USB数据采集卡毕业论文

毕业论文 毕业论文答辩ppt模板下载毕业论文ppt模板下载毕业论文ppt下载关于药学专业毕业论文临床本科毕业论文下载 (设计) 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目名称：USB数据采集卡题目类型：毕业设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。作者签名：　　　　　日　期：　　　　　​​​​​​​​​​​​指导教师签名：　　　　　日　　期：　　　　　使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。作者签名：　　　　　日　期：　　　　　​​​​​​​​​​​​目录I长江大学毕业设计（论文）任务书残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。III毕业设计开题报告酽锕极額閉镇桧猪訣锥。VIII长江大学毕业论文(设计)指导教师评审意见彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。IX长江大学毕业论文(设计)评阅教师评语謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。X长江大学毕业论文(设计)答辩会议记录厦礴恳蹒骈時盡继價骚。XI中外文摘要茕桢广鳓鯡选块网羈泪。11前言鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。11.1目的籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。11.2意义預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。11.3范围渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。32选题背景铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。32.1课题来源、目的和意义擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。32.2课题研究内容和关键技术贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。42.3国内外研究现状与发展趋势坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。63 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 论证蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。63.1系统工作原理買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。63.2系统原理图綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。63.3系统设计基本思想驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。73.4系统总体设计方案论证猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。83.5USB芯片的选择与论证锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。93.6USB主控制芯片的方案论证構氽頑黉碩饨荠龈话骛。114过程论述輒峄陽檉簖疖網儂號泶。114.1系统硬件总体设计尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。114.1.1系统分析识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。124.1.2系统技术指标凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。124.2采集电路设计恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。124.2.1芯片选择鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。144.2.2数模转换电路设计硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。154.3USB接口电路设计阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。154.3.1芯片选择及芯片介绍氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。164.3.2芯片接口模式端点缓冲配置釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。174.3.3电路设计怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。194.4FPGA电路设计谚辞調担鈧谄动禪泻類。194.4.1FPGA下载电路嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。204.4.2时钟电路熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。214.5系统电源及复位电路设计鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。234.6抗干扰和PCB制作纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。244.7固件设计颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。275结果分析与展望濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。275.1系统硬件调试銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。275.1.1硬件静态调试挤貼綬电麥结鈺贖哓类。