基于USB2.0的高速光电转换和数据采集系统设计

论文摘要

随着科学技术水平的不断提高,在科研和生产过程中为了探测和采集更高频率的目标光电信号,对光电探测器的性能和数据采集速率的要求越来越高。传统的光电探测系统由于响应率低、传输速率低和安装不便等因素已无法满足科研和生产的需要。新一代高速PIN光电二极管和USB2.0技术的出现很好的解决了上述问题。本课题研究并设计了一套基于USB2.0的高速光电转换与数据采集系统。为完成对室内白光通信信号（低频范围0-10MHz,高频范围100MHz-1GHz）的光电检测和数据采集的目的,本论文在系统设计性能指标的指引下对系统整体设计方案进行分析,通过比较对光电转换器件（S5973和BPX65）、A/D转换模块（MAX115）和USB2.0接口模块（CY7C68013-128AC）等核心器件进行选型。在具体的系统软硬件设计工作中,本课题对高速光电转换及信号处理模块进行硬件设计和仿真,对运算放大电路的噪声特性、电压转换速率等参数进行分析;完成USB2.0高速数据采集模块的硬件设计和电路板制作;利用Keil C51和GPIF Designer软件对基于USB2.0的数据采集模块固件程序进行编程和调试,结合DDK开发包和Microsoft Visual C++6.0软件编写了数据采集系统的驱动程序和用户应用程序。为验证所设计的光电转换和采集系统是否达到实际要求,本论文采用软硬件联调的方式进行系统实测。测试结果表明,本系统可完成10MHz-1.5GHz范围内的白光通信信号探测,USB2.0数据采集模块可输入1-4路±5V以内的目标信号,12位A/D转换器最高采样率为400KSPS,系统传输速率可达1MB/s-20MB/s,实现了对高频光电信号的光电转换和数据采集与传输功能,工作稳定可靠,达到了研发一套响应频率高、传输速度快、系统集成度高等特点的光电转换和数据采集系统的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 USB 数据采集设备的国内外发展现状
• 1.3 课题来源及主要研究内容
• 1.4 课题系统总体设计方案
• 1.5 本章小结
• 2 光电转换及信号处理模块硬件设计
• 2.1 光电转换及信号处理电路设计
• 2.2 运算放大电路参数分析
• 2.3 本章小结
• 3 USB2.0 数据采集模块硬件设计
• 3.1 USB2.0 数据采集模块整体设计
• 3.2 USB2.0 通信控制芯片的选型和外围电路设计
• 3.3 A/D 转换芯片的选型和外围电路设计
• 3.4 电源转换模块硬件设计
• 3.5 串口通信等其他外围电路设计
• 3.6 硬件及布线抗干扰设计
• 3.7 本章小结
• 4 USB2.0 数据采集模块软件设计
• 4.1 固件程序设计
• 4.2 设备驱动程序设计
• 4.3 客户应用程序设计
• 4.4 本章小结
• 5 系统软硬件联调实验设计与结果分析
• 5.1 系统软硬件联调实验介绍
• 5.2 系统软硬件联调实验结果数据分析
• 5.3 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 USB2.0 数据采集电路硬件原理图
• GPIF 固件程序（主程序）'>附录2 MAX115_GPIF 固件程序（主程序）