USB接口的高速数据采集卡的设计与实现
基于USB2.0接口的高速数据采集系统设计
Ａｂｓｒ ｔ Ｔｈｉ ｐａ ｒ ｎｔｏｄ ｅ ｔ ｓ ｔ ｔａｃ ： ｓ ｐｅ ｉ ｒ ｕｃ ｓ ｈｅ ｏｆｗａｒ ａ ｈａ ｄ ａ ｅ ｅ ｎｄ ｒ ｗ ｒ ｄｅ ｉ ｏｆ ｈｉ ｓ ｅ ｄ ｔ ａ ｑｕ ｓｔｏｎ ｙ ｔ ｍ ｂ ｓ ｄ ｓｇｎ ａ ｇｈ ｐｅ ｄ ａ ａ ｃ ｉ ｉｉ ｓ ｓ ｅ ａ ｅ ｏｎ
驱 动 程序 设 计 和 应 用程 序 设 计 ３部 分 组 成 。事 实证 明 ， 基 于 ２ ０接 口 的 高速 数 据 采 集 系统 完全 满 足 设 计 和 使 用要 求 。 该 ．
关键 词 ： Ｂ ２ ０ 数 据 采 集 ； Ｙ７ ８ １ ； 件 设 计 ＵＳ ． ； Ｃ Ｃ６ ０ ３ 软 中图分类号 ： ３４７ ＴＰ ３ ． 文 献标 识 码 ： Ｂ 文 章 编 号 ： ０ ４—３ ３ ２ ０ ） ４ ６ ０ １０ ７ Ｘ（ ０ ７ ２ —０ ９— ４
ｗ ａ ｅ ｄｅ ｉ ｎ， ｒｖ ｒ ｐ ｏ ａ ｓｉｎ ａ ｄ ａ ｐｌｃ ｔｏｎ ｐｒ ｇｒ ｍ ｅ ｉ ．Ｉ ｓ ｐｒ ｖｅ ｈａ ｈｅ ｓ ｔ ｍ ａｎ ａ ｓ ｕｔ ｌ ｕｆｌ ｔ ｓｇ ｒ ｓ ｇ ｄ ｉｅ ｒ ｇｒ ｍ ｄｅ ｇ ｎ ｐ ｉａ ｉ ｏ ａ ｄ ｓｇｎ ｔｉ ｏ ｄ ｔ ｔｔ ｙｓ ｅ ｃ ｂ ｏｌ ｅ ｙ ｆ ｉｌ ｈｅｄｅ ｉｎ ａ ｓ ｅ ｎｄ ｕ ｅ ｒ ｑｕｅ ｔ ｓ．
基于USB接口的高速信号采集系统设计
基于 USB 接口的高速信号采集系统设计发布时间：2022-10-22T11:59:31.446Z 来源：《科学与技术》2022年第12期作者：汪润李煜乾武鹏飞董帅良王乾[导读] 随着科技发展水平的提升汪润李煜乾武鹏飞董帅良王乾北方自动控制技术研究所 030006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USB2.0的高速数据采集器设计
基于USB2.0的高速数据采集器设计USB2.0数据采集系统包括硬件和软件两个方面，本文对基于USB2.0的高速数据采集系统进行了研究，完成对USB2.0高速数据采集系统的硬件电路设计，而软件方面则选取Cypress公司的FX2系列的芯片进行框架搭建和驱动软件编写。
标签：硬件设计；软件编写；AD78620 引言科学技术的发展使数据采集在各个方面的运用越来越多。
因此应用背景对高速数据采集系统提出了越来越高的要求。
USB2.0接口是计算机重要的外设接口，现如今已广泛推广开来，它具有使用方便，传输速度快、稳定性高、占用系统资源少、与外部接口简单等特点。
因此选择采用USB2.0来完成对数据的采集和传输，十分符合现如今的需求。
基于USB2.O的高速数据采集系统正是在这样的趋势下应运而生。
设计开发时选择了在市场上具有最优的性价比的Cypress公司的EZ-USBFX2系列的CY7C68013芯片，以此为平台开发高速数据采集器。
1 总体设计设计高速数据采集器主要包括三个方面：高速数据采集芯片AD7862、硬件设计、软件设计。
采集芯片AD7862：该芯片是AD公司生产的双核12位A/D转换芯片，即内置两个可以同时工作的A/D转换器，因此可以满足高速采集数据的要求。
两个采样放大器和两个A/D转换可以对两路模拟输入信号同时采样和转换。
芯片正常运行时内置5V基准电压且功耗只有60mW，所以适合USB设备使用。
在采集过程中，转换开始低电平有效，下降沿触发开始转换，保持两个采样放大器保持平稳。
BUSY信号此时为高电平，表示转换还未结束。
直到A/D转换完毕才回到低电平。
转换结束后AO用于两路模拟信号（V A1、V A2和VB1、VB2）地址选择。
2 硬件设计EZ-USBFX2芯片：CY7C68013，具有高效GPIF和智能SIE特点，可使数据传输和采集达到USB2.0可通过率的最大值，而且能处理兼容性的问题，扩大了采集器的应用范围。
基于USB接口的数据采集卡的设计论文(硬件部分)
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接口的微型高速数据采集系统的硬件设计