275.1.2硬件动态测试赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。285.1.3USB数据传输电路调试塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。285.1.4前端数据采集电路调试裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。295.2系统软件调试仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。295.2.1USB固件程序调试绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。305.2.2FPGA逻辑调试骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。305.2.3应用程序调试瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。305.3系统整体测试鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。305.4总结栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。315.5展望辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。33参考文献峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。35致谢詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。36附录则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。长江大学毕业设计（论文）任务书学院（系）电子信息学院专业仪器系班级：仪器10702学生姓名彭璐指导老师/职称魏勇（讲师）1毕业设计（论文）题目USB数据采集卡的设计2毕业设计（论文）起止时间：2011年02月21日-2011年6月10日3毕业设计（论文）所需资料及原始数据（指导老师选定部分）（1）网站上查找USB数据采集卡方面的资料（2）网站上了解CY68013的有关资料4毕业设计（论文）应完成的主要内容1、利用PROTELDXP软件设计USB数据采集卡的PCB板（重点）。2、毕业论文上必须包含如下内容：中英文摘要、研制目的及意义、方案选择、基本原理介绍、硬件电路图、硬件电路分析、软件流程图、软件原理介绍、性能分析、结束语、源程序清单。胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。5毕业设计（论文）的目标及具体要求设计目标：利用PROTELDXP软件设计USB数据采集卡的PCB板，具体要求如下：1、双层PCB板，双面敷铜，布线符合电气规范。2、该数据采集卡中的USB芯片不仅能够工作在USB主模式下，而且能够工作在从模式下。3、扩展部分：在设计完成PCB板的基础上，焊接并调试好电路板。该部分可分为：单片机程序设计、计算机驱动程序设计、计算机应用程序设计等多方面的工作。鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。6毕业设计（论文）所需的条件及上机时数所需的条件：微型计算机一台USB单片机开发板一套有关电子元器件万能板及少量导线上机时数：（2小时）*（60天）=120小时任务书批准日期2011年01月13日教研室（系）主任（签字）任务书下达日期2011年01月13日指导老师（签字）完成任务日期2010年6月10日学生（签字）长江大学毕业设计开题报告题目名称USB数据采集卡院（系）电子信息学院专业班级测控技术与仪器10702班学生姓名彭璐指导教师魏勇辅导教师魏勇开题报告日期2011年03月19日USB数据采集卡学生：彭璐仪器10702班指导老师：魏勇电子信息学院一题目来源科研项目二研究目的及意义随着数字化的广泛应用，数据采集也越来越重要，传统的外设与主机的通信口一般采用ISA、PCI、CPCI、1394等 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ，基于这些接口的产品，安装麻烦，价格昂贵，并受计算机插槽数量、地址中断资源限制、且可扩展性差，USB的出现，很好地解决了以上问题。USB作为一种新型的串口通信标准，具有较高的传输速率，可扩展性好，采用总线供电，使用灵活。它共有4种传输模式：控制传输、同步传输、中断传输、批量传输，以适应不同设备的需要。稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。信息技术与电子技术的迅猛发展，使得计算机和外围设备也得到飞速发展和应用。过去人们单纯最求计算机与外设之间的传输速度，现在纠错能力和操作安装的简易性也成为人们关注的目标。USB通讯技术的出现，使得高传输速度、纠错能力、易扩展性、方便的即插即用，有机结合在一起。USB设备需要依据USB协议进行数据的解包与打包，低层硬件设备与操作系统之间需要以驱动程序为桥梁，驱动程序以WDW为模型，以DDK为开放工具，以IRP为消息传播载体，来实现与Windows系统底层核心相交互的功能。陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。三阅读的主要参考文献及资料名称[1]张宏，USB接口设计[M]，西安：西安电子科技大学出版社，2002[2]汪惊奇，周功业等，基于 USB接口的便携式数据采集系统的实现[M]，微型机与应用[M]，2002年第8期.沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。[3]马伟，计算机USB系统原理及其主/从机设计[M].北京：航空航天大学出版社，2004.[4]CypressSemiconductorCorporation.CY7C68013EZ-USBFX2USBMicrocontroller[S].December19,2002.钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。四国内外现状和发展趋势及研究主攻方向(1)高速随着科技的发展以及CPU的进步，计算机处理数据的速度越来越快，作为数据出入途径的I/O接口一定不能成为瓶颈，所以计算机接口及数据总线的数据吞吐量增长飞速。