,对外部总线速度的要求越来越高。

通用串行总线(Universal Serial Bus,即USB总线)凭借其即插即用、热插拔以及较高的传输速率等优点,成为PC机与外设连接的普遍标准。

在许多便携式电脑上,已经找不到RS-232接口。

迄今为止,常用的USB 总线标准有1998年发布的USBl.1版本和2000年发布的USB2.0版本。

其中1.1版本支持两种传输速率:1.5Mbps和12Mbps,主要应用在低速传输要求的场合;而2.0版本面向高数据率传输的场合,支持480Mbps的传输速度,并向下完全兼容USBl.1协议。

在实际应用中,通常会遇到一些突发信号,需要对其进行高速采集,对数据进行高速传输,所以USB2.0标准自然成为首选。

以Cypress公司的EZ-USB FX2系列中的CY7C68013芯片作为核心控制器,设计开发了一套符合USB2.0标准的高速同步数据采集器。

1 CY7C68013芯片·CY7C68013内部集成了一个增强型的51内核,其指令集与标准的8051兼容,并且在多方面有所改进。

例如:最高工作频率可达48MHz,一个指令周期为4个时钟周期,两个UART接口,三个定时计数器,一个I2C接口引擎等。

·为了满足与各种不同类型外设的互联需要,芯片中集成了一个GPIF模块,让用户可以按照外设的时序进行波形编辑,而不需要复杂的程序描述,就可以保证GPIF与内部.FIFO的协调工作,实现芯片与高速外围设备之间的逻辑连接和高速数据传输。

这对于开发者来说是相当友好的。

笔者就是利用这一特性,实现数据的高速同步采集及传输。

2 同步高速数据采集芯片AD7862 AD7862是AD公司推出的高速、低功耗、双极性12位的A/D转换芯片,其中包含了两个独立的快速ADC模块(允许同时采样和转换两路信号)、4路模拟输入信号(VAl、VA2、VBl、VB2)、2.5V的内部电压基准以及一个12位的高速并行接口。

STM32的USB数据采集模块的设计与实现通用串行总线(USB，universal serial bus)由于具,有高传输速率、即插即用和易于扩展等优点而被广泛应用于计算机外设、数字设备和仪器仪表等领域。

ARM嵌入式处理器因其低廉的成本和较好的性能被广泛地应用于企业应用、汽车系统、家庭网络和无线技术等市场领域。

将USB与ARM相结合是进行数据采集、处理与传输的理想解决方案。

1 USB数据采集系统概述USB数据采集系统由主机和USB设备两部分组成，如图1所示。

本系统中，PC作为USB主机，USB 采集模块作为USB设备，通过USB接口与主机相连。

模块与主机连接之后，主机能够正确识别设备并将设备初始化(枚举)。

设备初始化完毕后，主机向采集模块发送采集命令和任务参数。

采集模块正确接收命令后将命令解析并执行，然后通过USB接口将采集到的数据回传到主机上。

从层次上划分，USB系统的软、硬件资源可划分为3个层次：总线接口层、设备层及功能层。

接口层涉及的是具体的物理层，主要实现物理信号和数据包的交互，它包括物理链接、电信号环境和包传输机制；设备层主要提供USB基本协议栈，执行通用的USB的各种操作和请求命令，从逻辑上讲就是USB系统软件与USB逻辑设备之间的数据交换；功能层提供每个USB设备所需的特定功能，包括客户应用软件和设备功能块，它们之问有直接的逻辑对应关系。