169基于USB 接口的微型高速数据采集系统的硬件设计接口的微型高速数据采集系统的硬件设计崔競1 张斌珍1 宋志平2 贾小娟1*（1、中北大学 电子测试技术国家重点实验室 山西太原 030051）（2、中船重工702所 江苏无锡 2140812）摘要摘要：：本文介绍了一种基于高速模数转换器 、大规模可编程逻辑器件FPGA 和 FLASH 存储芯片及USB 接口的微型多路高速数据采集系统结构设计、硬件设计及抗干扰设计，并对该系统在实际调试过程中的遇到的问题进行了分析，最终通过实验验证，证明该系统工作正常，在高速数据传输、存储及显示等方面具有较高的实用价值。
关键词关键词：：USB ；FPGA；高速数据采集；多路The Hardware Design Of Miniature High Speed DataAcquisition System Based On USB InterfaceCUI Jing ZHANG Binzhen SONG Zhiping JIA Xiaojuan(Key Lab of Instrumentation Science & Dynamic Measurement (North University of China), Ministry of EducationTaiYuan, 030051,China)Abstract:The text introduces a design of configuration,hardware and anti-jamming of Multi-channels high speed data acquisition system which is based on ADC,FPGA ， USB and FLASH, analyses the problems which were found by actual debugging, got the solution. Finally, by experimenting,it proves that the system works well and has obviously high practical value in high speed data acquisition,storage and display.Keywords: FPGA ；High Speed Data Acquisition ；Multi-Channels0 0 引言引言引言数据采集技术是信息科学的一个重要分支， 与传感器技术、信号处理技术、计算机技术共同构成了现代检测技术的基础。
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。
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接口的高速信号采集系统设计
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。
USB接口数据采集卡的设计
机 的命令对 ＭＤ转换进行控 制 ， 另一方 面， 它对转换后 的数 据进
行处理后规范为 Ｕ Ｂ协议规定的数据包格式发送 给主机 ，从 而 Ｓ
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Ｄ — Ｇ Ｄ Ｎ 串行 — — ＿◆ 接口 引擎 Ｉ Ｍ 认
２１ 年 第９卷 第 ３ 总第 １６ ） ００ 期（ ４期
器 、 ｎｈｒＣ ｒ 、增 强型 ８ ５ 、Ｋ Ａ ｃｏ ｏ ｎ ０ １ ８ Ｂ的片 内 Ｒ Ｍ及 Ｙ Ａ Ｏ接 口等 。 其电路体积小，执行 速度快 。ＡＮ １ １Ｃ的简要结构如 图 ２ ２ ２３Ｓ — 所
示：
４１
上 电时 ， 自动从主机或外部 的 Ｅ Ｐ Ｏ 中 自动加载 ８５ 将 ＥＲ Ｍ ０ １固件 代码 ， 可以随时加载 、 并 多次加载。 这给开发人员带来了极大 的方 便， 他们可 以随时更改或 升级 固件代码 ， 而不 需使用额外 的编程 器和其他开发装 置。这种机制 的不利 是延长了 Ｕ Ｂ设备 的列举 Ｓ 时间， 增加 了驱动程序 的复杂性 。ＡＮ １ １Ｃ各管脚功能及其在 ２ ３Ｓ 电路 中的接法如表 ２ ｌ ： 一 田 ２ Ａ Ｄ转换 模块 的设 计。本０ ２ｉ 所选 用的 ＭＤ转换器是 ８ 、／ ￣ ｔ
中图分类号：Ｐ ３ ． Ｔ ３ ４７ Leabharlann 引 言 文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：６ １８ ８ （０ ０ ０ — ０ ０ ０ １７ — ０ ９２ １ ）３ ０４ － ３
一
、
上位机
数据 采集（ａａＡ ｑ ｉｔ ｎ是获取信息 的基本手段 ， 据采 Ｄ ｔ ｃ ｕ ｉｏ） ｓｉ 数
