基于USB2.0技术的膜片钳数据采集与控制系统的设计

论文摘要

数据采集与控制系统连接着计算机系统和膜片钳放大器及其它外围设备,是实现计算机对膜片钳放大器及其它外围设备控制和完成数据交互的桥梁,是膜片钳系统的重要组成部分。本文介绍了一种基于USB2.0（Universal Serial Bus 2.0）总线技术和现场可编程逻辑器件的数据采集与控制系统的设计。本系统将现场可编程逻辑器件作为控制器,实现了对USB接口芯片Slave FIFO接口的控制,完成了输入数据与输出数据在时间上的点对点同步,产生了外围设备控制信号。并且在大规模可编程逻辑器件内集成了两块异步双时钟FIFO存储器,该方法简化了电路设计,提高了系统工作的稳定性,是目前数据采集与控制系统比较理想的设计方法。本文从数据采集与控制系统的整体结构入手,逐步介绍了数据采集与控制系统接口电路的设计及接口标准,USB2.0控制芯片CY7C68013的固件程序的设计,FPGA控制逻辑的设计,并通过使用SignalTap II逻辑分析工具,给出了控制逻辑的部分关键节点的实际时序结果并进行了分析。文中对FPGA控制逻辑的设计进行了详细介绍,并着重分析了同步控制逻辑的设计思路和外围设备控制信号的设计思路。最后,分析了表现整套数据采集控制系统工作行为和属性的操作类,这些类为系统的使用提供了完备的函数接口。测试证明,本数据采集与控制系统的数据采集速率和下传速率可同时达到400 kB/s,,输出信号噪声幅值Vp-p在±5 mV范围内,能准确地实现数据传输,满足膜片钳实验要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题的目的与意义
• 1.3 国内外概况
• 1.4 预计达到的技术指标
• 1.5 本文主要内容
• 2 总体方案
• 2.1 引言
• 2.2 数据采集控制系统总体结构
• 2.3 小结
• 3 接口电路及接口标准
• 3.1 引言
• 3.2 DAC输出接口
• 3.3 ADC输入接口
• 3.4 同步脉冲输出接口
• 3.5 小结
• 4 USB2.0 接口设计
• 4.1 引言
• 4.2 USB传输协议简介
• 4.3 控制芯片FX2 简介
• 4.4 PC机程序的设计
• 4.5 固件程序设计
• 4.6 小结
• 5 控制逻辑设计
• 5.1 引言
• 5.2 控制逻辑的框架结构
• 5.3 USB接口逻辑的改进
• 5.4 时钟管理
• 5.5 命令解码模块设计
• 5.6 双时钟FIFO设计
• DAC_Trigger 逻辑设计'>5.7 ADC_DAC_Trigger 逻辑设计
• 5.8 同步脉冲合成模块设计
• 5.9 小结
• 6 测试软件设计与系统测试
• 6.1 引言
• 6.2 测试软件的设计原理
• 6.3 测试软件的功能介绍
• 6.4 系统测试
• 6.5 小结
• 7 总结和展望
• 致谢
• 参考文献