这一点在计算机主板南北桥之间通信总线的更替就很明显地体现出来：先前的PCI总线只有133MB/s的数据传输率，而最近出现的8XV-link总线则达到533MB/s.懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。(2)串行通讯速率的提高使得并行接口和连接线不堪重负，并行信号的串扰成了提升速度的桎梏，接口的通信频率也不能无线提升，而串口提升信号传输频率的潜力却要大的多，于是形成一个很有趣的局面，就好像8条马路通过汽车还没有1条快。最近出现的串行ATA硬盘实际上就是一个预兆，如果并行的串扰不能得到有效解决，将来高速数据传输的主流可能就会是串行通信了。謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘。(3)通用，可扩展计算机功能越来越强大，外设也越来越多。串口，并口，IEEE1394口，键盘口，鼠标口，让人眼花缭乱。接口的通用性和可扩展性成为一种趋势。这样可以使用户方便地使用多种外设又不至于被各种各样的接口搞的糊涂，还可以同时使用几个甚至十几个设备。呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。五主要研究内容、需重点研究的关键问题及解决思路(1)主要研究内容通过USB2.0协议将高速的数据采集和即插即用的特性有效的结合起来。(2)需重点研究的关键问题计算机处理的对象是数据，反映客观问题的还是数据。高性能的数据采集卡使计算机的功能变得更强大数据采集主要有两个方面的因素：(1)高精度这是数据采集系统最基本的要求，错误的或者误差过大的数据没有任何使用价值。但这个方面需要考虑的因素也最多，不但芯片的信噪比要高，对模拟电路的设计，PCB制版等也有很严格的要求，这是高速数据采集最困难的地方。莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。(2)高速度科技越来越发达，时间的概念越来越小。也许你需要测量一个微粒的速度，也许你需要检测一个频率非常高的信号，你就一定需要一个速度足够高的采样器。1M的采样率不够吗？不，很可能你需要1G。麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。(3)解决思路首先，实现USB2.0通讯协议接口，测试最高的数据传输率；其实实现高速AD采样电路，使其正常工作保证一定的精度。納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。六毕业设计所具备的条件微型计算机一台USB单片机开发板一套有关电子器件万能板及少量导线七进度安排4周—6周、查找资料7周—10周、熟悉系统及开发环境10周—12周、熟悉硬件及焊接13周—14周、程序设计15周—16周、系统调试及完善17周—18周、毕业设计及答辩八指导教师审查意见指导教师签名：年月日长江大学毕业论文(设计)指导教师评审意见 学生姓名 专业班级 毕业论文(设计)题目 指导教师 职称 评审日期 评审参考内容：毕业论文(设计)的研究内容、研究方法及研究结果，难度及工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。学生的学习态度和组织纪律，学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力，毕业论文(设计)是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩。 评审意见： 指导教师签名：评定成绩（百分制）：_______分（注：此页不够，请转反面）长江大学毕业论文(设计)评阅教师评语 学生姓名 专业班级 毕业论文(设计)题目 评阅教师 职称 评阅日期 评阅参考内容：毕业论文(设计)的研究内容、研究方法及研究结果，难度及工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力，毕业论文(设计)是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩。 评语： 评阅教师签名：评定成绩（百分制）：_______分（注：此页不够，请转反面）长江大学毕业论文(设计)答辩会议记录 学生姓名 专业班级 毕业论文(设计)题目 答辩时间 年月日～时 答辩地点 一、答辩小组组成 答辩小组组长： 成员： 二、答辩记录摘要 答辩小组提问（分条摘要列举） 学生回答情况评判 三、答辩小组对学生答辩成绩的评定（百分制）：_______分 毕业论文(设计)最终成绩评定(依据指导教师评分、评阅教师评分、答辩小组评分和学校关于毕业论文(设计)评分的相关规定) 等级(五级制)：_______ 答辩小组组长(签名)：秘书(签名)：年月日 院(系)答辩委员会主任(签名)：院(系)(盖章)USB数据采集卡的设计学生：彭璐，电子信息学院（仪器系）指导教师：魏勇，电子信息学院[摘要]现代工业生产和科学研究对数据采集的要求日益增高，在瞬态信号测量、图像处理等一些高速、高精度的测量中，需要通行高速数据采集，现在通用的高速数据采集卡一般多是PCI卡或是ISA卡，存在以下缺点：安装麻烦、价格昂贵：受计算机插槽数量、地址、中断资源限制，可扩展性差：在一些电磁干扰性强的测试现场，无法专门对其做电磁屏蔽，导致采集的数据失真。風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。　通用串行总线是1995年康柏、微软、IBM、DEC等公司为解决传统总线不足而推广的一种新型的通信标准。该总线接口具有安装方便、高带宽、易于扩展的优点。于是笔者以数据采集卡的微控制器CYPRESS公司的CY7C68013的EZ-USBFX2控制芯片来设计高速的USB2.0数据采集卡。灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹。本论文介绍了一个采用USB2.0高速串行传输协议的高速数据采集系统，详细描述了数据传输部分和数字采样部分的设计过程、参考电路及相关程序设计，并对该系统进行了综合测试。该系统的数据传输部分采用EZ-USBFX2芯片以块传输模式实现了12Mbps的到主机的实际数据传输率，与模拟-数字采样部分的接口速率则达到48bps。模拟-数字采样部分采用AD9058芯片。该系统还可以对采得的数据进行离散分布和连续波形的分析。铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。