集技术作 为信息科学的一个重要分支 ， 是与传感器 、 信号测量与 处理、 微型计算机等技术为基础而形成的一 门综合应用技术 。它 研究信息数据 的采集、 存储、 处理及控制等作业 ， 具有很强 的实用 性。而利用 Ｕ Ｂ总线接 口比较容易 的实现低成本 、 Ｓ 高可靠 性的多
基于USB接口的视频采集卡设计与制作
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。
USB接口的高速数据采集卡的设计与实现
USB接口的高速数据采集卡的设计与实现摘要：讨论了基于USB接口的高速数据采集卡的实现。
该系统采用TI公司的TUSB3210芯片作为USB通信及主控芯片，完全符合USB1.1协议，是一种新型的数据采集卡。
关键词：USB A/D FIFO 固件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。
1 USB数据采集卡原理1.1 USB简介通用串行总线适用于净USB外围设备连接到主机上，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器件支持热插拔，可以即插即用。
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（Control mode）、中断传输方式（Interrupt mode）、批量传输方式（Bulk mode）和等时传输方式（Iochronous mode）。
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。
最新-具有USB2.0接口的高速数据采集卡设计 精品
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。
基于虚拟仪器的USB高速数据采集卡设计
Ｐ９ ５ ２及 Ｐ ＩＳ Ｄ ２为核 心器 件 ； ８Ｃ８ Ｘ ＤＵ Ｂ １ 利用 单片 机完成 Ａ Ｄ转 换 ， ／ 调用 Ｕ Ｂ固件 发送 采 样数 据 到 Ｕ Ｂ总线 ； 位机 在 Ｗｉ ｏ ｓ００ Ｓ Ｓ 上 ｎ ｗ２０ ｄ
平台上 利用 Ｖ ６０ Ｗｉｄｗ２０ Ｄ 、 ｒｅ ｒｓ 虚拟 仪器 数据采 集卡 ＷＤ Ｃ ． 、 ｎ ｏ ｓ ０Ｄ Ｋ Ｄ ｖｒ ｋ 对 ０ ｉ Ｗｏ Ｍ驱 动程序 进行 开发 ； 用 ｋｂ ｎ０ ｃ Ｉ 利 ｗｉｄｗ Ｖ 开发上 位 机 监控 界面 。整个 系统调试 成 功 ， 以作为数 据采集 模块 供虚 拟仪器 实验 使用 。 可
０ 引 言
信息技术与 电子技 术 的迅 猛发展 ， 得计算 机 和 使 外围设备得 到飞速发展和广泛应用 。过去人们单纯追 求计算机与外设之 间的传输速度 ， 现在 纠错能力 和操 作安装 的简易性则成为人们关 注的 目标 。通用 串行总
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。Ｕ Ｂ接 口正好解决 了这方面的 Ｓ 问题 。虚拟仪器的使用方便 、 易操作 ， 在工控行业得到
扬 帆 李 国平 赵 竟
善 蒸
４０７ ） ３０３
（ 武汉 工程 大学 电气信 息学院 ， 武汉
摘
要 ：针对组 建 虚拟仪器 实验 室 的数 据采集 部分 ， 用 Ｕ Ｂ 据采 集 的设 计 方案 。采 集 系统硬 件选 用 Ｐｉｐ 公 司 的增 强 型单 片机 采 Ｓ数 ｈｉ ｌｓ
输速度 、 强纠错能力 、 易扩 展性与方便 的即插即用有机 地结合在一 起。尽 管 目前 Ｕ Ｂ接 口的应 用 主要集 中 Ｓ 在 电脑 的周边外设 ， 但是 Ｕ Ｂ产品进入 工控领域将 是 Ｓ
基于USB接口数据采集卡的设计与实现
USB接口多路高速数据采集系统的设计
USB接口多路高速数据采集系统的设计引言在日常的测试测量中，经常使用数据采集卡采集数据。
但是很多数据采集卡往往通过PCI 总线完成数据的传输，它有诸多弊端，例如操作不便，受限于计算机插槽数量和中断资源，现场信号对计算机安全有威胁，计算机内部的强电磁干扰对被测信号也会造成很大的影响，最耗时最复杂的数据分析却由用户通过第三方软件(如VC，VB 等) 在PC 机上编写上位机软件来完成，因此用户不得不在这方面花费大量精力。
这些问题都遏制了基于PCI 总线的数据采集系统的进一步开发和应用，因此迫切需要设计一种更为简便通用的高速数据采集通信系统来完成数据采集以及与计算机的数据交互。