这种对应关系说明在逻辑上客户应用软件只需考虑如何实现具体设备功能即可。

USB的层次结构对应关系如图2所示。

2 数据采集系统方案设计在系统开发中选用集成度高的器件，不仅开发方便，而且所开发的系统的性能及其可靠性也较高。

另一一方面，由于USB接口设备是采用总线供电的，考虑到总线输出功率有限，尽量采用集成度高的器件有利于降低USB总线的负荷。

但选用集成度高的器件及其开发工具会导致成本的提高，所以要综合各种因素统筹考虑。

当前，USB的开发方法主要有两种：一种采用具有USB接口的MCU，另一种采用普通MCU和USB 通信芯片。

具有USB2.0接口的高速数据采集卡设计引言数据采集在现代工业生产及科学研究中的重要地位日益突出，并且实时高速数据采集的要求也不断提高。

在信号测量、图像处理、音频信号处理等一些高速、高精度的测量中，都需要进行高速数据采集。

现在通用的高速数据采集卡一般多是PCI卡或ISA卡，这些采集卡存在很多缺点，比如安装麻烦，价格昂贵，尤其是受计算机*槽数量、地址、中断资源的限制，可扩展*差。

通用串行总线USB是用来连接*设备与计算机之间的新式标准接口总线。

它是一种快速、双向、同步传输、廉价的并可以实现热拔*的串行接口。

USB技术是为实现计算机和通信集成而提出的一种用于扩充PC体系结构的工业标准。

基于USB接口的高速数据采集卡，充分利用了USB总线的优点，它也必将被越来越多的用户所接受。

1USB数据采集卡原理1.1USB简介USB是英文UniversalSerialBus的缩写，中文含义是“通用串行总线”。

它支持在主机与各式各样即*即用的外设之间进行数据传输。

它由主机预定传输数据的标准协议，在总线上的各种设备分享USB总线带宽。

当总线上的外设和主机在运行时，允许自由添加、设置、使用以及拆除一个或多个外设。

USB总线技术的提出就是想利用单一的总线技术，来满足多种应用领域的需要。

USB1.1协议支持两种传输速度，即低速1.5Mbps和高速12Mbps。

为了在高速接口之争中占有一席之地，2000年发布了USB2.0协议，它向下兼容USB1.1协议，数据的最高传输速率提高到480Mbps，这就使USB对打印机和其它需要快速传递大容量数据的外设更具吸引力。

为了满足实际数据采集USB传输速度较高的需要，选择了Cypress公司的内置USB接口微控制器芯片EZUSBFX2系列，开发了具有USB接口的高速数据采集卡。

1.2系统框图USB系统是一个主从系统，而非对等（peer-to-peer）系统。

在主从系统中，命令是由主设备发出，而从设备只能接收命令，只有在主设备读取数据时，从设备才能提交数据。

基于USB总线数据采集系统设计与实现专业：机电一体化年级：姓名：完成日期：年月日摘要本文介绍了一种基于通用串行总线USB(Universal Serial Bus)的数据采集系统设计。

随着用户对数据采集系统要求的不断提高,USB接口以其简单易用、速度快而被广大用户所接受。

本论文所阐述的数据采集系统采用了集成了微处理器的USB接口芯片PDIUSBDI2来完成采样控制并与PC机应用程序完成系统通信功能,由应用程序完成用户命令及数据的显示。

该系统采用USB总线取代传统的数据采集总线,通过对USB协议和设备构架的理解,对数据采集系统进行了硬件设计和软件设计。

硬件设计主要解决了控制器与主机通信问题,数据采样、模拟输出、I/O扩展等电路设计以及它们之间的接口。

软件编程主要分为三部分:一是为满足获得最大传输速率和运行效率的固件程序编程;二是为用户提供的以动态链接库形式封装的功能函数;三是提供演示和测试的控制面板程序,并为系统提供了两个应用实例。

除此之外,论文还介绍了设备驱动程序的开发,并在文章结尾对USB的应用前景进行了探索。

关键词：USB总线；单片机；数据采集；固件；Windows驱动程序模型；设备驱动程序目录第一章绪论 (5)1.1 课题背景 (5)1.2 课题的提出 (5)1.3 USB串行总线优势 (6)1.4 本课题研究的内容和意义 (7)第二章USB概要设计 (9)2.1 USB传输要件 (9)2.2 事务、信息包和联络信号 (9)2.3 USB的传输结构 (10)2.4 USB总线枚举过程 (13)2.5 USB的设备描述符 (14)2.6 USB请求 (15)第三章数据采集系统的硬件设计 (17)3.1 硬件系统的结构 (17)3.2 芯片选择 (17)3.2.1 ADC0809 (18)3.2.2 AT89C51 (20)3.2.3 PDIUSBD12 (21)3.3 接口硬件电路设计 (24)3.3.1 A/D与单片机接口电路 (25)3.3.2 PDIUSBDI2与单片机接口电路 (25)第四章数据采集系统软件设计 (27)4.1 A/D转换时序控制 (27)4.2 固件的开发 (27)4.3 采用PDIUSBD12的固件设计 (28)4.3.1 驱动的开发工具 (28)4.3.2 PDIUSBD12固件程序的编写 (29)4.4 固件结构 (30)4.5 固件的编程实现 (32)4.5.1 底层函数 (32)4.5.2 命令接口 (32)4.5.3 中断服务程序ISR.C (34)4.5.4 主循环MAINLOOP.C (36)第五章USB设备驱动及应用程序设计 (40)5.1 USB设备驱动程序 (40)5.2USB设备应用程序设计 (46)第六章结论 (49)参考文献 (50)附录 (51)第一章绪论本次毕业设计的数据采集系统是在单片机AT89C51控制下进行数据采集，并通过PHILIPS公司的USB接口芯片PDIUSBDI2上传给PC机进行分析、显示和存盘。