关键字：USB2.0通用串行总线FX2高速数据采集DesignofUSBDataAcquisitionCardStudent:PengLu,ObserVationandcontroltechnologyandinstrument攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。SuperVisor:WeiYong,SchoolofElectronicInformation趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。[Abstract]Withthedemondofmodernindustrialproductionandscientificresearchondataacquisitionisincreasing,Soisneededtoaccesshigh-speeddataacquisitioninthetransientsignalmeasurement,imageprocessingandsomeotherhigh-speed,highprecisionmeasurement,nowadaystheuniVersalhigh-speeddataacquisitioncardisaPCIcardorISAcard,butthesecardshaVeseVeraldisadVantage:hardtoinstall,isn’teconomical:berestrictedbythenumberofslot、theresourcesoftheaVailableaddressesandinterruptions,poorexpansibility:Insometestsitesalongwithstrongelectromagneticinterference,it’simpossibleforustodosomespecialelectromagneticshieldingforthemwhcihcanresultincollectionofdatatdostorion.夹覡闾辁駁档驀迁锬減。UniVersalSerialBusasanewcommunicationstandardwhichisraisedbyComaq,Micorsoft,IBM,DECandothercompaniestogethertosolVetheproblemsofthelackofthetraditionbus.ThisbusinterfacehasgoodadVantagesateasilytoinstall,highbandwidth,easytoextend.SoIplantousetheCY7C68013’smicrocontrollerchipEZ-USBFX2whichbelongstocompanyofCPRESStodesignthishigh-speedUSB2.0DataAcquisitionCard.视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。ThispaperdescribesaHighSpeedDataAcquisitionSystemwithUSB2.0high-speedserialdatatransferprotocol.Italsointroducesthedesignprocessofthissystem,includingbothhardwareandsoftware.Attheendofthispaper,there`sacompletetestofthewholesystem.ThissystemselectsEZ-USBFX2chip,andrealizesa235MbpsdatatransferratebetweenthehostcomputerandFX2.What`smore,itrealizesa768MbpsdatatransferrateattheinterfacetoAnalog-DigitalconVerter.TheAnalog-Digitalsamplingboardcanprocessa8bits,48MratedigitalsamplingwithAD9058andsupport24Manalogbandwidth.ThissystemcanalsoanalyzethediscretedistributionorcontinuouswaVeformofthedata.偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞錠。[Keywords]USB2.0UniVersalSerialBusFX2HighSpeedDataAcquisition緦徑铫膾龋轿级镗挢廟。1前言1.1目的（1）了解CY7C68013的基本原理及应用，熟悉其关键参数。（2）熟悉PROTELDXP软件的开发环境，并利用其设计出USB数据采集卡的PCB板。1.2意义在工业生产与科学研究中，经常需要通过计算机对一些模拟量进行采集、如温度、压力、深度、酸碱度等等。基于目前最长使用的采集方式是A/D数据采集卡。这种采集卡在前面已经介绍过其缺点很多同时也很致命。而传统的外设与主机的通讯接口一般是基于PCI总线、ISA总线或是RS-232C串行总线。PCI总线虽然具有较高的传输速度（132Mbps）,并支持“即插即用”功能，但其缺点是插拔麻烦，且扩展槽有限（一般为5～6个），ISA总线显然存在同样的问题，RS-232C串行总线虽然连接简单，但其传输速度慢（56Kbps），且主机串口数也有限，这将会浪费我们宝贵的工作时间降低生产工作效率的同时还浪费劳动资源，而我们现在设计的基于EX-USBFX2设计的数据采集卡可以从分利用USB总线上的优势（安装方便、高带宽、易扩展），有效的解决了传统数据采集系统的缺陷。同时它能够针对不同的使用人群提供性价比不一的不同选择，从而给用户带来极大的方便騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼。1.3范围VirologyHDL是目前应用最为广泛的硬件描述语言，为了制作数字电路而用来描述ASICs和FPGA的设计之用。它可以用来进行各种层次的逻辑设计，也可以进行数字系统的逻辑综合，仿真验证和时序分析等。VirologyHDL适合算法级，寄存器级，逻辑级，门级和版图级等各个层次的设计和描述。疠骐錾农剎貯狱颢幗騮。FPGA现场可编程门阵列是一种大规模可编程的数字集成电路。FPGA的基本特点主要有：　　1）采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。　　