基于USB的数据采集系统研究与设计

论文摘要

随着数据采集技术的发展与多领域用户的需求，单一的采集设备已经不能满足数据采集系统的需求。本设计主要研究对象为自适应光谱仪采集的光学信号，在实际运用过程中，光学信号的采集受到地域位置的限制，需要便捷的设备完善光学信号的研究。因此为解决原来依靠独立的硬件实现运算与分析功能模块的复杂性，USB发挥了自身独特的优势。本文结合光学精密研究所863计划关于光谱仪的研究项目，根据采集到的光学信息，在后期对其处理及其传输进行研究，即对光学信号的传输，转换以及界面显示存储方面做了详细分析，并提出了基于USB数据采集系统的实现方案。本文主要运用到的操作系统为Windows XP，软件为VC++，运用的语言有：C语言，部分汇编语言。重点对硬件电路、固件程序、USB设备驱动程序和PC机应用程序的设计实现进行了深入论述。本文基于USB的传输优势，FPGA的高效性能，将采集到的光信号经模数转换后由FPGA处理控制数据，通过USB控制接口将数字信号传输到上位机，用户通过上位机对采集到的数据进行处理，实现如控制采集，读取数据，存储数据，转换数据等功能。文章围绕设计目标，从整体方案、芯片选择、控制传输软件的设计、基于USB实时数据采集软件设计，及其上位机的界面设计等方面阐述了主要的设计研究工作。在基于USB数据采集系统的研究设计中，完成了USB的固件控制软件设计，USB与FPGA接口连接软件设计和上位机界面软件设计，并参与了部分硬件电路的研究。最后，本文对所完成的工作进行总结，对未来数字采集系统的发展做出展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 基于USB数据采集系统的研究背景
• 1.1.1 总体设计背景
• 1.1.2 多谱段自适应光谱仪采集系统的发展
• 1.2 数字采集系统的发展
• 1.2.1 数字采集系统的发展趋势
• 1.3 总线接口的发展背景
• 1.3.1 通用串行总线技术的发展背景
• 1.3.2 通用串行接口的技术特点
• 1.4 数据采集系统信号处理芯片发展概述
• 1.4.1 信号处理芯片的国内外发展
• 1.4.2 FPGA的技术特点
• 1.5 基于USB数据采集系统的研究意义
• 1.6 基于USB数据采集系统的研究内容概述及其章节结构
• 2 基于USB数据采集系统的总体设计方案选择
• 2.1 基于USB数据采集系统的需求分析
• 2.1.1 基于USB数据采集系统的应用需求
• 2.1.2 基于USB数据采集系统的功能需求
• 2.1.3 基于USB数据采集系统的总体设计思路
• 2.2 基于USB数据采集系统的硬件电路概述
• 2.2.1 基于USB数据采集系统的USB总线概述
• 2.2.2 USB的通信模式
• 2.2.3 USB的芯片功能结构
• 2.2.4 USB芯片的结构分析
• 2.2.5 基于USB数据采集系统的FPGA功能概述
• 2.2.6 FPGA在基于USB数据采集系统中的作用
• 2.2.7 基于USB数据采集系统的接口电路
• 2.3 基于USB数字采集系统的软件设计概述
• 2.3.1 基于USB数据采集系统的固件程序设计
• 2.3.2 基于USB数据采集系统的驱动程序设计
• 2.3.3 基于USB数据采集系统的应用程序设计
• 2.4 本章小结
• 3 基于USB数据采集系统的硬件电路
• 3.1 基于USB数字采集系统的硬件电路分析
• 3.1.1 多谱段自适应光谱仪采集信号分析
• 3.1.2 基于USB数据采集系统硬件电路的结构搭建
• 3.2 基于USB数据采集系统的硬件电路平台
• 3.2.1 FPGA与CY7C68013 芯片之间的连接
• 3.3 基于USB数据采集系统的硬件电路结构
• 3.3.1 基于USB数据采集系统FPGA硬件电路
• 3.3.2 基于USB数据采集系统USB硬件电路
• 3.4 硬件电路实物图
• 3.5 本章小结
• 4 基于USB数据采集系统的软件设计
• 4.1 基于USB数据采集系统软件总体设计
• 4.2 基于USB数据采集系统USB程序设计
• 4.2.1 USB内部固件程序设计
• 4.2.2 USB内部固件设计步骤
• 4.2.3 USB固件框架函数说明
• 4.2.4 USB固件程序
• 4.2.5 USB设备枚举与重枚举
• 4.2.6 USB设备配置终端
• 4.3 基于USB数据采集系统FPGA软件设计
• 4.4 本章小结
• 5 基于USB数据采集系统的上位机软件设计
• 5.1 基于USB数据采集系统上位机交互软件设计
• 5.1.1 基于USB数据采集系统上位机交互程序概述
• 5.1.2 基于USB数据采集系统驱动程序和应用程序的通信
• 5.2 基于USB数据采集系统的上位机软件开发
• 5.2.1 基于USB数据采集系统上位机软件设计步骤
• 5.2.2 基于USB数据采集系统应用程序的设计
• 5.3 基于USB数据采集系统的系统测试结果
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 6.1 结论
• 6.2 论文的研究不足与展望
• 致谢
• 参考文献