高速USB数据采集系统的设计在图像处理、瞬态信号测量等一些高速、高精度的应用中，需要进行高速数据采集。

USB 2.0接口以其高速率等优点渐有取代传统ISA及PCI数据总线的趋势，热插拔特性也使其成为各种PC外设的首选接口。

EZ-USB FX2是Cypress公司推出的集成USB 2.0的微处理器，它集成了USB 2.0收发器、SIE(串行接口引擎)、增强的8051微控制器和可编程的外围接口。

本文将介绍基于EZ-USB FX2系列CY7C68013芯片的高速数据采集系统的设计，该系统具有限幅保护功能，固件和驱动程序的编写简便，能够完成对数据的高速采集和传送。

数据采集系统方案设计数据采集系统的框图如图1所示，硬件电路如图2所示。

其中，AD1674是l2位模数转换芯片，采用逐次比较方式工作。

CPLD主要用于控制ADC以及FIFO的时序、控制ADC的启动与停止和查询ADC的状态等。

FIFO主要起着高速数据缓冲的作用。

图1 数据采集系统框图图2 系统硬件电路CY7C68013和AD1674之间通过CPLD连接，实现相关控制线和数据线的译码。

在CY7C68013的控制下，首先对AD1674进行间隔采样，然后把结果传送到FIFO中，当采集到一定量的数据后，CY7C68013将数据打包通过USB总线传到PC，由高级应用程序进行数据处理。

扩展的RS232接口可以和外部设备进行通信。

上电时，CY7C68013从外部的E2PROM中通过I2C总线自动装载到内部的RAM中，便于固件的修改和升级。

数据采集前端的调理电路如图3所示，本设计采用了限幅、降压、滤波和增加输入阻抗的措施来保护后端的转换芯片。

驱动程序和固件设计USB设备驱动程序基于WDM。

WDM型驱动程序是内核程序，与标准的Win32用户态程序不同，采用了分层处理的方法。

通过它用户无须直接与硬件打交道，只需通过下层驱动程序提供的接口访问硬件。

因此，USB设备驱动程序不必具体对硬件编程，所有的USB命令、读写操作通过总线驱动程序转给USB设备。

Niosll和USB接口的高速数据采集卡设计Niosll和USB接口的高速数据采集卡设计引言随着现代工业生产和科学研究对数据采集的要求日益提高，在瞬态信号测量、图像信号处理等一些高速、高精度的测量中，都迫切需要进行高速数据采集(如雷达信号分析、超音波信号分析)；而进行数字处理的先决条件是将所研究的对象数字化，因此数据采集与处理技术日益得到重视。

在图像信号处理、瞬态信号检测、工业过程检测和监控等领域，更是要求高速度、高精度、高实时性的数据采集与处理技术Niosll和USB接口的高速数据采集卡设计引言随着现代工业生产和科学研究对数据采集的要求日益提高，在瞬态信号测量、图像信号处理等一些高速、高精度的测量中，都迫切需要进行高速数据采集(如雷达信号分析、超音波信号分析)；而进行数字处理的先决条件是将所研究的对象数字化，因此数据采集与处理技术日益得到重视。

在图像信号处理、瞬态信号检测、工业过程检测和监控等领域，更是要求高速度、高精度、高实时性的数据采集与处理技术。

现在的高速数据采集处理卡一般采用高性能数字信号处理器(DSP)和高速总线技术的框架结构。

DSP用于完成计算量巨大的实时处理算法，高速总线技术则完成处理结果或者采样数据的快速传输。

DSP主要采用TI 和ADI公司的产品，高速总线可以采用ISA、PCI、USB等总线技术。

其中PCI 卡或ISA卡安装麻烦，价格昂贵，受计算机插槽数量、地址、中断资源的限制，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，易导致采集的数据失真。

通用串行总线USB是为解决传统总线不足而推广的一种新型的通信标准。

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发展趋势。

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

1 系统硬件设计本系统主要是基于USB2．O的S1ave FIFO模式，在FPGA控制下完成双通道、不同速率的数据的采集和发送，全兼容USB2．O总线接口标准，其数据的采样率可高达65 Msps；适用于较高速动态信号的实时记录采集，其硬件系统总体结构框图如图1所示。