2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。　　3）FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚。4）FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。5)FPGA采用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。2选题背景2.1课题来源、目的和意义不能课题来源于科研项目。目的与意义：随着数字化的广泛应用，数据采集也越来越重要，传统的外设与主机的通信口一般采用ISA、PCI、CPCI、1394等标准，基于这些接口的产品，安装麻烦，价格昂贵，并受计算机插槽数量、地址中断资源限制、且可扩展性差，USB的出现，很好地解决了以上问题。USB作为一种新型的串口通信标准，具有较高的传输速率，可扩展性好，采用总线供电，使用灵活。它共有4种传输模式：控制传输、同步传输、中断传输、批量传输，以适应不同设备的需要。镞锊过润启婭澗骆讕瀘。信息技术与电子技术的迅猛发展，使得计算机和外围设备也得到飞速发展和应用。过去人们单纯最求计算机与外设之间的传输速度，现在纠错能力和操作安装的简易性也成为人们关注的目标。USB通讯技术的出现，使得高传输速度、纠错能力、易扩展性、方便的即插即用，有机结合在一起。USB设备需要依据USB协议进行数据的解包与打包，低层硬件设备与操作系统之间需要以驱动程序为桥梁，驱动程序以WDW为模型，以DDK为开放工具，以IRP为消息传播载体，来实现与Windows系统底层核心相交互的功能。榿贰轲誊壟该槛鲻垲赛。2.2课题研究内容和关键技术课题研究内容:通过USB2.0协议将高速的数据采集卡和即插即用的特性有效的结合起来。课题关键技术：计算机处理的对象是数据，反映客观问题的还是数据。高性能的数据采集卡使计算机的功能变得更加强大：邁茑赚陉宾呗擷鹪讼凑。(1)高精度这是数据采集系统最基本的要求，错误的或者误差过大的数据没有任何使用价值。但这个方面需要考虑的因素也最多，不但芯片的信噪比要高，对模拟电路的设计，PCB制版等也有很严格的要求，这是高速数据采集最困难的地方。嵝硖贪塒廩袞悯倉華糲。(2)高速度科技越来越发达，时间的概念越来越小。也许你需要测量一个微粒的速度，也许你需要检测一个频率非常高的信号，你就一定需要一个速度足够高的采样器。该栎谖碼戆沖巋鳧薩锭。(3)解决思路首先，实现USB2.0通讯协议接口，测试最高的数据传输率；其实实现高速AD采样电路，使其正常工作保证一定的精度。劇妆诨貰攖苹埘呂仑庙。2.3国内外研究现状与发展趋势（1）高速随着科技的发展以及CPU的进步，计算机处理数据的速度越来越快，作为数据出入途径的I/O接口一定不能成为瓶颈，所以计算机接口及数据总线的数据吞吐量增长飞速。这一点在计算机主板南北桥之间通信总线的更替就很明显地体现出来：先前的PCI总线只有133MB/s的数据传输率，而最近出现的8XV-link总线则达到533MB/s.臠龍讹驄桠业變墊罗蘄。（2）串行通讯速率的提高使得并行接口和连接线不堪重负，并行信号的串扰成了提升速度的桎梏，接口的通信频率也不能无线提升，而串口提升信号传输频率的潜力却要大的多，于是形成一个很有趣的局面，就好像8条马路通过汽车还没有1条快。最近出现的串行ATA硬盘实际上就是一个预兆，如果并行的串扰不能得到有效解决，将来高速数据传输的主流可能就会是串行通信了。鰻順褛悦漚縫冁屜鸭骞。（3）通用，可扩展计算机功能越来越强大，外设也越来越多。串口，并口，IEEE1394口，键盘口，鼠标口，让人眼花缭乱。接口的通用性和可扩展性成为一种趋势。这样可以使用户方便地使用多种外设又不至于被各种各样的接口搞的糊涂，还可以同时使用几个甚至十几个设备。穑釓虚绺滟鳗絲懷紓泺。3方案论证3.1系统工作原理通用串行总线适用于净USB外围设备连接到主机上，通过PCI总线与PC内部的系统总线连接，实现数据传送。同时USB又是一种通信协议，支持主系统与其外设之间的数据传送。USB器件支持热插拔，可以即插即用。USB1.1支持两种传输速度，既低速1.5Mbps和高速12Mbps，在USB2.0中其速度提高到40Mbps。USB具有四种传输方式，既控制方式（Controlmode）、中断传输方式（Interruptmode）、批量传输方式（Bulkmode）和等时传输方式（Iochronousmode）。隶誆荧鉴獫纲鴣攣駘賽。考虑到USB传输速度较高，如果用只实现USB接口的芯片外加普通控制器（如8051），其处理速度就会很慢而达不到USB传输的要求；如果采用高速微处理器（如DSP），虽然满足了USB传输速率，但成本较高。所以选择了TI公司内置USB接口的微控制器芯片TUSB3210，开发了具有USB接口的高速数据采集卡。浹繢腻叢着駕骠構砀湊。3.2系统原理图系统原理图如图1所示：图？？？？？？？3.3系统设计基本思想在图1中，前端的信号调理电路主要用于实现对模拟输入信号的调幅、滤波和增加输入阻抗的措施来获取预期有效信号一级保护后端AD转换芯片。模数转换电路采用TI公司的8位高速度模数转换器TLC5510。FPGA控制电路，主要用于实现对模数转换和CY7C68013（简称FX2）的控制以及对接受数据的缓存处理：SDRAM存储电路和配置电路主要完成采集到数据存储和存放FPGA的配置信息，上电时将程序加载到FPGA中。USB数据传输电路完成数据和控制信息的传输。上位机软件采用MFC编写，主要实现数据的显示和对设备的检测控制。电源及复位电路为整个系统提供工作电压和系统的初始化。FPGA控制ADC进行连续采样，并将数据送到FIFO数据缓存中，当采集到一定量的数据后，FX2采用SlaveFIFO方式将数据传送给PC端进行显示、控制等相关处理。鈀燭罚櫝箋礱颼畢韫粝。3.4系统总体设计方案论证在系统设计实现过程中考虑过两种方案区别就在于使用DSP还是FPGA连接USB接口和控制SDRAM实现同步或异步数字接口表1对两种实现做性能惬執缉蘿绅颀阳灣熗鍵。比较如表1：表1FPAG方案和DSP+FPGA方案性能比较 FPGA方案 DPS+FPGA方案 SDRAM控制 Sdram控制器IP核 自带sdram控制器 同步/异步借口 同步/异步IP核 EMIF 成本 低 高 码率控制 状态机+内部可配置FIFO 中断+FPGA可配置FIFO 电源 USB供电 外部电源模块本文实现了基于FPGA方案，对比DPS方案有如下缺点：·SDRAM控制器IP核的实现有一定难度。针对所选FPGA，使用Venilog开发相应的SDRAM控制器代码，并生成相应状态机，完成数据调度过程。而在DSP方案中，我们只需要关心行为级操作，即用C代码实现。