基于USB接口的光栅数据采集卡的设计与实现

论文摘要

本文首先从整体上简要介绍了光栅信号采集系统的组成,分析了系统的国内外研究现状以及光栅传感器测距原理,以及USB的体系结构、通信协议。随后讨论了对光栅传感器输出信号进行处理的CPLD芯片,包括内部算法实现逻辑,编程语言。最后本文着重研究了USB总线设备接口的开发,主要包括USB总线协议,硬件接口电路设计、驱动程序的开发以及上层用户的应用程序。本文以较多篇幅论述了光栅传感器接口卡硬件、软件的设计方法。从硬件方面看,光栅信号传感器的输出信号处理电路是以EPM7128为主的信号细分、辨向和计数电路,以及以51单片机为控制核心的PDIUSBD12接口芯片的USB接口电路,包括其中的固件程序组成整个系统。软件部分主要包括两部分：一是接口卡的驱动程序,它为USB设备和PC机进行通讯提供保证；另一个是用来测试系统功能的基于Delphi的应用程序。本文设计的基于USB的光栅传感器接口卡具有小型化和便携式的优点,整个系统工作稳定可靠。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 课题研究意义和目的
• 1.2 研究背景介绍
• 1.2.1 USB技术
• 1.2.2 光栅信号处理
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 第2章 USB协议简介
• 2.1 USB系统描述
• 2.2 USB的物理接口及电源
• 2.2.1 电器特性
• 2.2.2 机械特性
• 2.2.3 电源
• 2.3 总线协议
• 2.4 数据传输
• 2.5 USB主机和设备
• 2.5.1 USB的主机
• 2.5.2 USB的设备
• 2.6 本章小结
• 第3章 光栅信号处理单元的设计
• 3.1 硬件设计总体方案
• 3.2 光栅传感器及其工作原理
• 3.2.1 光栅传感器简介
• 3.2.2 光栅传感器的特点及技术参数
• 3.2.3 光栅传感器测量原理
• 3.3 信号接收电路
• 3.4 信号处理电路
• 3.4.1 CPLD的特点及开发设计
• 3.4.2 信号细分和辨向模块
• 3.4.3 16位可逆计数模块
• 3.4.4 与单片机接口模块
• 3.5 本章小结
• 第4章 USB接口部分
• 4.1 接口功能说明
• 4.1.1 数据信号传输
• 4.1.2 控制信号传输
• 4.2 USB接口电路设计
• 4.2.1 接口芯片的选择
• 4.2.2 PDIUSBD12芯片简介
• 4.2.3 接口电路硬件设计
• 4.2.4 单片机固件程序
• 4.3 本章小结
• 第5章 系统软件程序开发
• 5.1 驱动程序开发
• 5.1.1 WDM简介
• 5.1.2 USB设备驱动程序
• 5.1.3 驱动程序的设计和开发
• 5.2 应用程序的开发
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 致谢
• 附录1
• 附录2
• 附录3
• 附录4