近年来通用串行总线(USB)以即插即用等技术优势得到了广泛的应用，INTEL等公司最近公布了USB 3.0 主控制器规范，该标准的数据传输速率有望达5Gbps，且支持双向同时传输，完全可以满足实时数据采集的要求。
LABVIEW 是美国NI 公司基于图形化编程语言的虚拟仪器开发环境，内置信号采集、测量分析与数据显示功能，集开发、调试、运行于一体，其交互式的Express VI 易与各种范围的I/O 信号连接，可以非常容易地与各种主流的现场总线通信以及与大多数通用数据库链接，大大简化了开发进程。
如果根据DSP 本身的特点，把DSP 集成到采集卡上，并把数据采集和部分数据处理工作留给DSP 来完成，然后计算机再利用LABVIEW 强大的数据处理显示功能，这无疑将大大提高测量速度和精度。
系统总体设计方案本文提出了一种基于LABVIEW 的USB 接口高速数据采集系统的设计，充分利用DSP 丰富的片上外设以及高性能的数字信号处理能力，将采集的数据经DSP 处理后通过高速USB 接口传输到PC 机上，通过LABVIEW 软件按照用户的特定要求来处理并显示。
TMS320F2812 型DSP 芯片是TI 公司推出的具有高速处理能力。
基于USB接口的数据采集系统设计与实现答辩ppt
01 第一章 绪论
第一部分：选题的背景与意义
研究背景：随着现代通信技术的进步和应用场景的扩大，数据采集 卡成为自动化控制工程研究的焦点。从模拟量测量仪器到数字量高 精度测试系统，再到工业现场测控设备，数据采集卡在其中起到关 键作用。
意义：探讨如何在数据采集系统中集成 USB3.0 接口芯片，利用 USB3.0 接 口的强大传输性能，实现对采集到的数据进行实时采集、传输和分析还原。
国内外研究现状分析
国内研究现状
在国外有许多专门从事 USB 采集卡的研发和生产的企 业，包括 National Instruments、Alazartech、 SPDevices、GAGE 等知名公司。
国外研究现状
在国内，起步相对较晚。由于技术尚未完全成熟，即使是像阿 尔泰、研华公司这样的国内领先企业生产的 USB 采集卡，在 性能稳定性、采集精度和速度方面也存在很大的提升潜力。
3INF文件
INF文件是一种以段落形式组织 的文本文件，其主要功能是指 导驱动程序的安装过程。
FX3的应用程序开发设计
上位机应用程序界面
上位机软件功能及 界面
在 VC++6.0 环境下成功开发了 上位机应用程序。该应用程序 具有良好的通用性、可移植性 及可扩展性，能够实现数据采 集过程的启动和停止、数据的 存储和回放、波形的显示和优 化等功能，并且界面简洁直观，
易于操作。
FX3的应用程序开发设计
上位机软件流程图上位Fra bibliotek软件工作 流程
上位机软件的核心功能包括 USB 设备检测和数据采集过程的启动 和停止，通过点击采集或停止按 钮控制数据采集和传输，提供众 多附加功能，由按钮和复选框共 同控制，还介绍了上位机程序开 发中一些特殊问题的解决方案。
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。
具有USB2.0接口的高速数据采集卡设计
具有USB2.0接口的高速数据采集卡设计摘要：讨论基于USB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：USB2.0 FPFO FPGA 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，尤其是受计算机插槽数量、地址、中断资源的限制，可扩展性差。
通用串行总线USB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。
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。
1 USB数据采集卡原理1.1 USB简介USB是英文Universal Serial Bus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EZUSB FX2系列，开发了具有USB接口的高速数据采集卡。
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摘要：讨论了基于USB接口的高速数据采集卡的实现。
该系统采用TI公司的TUSB3210芯片作为USB通信及主控芯片,完全符合USB1.1协议,是一种新型的数据采集卡。