贞廈给鏌綞牵鎮獵鎦龐。·针对不同的数字接口，需要开发相应的接口模块。DSP本身除带有强大的EMIF口之外，还带有PCI等数字接口，可以方便的挂接在相应的总线上，节省开发周期。嚌鲭级厨胀鑲铟礦毁蕲。对比DSP方案的优点：·两种方案由于都使用USB接口技术，但由于DSP方案功耗比较大，所以需要使用额外的电源模块，这本身对USB接口的易用性照成一定的影响。薊镔竖牍熒浹醬籬铃騫。·本系统为实现不同速率下的数据采集，需要使用同步（异步FIFO）做时钟同步和码率调整。在DSP方案中，EMIF口虽然提供了很多方便的同步（异步）接口，但需要配合额外的FPGA来实现单FPGA方案中的可配置FIFO的功能。从电路角度讲，增加一个器件意味着增加功耗，以及增加一个故障节点。齡践砚语蜗铸转絹攤濼。通过以上对两种方案的比较，我们可以发现FPGA方案在功耗、资源利用率方面都达到了极大的优化。它的难点基于FPGAIP核的实现。在DPS方案中，可以看到，现在厂商为DSP提供了强大的支持，我们只要用C语言实现的代码去配置相关寄存器，以及调用相关的函数就可以完成正确的接口通讯。绅薮疮颧訝标販繯轅赛。3.5USB芯片的选择与论证方案一：采用CP2102为USB接口的芯片。PC2102是USB到UART的桥接电路完成USB数据和UART数据的转换，电路连接简单，数据传输可靠，把下拉位机串行数据转换成USB数据格式，方便实现数据通信，在上啦机上通过运行该芯片的驱动程序把USB数据可以按照简单的串口进行读写操作编程简单，操作灵活。缺点是虽然解决了接口协议问题，但是传输速率太慢，对以后产品的升级，大流量数据采集是一个障碍。饪箩狞屬诺釙诬苧径凛。方案二：采用ISP1362为USB接口芯片。ISP1362是飞利浦公司退出的OTG解决方案系列中产品，它在单芯片上集成了一个OTG控制器、一个高级主控制器（PSHC）和一个基于飞利浦ISP1181的外设控制器。ISP1362的OTG控制器完全兼容USB2.0及ON—The—GoSupplement1.0协议，主机和设备控制器兼容USB2.0协议，并支持12Mbit/s的全速传输和1.5Mbit/s的低速传输。缺点是市场上产品采购较难，开发资料相对较少。烴毙潜籬賢擔視蠶贲粵。方案三：采用CY68013为USB芯片。CpressSemiconductor公司的EZ-USBFX2是世界上第一款集成USB2.0的微处理器，它集成了USB2.0收发器、SIE（串行接口引擎）、增强的8051微控制器和可编程的外围接口。并提供非常全面的开发包。大大缩短了考法周期，而且技术相对成熟，开发使用者较多，资料非常全面，市场上的价格同人民币为18元，性价比极高。鋝岂涛軌跃轮莳講嫗键。对于系统的要求和开发周期（毕业设计的课题）、难易程度考虑，选贼方案3较为合适，而方案3的CY7C68013有56引脚、100引脚和128引脚的3种封装。对于功能的实现，56引脚的封装已经可以瞒足系统的要求。所以系统选择56引脚的CY7C68013为USB接口芯片。撷伪氢鱧轍幂聹諛詼庞。3.6USB主控制芯片的方案论证方案一：采用MCS-51系列单片机作为控制核心，其外围电路简、编程容易、仿真调试易于实现，运行速度、丰富的定时中断系统可以充分完全满足本设计的要求，而且市场货源充足、价格低廉，便于批量生产；缺点功能较少，处理能力较差，主频比较低。增加拓展功能需要外扩外围器件才能实现。对于以后的二次开发难度和成本都是很大的挑战。踪飯梦掺钓貞绫賁发蘄。方案二：采用PLC（可编程逻辑控制器）作为系统控制核心。驱动能力强，有很强的抗干扰能力，系统稳定能适合恶劣的工作环境；缺点是价格非常昂贵，它是针对于大功率的器件控制，不适合采集卡。婭鑠机职銦夾簣軒蚀骞。方案三：采用FPGA（现场可编辑们列阵）作为系统控制器。FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能，规模大，集成度高，体积小，稳定性好，并且可利用EDA软件进行仿真和调试。FPGA采用并行工作方式，提高了系统的处理速度，常用于大规模实时性要求较高的系统。对于达到本系统的性能指标非常合适。譽諶掺铒锭试监鄺儕泻。方案四：采用DSP（digitalsingnalprocessor）作为系统控制器。DSP是一种独特的微处理器，有自己的完成指令系统，是以数字信号来处理大量信息的器件。它运算能力很强，速度很快，体积很小，而且采用软件编程具有高度的灵活性。用于本系统不能很好的发挥它的特性。而与通用未处理相比，DSP芯片的其他通用功能相对较弱些。俦聹执償閏号燴鈿膽賾。本设计要求语音信号的完整采集，在芯片内部要求音频数据的串并转换送到CY7C68013数据线，再传到PC上。对于整个系统以后的二次开发，以及笔者对芯片的熟悉程度和掌握的知识来考虑，选择方案三为主控制单元最为合理。缜電怅淺靓蠐浅錒鵬凜。4过程论述4.1系统硬件总体设计4.1.1系统分析本系统是一个FPGA为核心组成的数据采集系统，由于常用反而弱信号为-0.5V~+0.5V，因此，信号的分辨率选择8位即可满足要求，测量当前模拟心啊好的值并显示和存储测量的数据值。具体电路包括:以ADC为核心的前端数据采集电路、以FPGA为核心的系统控制以及FX2为核心的USB接口。系统硬件框如图3骥擯帜褸饜兗椏長绛粤。图2系统硬件电路框图主要功能介绍：前端数据采集电路：主要是实现信号的调理以及模数转换，设计中主要考虑一下几个方面的问题：·完成一次转换所需的时间，所需系统精度（线性度、相对精度、放大）；·模拟信号的隔离，以及抗干扰问题的解决；·模拟信号输入范围、被采集信号的分辨率；·模拟信号传输所需的通道数，多路通道切换率是多少；FPGA控制电路：该电路是系统的核心电路，主要是完成系统的总体控制功能，即：实现对前面数据电路的控制和数据的缓存，同时还要完成对USB接口电路的控制和数据的传输。癱噴导閽骋艳捣靨骢鍵。USB接口控制电路：该电路是数据传输电路，主要是完成FPGA和PC机的数据传输和信息交换。4.1.2系统技术指标本设计以下列技术指标来完成系统的硬件设计。·数据采集通道为单通道，被采集信号的分辨率为8位；·模拟信号输入范围为-0.5V~+0.5交流信号；·电压增益为2，线性度为1.953%，相对精度2%；·FPGA选择外界有源晶振为25Mhz，通过FPGA内部PLL生成系统所需时钟，FPGA逻辑设计所需时钟为30Mhz和40Mhz；鑣鸽夺圆鯢齙慫餞離龐。·嵌有USB2.0的芯片，选择为FX2，要求外界晶振为24Mhz；·固件下载驱动MyUSBLiader.sys，功能设备驱动程序CyUSB.sys；·系统所有电源为+5V、3.3V和1.5V，-5V；供电方式为USB接口供电和外接电源2种，供电电压为+5.0V。