采用usb接口虚拟仪器的设计与开发new

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1、2010年第3期福建电脑109采用USB接口虚拟仪器的设计与开发彭雯莲(福建省福宁高速公路有限责任公司福建宁德352200)【摘要】：针对传统虚拟仪器不具有即插即用、热插拔等功能，提出了基于FPGA控制及USB接口的虚拟数字示波器的设计方案和具体实现。系统主要包括数据采集、数据传输和应用程序设计等。采用FPGA控制和USB接口实现数据的处理、转换与存储与传输。同时使用BodandC++Builder进行软件设计，可实现对硬件电路的控制以及数据的显示等。该系统能实现幅度为±O．1V到~25V、频率为0到1Mhz信号的测量并显示。【关键词】：虚拟仪器；F

2、PGA；USB；程序设计1、引言据．FPGA等到信号触发时刻到来时就开始从MD转换器中读随着目前科学技术的发展，电子技术的应用领域越来越广。取500个数据存储到FPGA的存储器中：然后计算机就控制从电子测试测量仪器作为电子技术的基础．其应用范围也越来越FPGA读取数据．单片机接到命令后就从FPGA中读取数据和信广在许多领域对这些仪器提出了很高的要求．不仅要有高的测号的放大衰减倍数通过USB接口传送到计算机。计算机软件读量、传输速度，高的精确度、稳定性、可靠性等，有的甚至要有一取了采集数据和信号的放大衰减倍数就能够显示出来了．并且定的智能化。能够实现自

3、动测量、自动控制，还要能够快速完成通过控制虚拟界面就能够实现各种各样的功能。而FPGA通过一些复杂的数学运算与处理．能够根据实际应用的情况．快速开定时读取信号的峰值幅度范围再决定控制信号的放大衰减倍发出新的功能『l1。传统的测试测量仪器由于设计理念落后、发展数定时去重复以上过程就能够看到信号的实时波形。缓慢、功能单一，开发新功能或新产品的难度大，已经无法适应3、系统硬件设计各种新的测量情况。而且其价格昂贵，体积大，不易操作，已经无3．1数据采集电路设计法满足人们的要求数据采集部分的功能就是采集被测信号波形数据并把它存虚拟仪器作为传统测试测量仪器的可能

4、的替代品．从1986人到FPGA中。首先把信号进行预处理，在经过A／D转换器转换年美国国家仪器公司rNI)首先提出其概念至今不过短短二十几成数字信号．最后存人FPGA中。数据采集部分可以分为以下几年．但其发展却十分迅速。目前已生产数百个型号的虚拟仪器产个模块：信号调理．D转换，触发电路，峰值检测以及FPGA的品．其应用涉及到电子测量、过程控制、电信、医学等领域。我国设计。数据采集电路结构框图如图2所示。虚拟仪器研究的起步较晚．最早的研究也是从引进消化NI的产品开始．但其发展也是十分迅速的。我国国民经济的持续快速发展．加快了企业的技术升级步伐．对先进仪

5、器设备的需求更加强劲．虚拟仪器赖以生存的个人计算机最近几年以极高的速度在中国发展．这些都为虚拟仪器在我国的普及奠定了良好的基础。随着我国个人计算机的普及以及性能的不断提高．这种基于计算机的虚拟仪器在我国将会被更加广泛的应用。在我国由于电子技术水平相对落后。许多高精度、高性能的电子仪器都要进口．价格昂贵，难以被广泛使用，因而研制这种成本低的高性能的虚拟仪器．相信是很有必要的．而虚拟仪器也将成为今后电子图2数据采集电路结构框图器件发展的主流由于被测信号的种类多种多样．相应的采样方式也干差万2、系统整体结构概述别基本采样方式可分为两大类：实时采样和等效时间

6、采样。考本设计主要是研制一个基于USB以及FPGA的虚拟数字虑到采样方式的基本原则是：以保证采样精度为前提，以被测信存储示波器．该系统的整体结构框图如图1所示。系统主要由基号的具体特性为依据．尽量以较低的速率实现采样，从而减少数于FPGA的数据采集电路、基于USB接口总线传输控制电路和据量．降低对传输、变换系统的要求，提高数据处理的效率旧。因计算机应用程序三个主要部分组成。其中信号预处理电路还包此我们选择实时采样方式。对于实时采样，当数字化一开始，信括峰值检测电路．信号触发电路。USB接口传输电路主要是能实号波形的第一个采样点就被采样并数字化，经过一

7、个采样间隔，现数据的双向传输．既要使数据采集电路采集到的数据能够传再采入第二个子样．这样一直将整个信号波形数字化后存入波到计算机．也要使计算机的控制信息能够传到硬件电路，控制数形示波器。实时采样的优点在于信号波形一到就采人，因此适用据采集工作计算机的应用程序要能够对采集到的数据进行处于任何形式的信号，重复的或不重复的，单次的或连续的。所有理、显示，能够控制硬件进行数据采集工作等闭。的采样点都是以时间为顺序．因而易于实现波形显示功能。本设计采用高的采样频率来实现对比较高的频率信号进行实时采样．采用的A／D转换器是TLC5510，采样频率最高可以达到2O

8、MHz。帚障机照片．U接芯S片口B序驱动态连接)软件界面对于触发电路我们采用比较器电路来实现．用A／I)转换