关键词：USB A/D FIFO 固件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。
1 USB数据采集卡原理1.1 USB简介通用串行总线适用于净USB外围设备连接到主机上,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器件支持热插拔,可以即插即用。
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（Control mode）、中断传输方式（Interrupt mode）、批量传输方式（Bulk mode）和等时传输方式（Iochronous mode）。
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。
2 USB数据采集卡硬件2.1 TUSB3210芯片TUSB3210是TI公司推出的内嵌8052内核并带有USB接口的微控制器芯片。
TUSB3210有256字节的内部RAM,8K字节的程序RAM,512字节的USB数据缓冲和端点描述块EDB （Endpoint Descriptor Blocks）,4个通用的GPIO端口P0、P1、P2、P3,I2C接口电路,看门狗电路等。
TUSB3210的USB接口符合USB1.1协议,有4个输入端点（Input Endpoint）和4个输出端点（Output End-Point）,支持全速和低速传输速率,并具有USB协议所规定的4种传输方式。
TUSB3210的USB接口采用串行接口引擎（SIE）编码和解码串行数据,并且进行校验、位填充,执行USB所需要的其他信号。
这样采用硬件完成USB协议,简化了固件代码的编制。
TUSB3210采用基于内部RAM的解决方案,允许通过I2C总线从串行EEPROM中读入固件或从主机中下载固件程序。
这项功能便于设备的开发与在线升级。
2.2 A/D芯片MAX1449MAX1449是MAXIM公司生产的10位、105MSPS、单3.3V电源、低功耗的高速A/D 芯片。
它采用差分输入,带有高宽带采样/保持（T/H）的10阶段流水线（pipeline）型结构的ADC,如图2。
采样信号每半个时钟周期通过一个流水线段,完成连续转换到数据输出共需5.5个时钟周期。
每个流水线首先通过一个1.5位的闪速ADC对输入电压量化,由DAC产生一个对应于量化结果的电压并与输入电压作差,输出电压放大2倍后送到下一级流水线处理。
每级流水线提供1位的分辨率,并进行差错校正,得到良好的线性和低失调。
MAX1449提供一个2.048V的精确带隙基准源,用来设定ADC满量程范围,也可以用外部基准源改变量程范围。
MAX1449的最大差分输入电压范围为2V。
2.3 输入信号处理电路MAX1449芯片的输入信号为差分输入时有最佳的采样效果。
在本系统中用TI的HTS4503作为单端输入到差分输出的转换电路。
THS4503高性能的全差分运放,带宽可达270MHz,具有非常好的线性,在100MHz下可支持11位的A/D转换要求,适合作为A/D变换的前端接口电路。
具体电路见图3所示。
2.4 FIFO和时钟发生电路高速A/D变换的数据不能直接通过USB送入主机,系统中通过FIFO来缓冲数据。
本系统采用TI公司SN74V293芯片。
它的容量为65536×18或131072×9,最快读写周期为6ns,可以满足100MHz采样数据的存储。
用户可以选择输入、输出宽度,当选择输入、输出宽度为18时,可存储64K×10位的数据。
如果选择输入、输出为9位,则可使存储容量扩大到128×9位,这样对精度要求不高的用户可以获得更多数据。
SN74V293有独立的读写时钟控制电路,允许读写操作同时进行。
SN74V293内部有满、空、半满输出信号以及可编程设定的几乎满和几乎空输出信号,通过这些信号控制器可以灵活控制FIFO的读写操作。
对于高速数据采集系统,时钟信号很重要。
在本系统中选用DALLAS公司的DS1073时钟芯片。
DS1073是无需外部元件的频率振荡器。
通过DALLAS独有的1-wire技术,可以设定内部的分频器数值,实现输出频率从27.3kHz～100MHz可调,从而方便地改变采样时钟,简化电路设计。
MAX1449数据输出时下降沿有效,而FIFO写入时上升沿锁存数据。
系统中采用DS90LC028A实现对时钟信号的取反。