榄阈团皱鹏緦寿驏頦蕴。4.2采集电路设计4.2.1芯片选择由于目前绝大部分厂家的FPGA不含ADC变换器，尾巴模拟量转换为数字量，西药通过外部扩展ADC变换器实现对模拟信号的采集和处理。逊输吴贝义鲽國鳩犹騸。根据系统性能要求综合考虑提供的技术资料、价格等因素，本设计选择TI公司的模数转换器TLC5510芯片作为采集电路的核心器件。TLC5510是美国德州仪器(TI)公司8位半闪速架构A/D转换器，采用CMOS工艺，大大减少比较器数，而且在高速转换的同时能够保持较低的功耗。TLC5510工作电压为5V，功耗为130mw(典型值)，最大20Mhz的采样率，内置采样保持电路，可简化外围电路设计。TLC5510具有高阻抗并行接口和内部基准电阻，模拟输入范围为0.6V~2.6V。LC5510采用24引脚的贴片封装，其引脚配置如图4所示，各引脚功能描述如下：幘觇匮骇儺红卤齡镰瀉。·AGND：模拟信号地；·AIN：模拟信号输入端；·CLK：时钟输入端；·DGND：数字信号地：图3TLC5510引脚图·D1-D8：数据输出端，D1为数据低位，D8为数据高位；·OE：输出使能端。OE为低电平时数据端有效，否则数据端为高阻态；·VDDA：模拟电路工作电压；·VDDD：数字电路工作电压；·REFTS：内部参考电压。当内部分压器输出额定2V基准电压时，该端短路至REFT；·REFT：参考电压(T代表Top为2．6V)；·REFB：参考电压(B代表Bottom为0．6V)：·REFBS：参考电压。当内部分压器产生2V的额定基准电压时，该端短路至REFB。4.2.2数模转换电路设计TLC5510的基准电源有有多种接法TLC5510的基准电源有多种接法，根据不同场合选择适当的基准电源，为充分利用2V的满量程，本设计利用内部基准源，由于内含采样和保持电路，具有高阻抗方式的并行接口，从而简化了电路设计。本设计采用2V基准电源，产生2V电压量程的连接图如图4所示。其中，VDDA引脚接模拟+5．0V，AGND引脚接模拟地，REFTS和REFT短接，REFB和REFBS短接，REFTS和REFT为参考电压高电平组，REFB和REFBS为参考电压低电平组。誦终决懷区馱倆侧澩赜。图5产生2V电压两成的连接图图？？根据上图中的连接，可以计算出电压两成范围，计算 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 为：REFB=REFT=医涤侣綃噲睞齒办銩凛。所以模数转换器的信号输入测量范围为0.6V~2.6V。本设计的TLC5510应用电路如图3—5所示。由于TLC5510其测量范围为0.6V~2.6V，即：TLC5510在转换时模拟输入0.6V时对应数字输出0000_0000，2.6V对应的数字输出1111_111l，因此输入信号在进入TLC5510之前要对其处理，要使该输入信号处于量程之内，应加入一个1.6V的直流分量。在AD转换器的电路中，TLC5510的时钟信号CLK由FPGA发出，当FPGA发出使能OE为低电平信号时，则将允许转换的8位数字信号AD[7:0]输出。舻当为遙头韪鳍哕晕糞。图6TLC5510应用电路此外，在电路中，模拟电源VDDA和数字电源VDDD相互独立。模拟电源VDDA与模拟地AGND之间以及数字电源VDDD与数字地DGND之间常用电容和铁氧磁环去耦和消除电源的纹波。AGND与DGND分开，常用0欧姆电阻或磁珠连接一起，以避免数字信号给模拟信号带来噪声。图6中的FB6~FB8为高频磁珠，模拟供电电压VDDA经FB6~FB8为三部分模拟电路提供工作电压，以获得更好的高频退耦效果。鸪凑鸛齏嶇烛罵奖选锯。4.3USB接口电路设计4.3.1芯片选择及芯片介绍数据传输的快慢和整个采集系统运行的速度很大程度上取决于硬件接口电路的设计，因此，选择一款满足系统要求的硬件接口芯片充分发挥其速度优势则显得尤为重要。此外，开发的难易程度、开发工具的熟悉程度、成本、资源利用率也是影响芯片选择的重要因素。由于FX2芯片内嵌USB2.0协议和增强型8051内核，口设计简单、引脚56个、价格低等特点，符合系统的总体需求。同时，固件开发工具为KeilC51，Cypress公司为用户提供了开发包工具，这都为用户的开发带来极大的方便。因此，本设计选用该芯片作为USB接口芯片。FX2是第一个包含USB2．0的集成微控制器，它内部集成了1个增强型的8051、1个智能USB串行接口引擎、1个USB数据收发器、3个8位I/O口、16位地址线、8.5KBRAM和4KBFIFO等。增强性8051内核完全与标准8051兼容，又有诸多的改进，最高工作频率为48MHz，一个指令只需4个时钟周期，而性能可达到标准8051的三倍以上。而内部集成的USB2.0的SIE能完成大部分USB2.0协议的处理工作，从而极大地减少了用户对繁杂的USB协议处理。另外，用户在开发时，可以利用GPIF或FIFO等方式实现与高速外围设备的逻辑无缝连接和高速数据传输。该芯片虽然是针对USB2.0的，但是和USB1.1是兼容的，它仅支持两种传输速率：全速12Mbps和高速48Mbps，不支持低速1.5Mbps。筧驪鴨栌怀鏇颐嵘悅废。4.3.2芯片接口模式端点缓冲配置接口模式：FX2有PORTS、SlaveFIFO和GPIF三种接口方式：·PORTS接口模式实际上就是普通的IO端口模式，作为通用的输入输出接口，FX2在上电复位后，I/O引脚就配置在该模式下，这里不再介绍。韋鋯鯖荣擬滄閡悬贖蘊。·SlaveFIFO是从机方式，即FX2的CPU不直接参与USB数据处理，而是简单地把FX2作为USB和外部数据处理逻辑(例如：MCU、ASIC、DSP和FPGA等)之间的通道，数据流并不经过CPU，而是通过FX2的FIFO直接传输。FIFO由外部主机控制，同时，FIFO提供所需的时序信号、握手信号(满、空等)和输出使能等。图7和图8分别为该模式下的接口引脚和异步／同步时序图。涛貶騸锬晋铩锩揿宪骟。·可编程接口GPIF是主机方式，配置该模式下，GPIF作为内部主机控制端点FIFO，其core是一个可编程状态机，可以生成多达6个控制输出信号和9个地址输出信号，能外接6个外部Ready输入信号和2个内部Ready输入信号。用户可以使用GPIFDesigner开发工具，生成自定义波形文件，通过用户自定义的波形描述符来控制状态机，使用软件编程读写控制波形，几乎可以对任何8/16hit接口的控制器、存储器和总线进行数据的主动读写，非常灵活。钿蘇饌華檻杩鐵样说泻。本设计采用SlaveFIFO模式，外部控制器为FPGA控制器，FX2为FPGA提供了FIFO的空满或自定义状态和频率控制字；FPGA对FX2的控制则通过下列控制信号实现：端点选择FIFOADD[1:0]信号、写使能信号、片选信号CS#，同时，还有数据线FD[15:0]或FD[7:0]。