【硕士论文】基于FPGA的USB接口数据采集系统研究.pdf

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1、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更加真实的反映被测对象的性质，对测试系统的性能要求越来越高。传统的测试装置，由于传输速度低或安装不便等问题已不能满足科研和生产的实际需要。USB技术的出现很好的解决了上述问题。USB总线具有支持即插即用、易于扩展、传输速率高(USB2．0协议下为480Mbps)等优点，已逐渐得到广泛的应用。本课题研究并设计了一套基于USB2．0的数据采集系统。论文首先详细介绍了USB总线协议，然后从系统的总体结构、硬件电路、软件程序以及系统性能检测等几个方面，详细阐

2、述了系统的设计思想和实现方案。系统采用双12位A／D转换器，提供两条模拟信号通道，可以同时采集双路信号，最高的采样率为200KHz。USB接口芯片采用Cypress公司的CY7C68013。论文详细介绍了其在SlaveFIFO接口模式下的电路设计和程序设计。系统应用FPGA芯片作系统的核心控制，控制系统的数据采集和与USB接口芯片的数据交换，并产生其中的逻辑控制信号和时序信号。同时应用FPGA芯片作系统的核心控制可提高了系统稳定性、减小设备的体积。系统的软件设计，主要包括FPGA芯片中的逻辑、时序控制程

3、序、8051固件程序、客户应用程序及其驱动程序。客户端选择了微软的VisualStudio6．0c++作开发平台，虽然增加了复杂程度，但是软件执行效率及重用性均得到提高。最后，应用基于USB2．0的数据采集系统测试标准信号及电木的导热系数，以验证测试系统的可靠信与准确性。关键词：USB2．0，数据采集，SlaveFIFO，固件程序TheresearchforDataAcquisitionSystembasedonUSB2．0andFPGAAbstractDuringthescienceandtechno

4、logiesdevelopmentintoday’sworld，tomakethemeasurementmorepreciseintheresearchandproduction，therearehigherandhigherdemandsfortheperformanceofmeasurementsystems．Traditionalmeasurementsystemsanddeviceshavethefault·oflowtransmissionrateandarenoteasyforinstall

5、ation。Andfromcurrentview。thesesystemsanddevicescannotfulfillthehigherdemandsintheindustrialworld．USBtechnologycansolvetheproblemsabove．USBbushasbeenwidelyusedforthefeaturesof：“plug—inandplay”．easyforextensionsandhightransmissionrate(480Mbpsintheprotocolo

6、fUS82．O)．ThispaperdescribesaDataAcquisitionSystem(DAQ)basedonUSB2．0．AftertheintroductionoftheUSBprotocol，thispaperdescribesthesystemarchitecture，hardware，softwareandsystemperformance，fromwhich，thedesignandsolutionisgiven．Thesystemhasdualanalogchannelswit

7、h2channels12一bitsADconverters：thehighestsamplerateis200KHz．TheinterfacechipisCY7C68013ofCypress．Aswell，thispaperintroducesthecircuitdesignandprogramdesignforthemodeofSIaveFIFOofthischip．ThesystemtakesaFPGAchipascorelogiccontrolmodule．FPGAcontrolsthesampl

8、eprocessandcommunicationswiththeUSBchipset．FPGAalsogeneratesthecontrolsignalsandtimingsequencesignals．ThisdesignwilIimprovethesystemstability，andmakesthedevicesmaller．Thispaperalsogivesanoverviewofsoftwarepartinthesystem，i