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嵌入式USB数据采集系统的研制

2020-11-30阅读(615)

嵌入式USB数据采集系统的研制

论文摘要

数据采集系统的研究涉及采集数据的获取、存储、传输、处理以及控制等,是信息科学的一个重要组成部分,广泛地应用于虚拟仪器、智能仪器、信号处理等领域。USB（通用串行总线）具有体积小、支持即插即用、速度高等优点,随着USB应用领域逐渐扩大,人们希望USB能应用在各种嵌入式系统领域中,尤其是嵌入式数据采集、传输等领域中。将USB接口应用到嵌入式系统,实现USB点对点的通信,不但具有较好的理论意义,而且具有较大的实用价值。本文主要研制了嵌入式USB数据采集系统。该系统通过USB接口将USB数据采集卡（USB设备）采集的数据传输给嵌入式USB主机（USB主机）。USB数据采集卡的微控制器采用P89C58X2FN,数模转换器采用MAX1247,USB接口芯片采用PDIUSBD12。嵌入式USB主机的主控制器采用LPC2138,USB主机芯片采用ISP1160,软件基于嵌入式实时操作系统uC/OS-II 2.52。嵌入式USB主机通过USB接口读取USB数据采集卡的数据,从而实现USB接口的嵌入式应用。本文首先阐述USB通信原理、USB数据通信结构、USB设备架构、USB主机架构等理论知识。接着提出了嵌入式USB数据采集系统的整体结构,以及硬件和软件的设计思想。然后从硬件和软件两个方面介绍了USB数据采集卡和嵌入式USB主机的研制过程。USB数据采集卡的硬件设计中,微控制器与AD之间采用SPI通信,与PDIUSBD12之间通过并行口P0交换数据。USB数据采集卡的软件设计中,USB固件程序采用C语言编程,AD控制程序采用汇编语言编程和模拟SPI通信,数据采集采用中断方式,数据传输采用双缓冲区交替发送。嵌入式USB主机硬件设计中,主控制器与ISP1160之间通过并行口（16bits）交换数据。嵌入式USB主机的软件设计中,采用C语言编程,USB主机栈包含主机控制器（HCD）和USB驱动程序（USBD）,USB主机通过PID（产品ID）和VID（厂商ID）识别USB数据采集卡,主机和设备之间采用批量传输类型。最后,将USB数据采集卡连接PC测试了它的采样性能,将USB数据采集卡连接嵌入式USB主机测试了USB接口通信的可靠性。测试结果表明,USB数据采集卡能够很好的完成中低频模拟电压信号的采集,嵌入式USB接口传输数据可靠性高。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题来源及产生背景
  • 1.2 课题研究的目的和意义
  • 1.3 USB 技术概述
  • 1.4 国内外发展研究现状及分析
  • 1.5 课题主要研究内容和主要工作
  • 1.6 本章小结
  • 第2章 USB 协议基础
  • 2.1 USB 机械和电气规范
  • 2.1.1 机械特性简介
  • 2.1.2 电气特性简介
  • 2.2 USB 数据通信解析
  • 2.2.1 USB 体系结构简介
  • 2.2.2 包的域格式
  • 2.2.3 包格式
  • 2.2.4 USB 通信流
  • 2.2.5 数据传输类型
  • 2.3 USB 设备结构
  • 2.3.1 标准USB 设备描述符
  • 2.3.2 标准USB 设备请求
  • 2.4 USB 主机结构
  • 2.4.1 USB 主机的结构
  • 2.4.2 USB 主机控制器
  • 2.4.3 USB 主机控制器驱动程序
  • 2.4.4 USB 驱动程序
  • 2.5 本章小结
  • 第3章 USB 数据采集系统的设计
  • 3.1 USB 数据采集系统的性能指标
  • 3.2 系统的整体结构及原理
  • 3.3 硬件结构及原理
  • 3.4 软件结构及原理
  • 3.5 本章小结
  • 第4章 USB 数据采集卡的设计与实现
  • 4.1 芯片介绍
  • 4.1.1 微处理器 P89C58X2FN
  • 4.1.2 模数转换芯片 MAX1247
  • 4.1.3 USB 接口芯片PDIUSBD12
  • 4.2 硬件设计
  • 4.2.1 MAX1247 的电路设计
  • 4.2.2 PDIUSBD12 的电路设计
  • 4.2.3 PCB 设计
  • 4.3 软件设计
  • 4.3.1 USB 固件的设计
  • 4.3.2 AD 采集控制程序的设计
  • 4.3.3 数据采集中断服务程序的设计
  • 4.4 本章小节
  • 第5章 嵌入式USB 主机的设计与实现
  • 5.1 芯片介绍
  • 5.1.1 主控制器 LPC2138
  • 5.1.2 USB 主机芯片ISP1160
  • 5.2 硬件设计
  • 5.2.1 ISP1160 的电路设计
  • 5.2.2 LPC2138 外围接口电路的设计
  • 5.2.3 PCB 设计
  • 5.3 软件设计
  • 5.3.1 USB 主机栈架构的设计
  • 5.3.2 USB 数据采集卡驱动程序的设计
  • 5.4 本章小结
  • 第6章 系统的测试与分析
  • 6.1 USB 数据采集卡的通信测试与分析
  • 6.2 嵌入式 USB 主机与 USB 数据采集卡的通信测试
  • 6.3 本章小结
  • 第7章 全文总结与展望
  • 7.1 全文总结
  • 7.2 存在问题
  • 7.3 展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 附录
  • 所发论文
  • 所获奖项

    • 相关论文文献

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