2.5 PCB板制作由于是高速A/D采集,在制作PCB板时有一些需要注意的地方。
电路板最好使用多层板,元件尽量选用表面封装器件。
这样可以减小元器件之间的距离,减小寄生电感、寄生电容,同时减小电路板的尺寸。
所有的旁路电容都要尽量靠近芯片的电源管脚。
模拟公共地和数字公共地要分开,选一点通过低值表贴电阻（1～5Ω）、磁珠或直接连接,以免数字地电流干扰模拟地。
电源最好用线性稳压电源,A/D和前端处理电路要用同一电源地输出,减小电源波动对采集的影响。
3 USB高速数据采集卡的软件开发一个USB设备,软件设计是必不可少的。
USB应用系统软件设计分为三部分：USB 外设端的固件（Firmware）、主机操作系统上的客户驱动程序以及主机应用软件。
主机应用软件通过客户驱动程序与系统USBI（USB Device Interface）进行通信,由系统产生USB数据的传送动作;固件则响应各种来自系统的USB标准请求,完成各种数据的交换工作和事件处理。
3.1 USB接口编程固件程序主要是实现USB通信。
TUSB3210采用SIE来管理USB通信。
当主机与芯片进行USB通信时,会产生外部中断0,通过中断矢量寄存器判断。
Setup_packed_Int、Input_endpoint0_Int、Output_endpoint0_Int这三个中断主要用于与主机建立连接、进行控制传输或中断传输;Input_endpoint1_Int、Output_endpoint1_Int这两个中断主要在批量传输时使用。
在固件中分别执行不同的中断程序来实现USB的数据传输。
Void EX0_int(void) interrupt 0 //外部中断0{EA=DISABLE; //关中断switch (bBECINT)(//确定中断IDcase VECINT_OUTPUT_ENDPOINT0:bVECFINT=0x00;Ep0QutputInterruptHandler();break;case VECINT_INPUT_ENDPOINT0:bBECINT=0x00;Ep0InputInterruptHandler();break;case VECINT_OUTPUT_ENDPOINT1:bVECINT=0x00;Ep 1 OutputInterruptHandler();Break;case VECINT_INPUT_ENDPOINT1:bVECINT=0x00;Ep1InputInterruptHandler();break;case VECINT_SETUP_PACKET_RECEIVED:SetupPacketInterruptHandler();bUSBSTA=USBSTA_SETUP;bVECINT=0x00;break;default:break; //不知道中断IDEA=ENABLE; //开中断}3.2 主机软件设计笔者首先开发TUSB3210在主机中的驱动程序。
用WinDK3.0开发了Win2000下的驱动程序,实现了控制传输、中断传输和批传输的标准接口函数。
在应用程序开发中,可用VC++编制应用程序。
可以把USB设备当成文件来操作,利用CreateFile得到USB句柄,用DeviceIoControl来进行控制传输,用ReadFile、WriteFile进行批量传输。
程序实例如下：HANDLE m_hUsbSample; //USB句柄m_hUsbSample=CreateFile(\\.\USBSampl0,GENERIC_READGENERIC_WRITE,FILE_SHARE_READFILE_SHARE_WRITE,NULI,OPEN_EXISTING,0,NULL）; //打开USB句柄DeviceIoControl(m_hUsbSample,IOCTL_USBSAMPL_REBOOT,NULL,0,NULL,0,&length,NULL); //控制传输WriteFile(m_hUsbSample,pBuffer,writelength,&writelength,NULL); //批量输出传输ReadFile(m_hUsbSample,pBuffer,64,&lgngth,NULL); //批量输入传输CloseHandle(m_hUsbSample); //关闭USB句柄使用上述函数编制USB高速数据采集卡的主机软件。
通过以上设计实现了基于USB数据采集卡的基本功能。
但还有一些如信号的触发、事件的捕获功能还需完善;需开发基于USB2.0的系统,进一步提高数据传输的速率。