同时在该从模式下，FX2的FIFO能够自动被配置为从USB或向USB提交包，对于烈端点，AUTOIN模式允许外部逻辑将数据连续传输到FIFO中，而不需要FX2固件程序干预，较好地解决了USB高速模式的带宽问题。戧礱風熗浇鄖适泞嚀贗。图7FX2SlaveFIFO模式下引脚连接图图8异步和同步模式下的时序图4.3.3电路设计以FX2为核心的数据传输电路，主要包括以下部分：与FPGA相连接的接口电路、7段数码管显示电路、复位电路和USB电源电路。其中：接口电路主要完成与FPGA的数据通信；显示电路主要是为了调试电路和调试程序所用，电源电路主要为电路提供工作电压。电源及复位电路将在后面的电源及复位设计中介绍。購櫛頁詩燦戶踐澜襯鳳。1.FX2与FPGA接口电路FX2与FPGA的连接主要完成数据传输通信和信号的控制，如图9所示。用到的主要接口如下：·数据线FD[15:0]\FD[7:0]为双向数据线，由USB固件程序选择是8位还是16位数据线，本设计选择FD[7:0]位；嗫奐闃頜瑷踯谫瓒兽粪。·片选线SLCS#，是FPGA选择端点6FIFO，低电平有效；·端点选择接口FIFO_address[1:0]，主要用于选择与FD相连的数据接受端点缓冲区。本设计为端点6，FIFO_address[1:0]为10；虚龉鐮宠確嵝誄祷舻鋸。·LWR信号线，主要用于FPGA对端点进行写操作的写使能信号，在固件中把它设置为下降沿有效；·FLAGB\FLAGC为端点FIFO的空满标志，FLAGB代表“满”，FLAGC代表“空；”·TART/STOP控制信号，信号高电平时允许数据开始发送，低电平为停止数据发送；·Freq_control[2：0]为频率控制系数，共8个频率系数，由上位机发出。图9USB与FPGA的连接图2.FX2特殊引脚电路图在USB设备中需要对FX2中的一些引脚处理。对于FX2中的I2C接口，由于SCL和SDA两个引脚都是漏极开路输出，所以不管是否接EEPROM，都要接一个2.2K的上拉电阻，防止烧毁器件。对于保留引脚RESERVED，需要提供一个恒定的低电平，接一个下拉电阻到地。对于WAKEUP引脚，提供高电平，通过上拉电阻接至3.3V。电路图如图10。與顶鍔笋类謾蝾纪黾廢。图10特殊引脚电路图4.4FPGA电路设计本设计选取FPGA作为本采集系统的核心控制器，完成的主要电路设计如下：1.电源及复位电路设计，2.下载电路设计；3.与SDRAM和FLASH互连电路设计及I/O扩展口。結释鏈跄絞塒繭绽綹蕴。4.4.1FPGA下载电路FPGA有两种下载模式，分别为JTAG模式和AS模式。两者的区别在于：JTAG模式是通过下载电缆将硬件描述语言代码文件(*.sof下载到SRAM中，断电无效，主要用于芯片内部测试和电路故障检测。而AS模式是将(*.sof文件)下载到FLASH中，每次上电后将数据复制到SRAM中进行工作，即使断电，程序也不会丢失。其中AS模式存储FPGA配置信息，选用了EPCSl系列，8引脚SOIC封装，3.3V电源供电，1Mbit容量，可重复擦除的FLASH。图11-a为JTAG模式和图11-b为AS模式。表2和表3分别为AS模式和JTAG模式的配置引脚说明。餑诎鉈鲻缥评缯肃鮮驃。图11-aJTAG模式的电路图11-bAS模式表4AS模式下的配置引脚说明表5JTAG模式下的配置引脚说明4.4.2时钟电路由于FPGA工作在3.3V电压下，所以采用3.3V，25Mhz有源晶振，图12为时钟电路原理图。FPGA通过内部PLL产生所需时钟。L2的作用是隔离数字与模拟信号，降低数字、模拟信号间的相互干扰，滤除电源噪声对晶振输出时钟信号的影响。时钟输出串联一个小阻值的电阻R40进行限流，防止过冲。爷缆鉅摯騰厕綁荩笺潑。图12时钟电路原理图图13采样频率分频模块图13为采样频率分频模块，其中elk为PLL产生40Mhz的时钟，根据分频系数产生20Mhz、10Mhz等共8个频率值，这频率值通过clk_out输出到AD逻辑控制器的clk，作为AD的采样频率。其中分频系数有上位机通过USB设备传送至FPGA。锞炽邐繒萨蝦窦补飙赝。4.5系统电源及复位电路设计由于主机对能够与其直接相连的USB设备提供+5.0V的电源。因此，本设计设计了2种供电方式：外接+5.0V直流电源和主机USB接口供电。两者之间通过跳针J3切换。前种方式主要用于电路中有较多功耗时，这是因为主机USB接口提供的电流最多为500mA。由于本设计系统中FX2的工作电压为3.3V，而FPGA控制器的内部逻辑电路和外部I/O口分别需要1.5V和3.3V直流电源的支持，前端数据采集电路中的THS3001需要+5.0V和-5.0V的工作电压，TLC5510需要5.0V的模拟电源和数字电源。因此，需要将模拟5.0V电压转换为3.3V、1.5V、-0.5V以及数字+5.0V电源。由于直流电压一般是由交流电源经整流稳压等环节而形成的，这就不可避免地在直流中带有一些交流的成分，从而产生了波纹，为消除波纹，通常在电压和地之间连接上0.1uf和10uf的电容，在这里是利用理想电容的频率特性：随着频率的升高，其阻抗也逐渐降低。本设计选用AMSlll7-1.5和AMSlll7-3.3低压降线性稳定器(LDO)作为电压转换器获得3.3V和1.5V的工作电压。AMSlll7电源转换芯片使用简单，具备短路和过热保护措施，当内部传感器的温度超过165℃时，过热保护电路会关断稳压器。与普通的电源稳压芯片相比，AMSlll7具有更低的功耗和更好的温度稳定性。1.5V电源转换电路和电源指示电路灯如图14所示，3.3V电源转换电路曠戗輔鑽襉倆瘋诌琿凤。图14AMS1117-1.5V电压转换电路和电源指示电路对于+5.0V数字和模拟电源，可将滤波后的模拟电源通过磁珠隔离出数字电源。对于-5.0V电源，则需将+5.0V电源反相得到。本设计选用MAXIM公司的ICL7660电源反相器得到-5V电压。电路设计如图15所示。对于系统的复位电路，由于FX2上电后，其内部锁相环电路需要200us的时间才能稳定，因此在复位管脚上连接一个RC电路，在电源端连接一个10K欧姆的电阻，接地端连接一个10uF的电容，以提供有效的复位信号，其电路如图16所示。轉厍蹺佥诎脚濒谘閥糞。图155V数字电源和-5V电源转换电路图16系统复位电路4.6抗干扰和PCB制作随着数字电路的大量应用，数字电路在整个系统中所占的比例也不断提高，但是数字电路仍然离不开模拟电路，特别在采集系统中，信息采集的对象仍然是模拟量。因此在整个系统，模拟电路和数字电路共同存在，必将产生干扰。同时，由于电路设计的频率越来越高，高频干扰、电磁干扰等也随之产生。为了增强统可靠性