USB数据采集板的测试系统

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USB在随钻测量数据采集系统中的应用

行传输，能很好地克服以上不足，有容易连接、持具支
图１系统硬件结构圈
热插拔、无须外接电源、带宽、高传输速度快、连接多可
个设备等优点，主机和数据采集系统之间可以实现在简单、捷、向、快双可靠的连接和通讯＿。井下检测的１］
片ＩＰ５１速度可达４０Ｍｐ，Ｓ１８，８ｂｓ它完全符合ＵＢ．Ｓ２０规范。采用ＩＰ５１可以快速开发出高性能的ＵＢＳ１８Ｓ２０．设备，时为了满足速度要求，同主控制芯片选择了
形方式在计算机上显示，进行实时处理。ＵＢ传输并Ｓ
速度快而且能够保证数据的无失真传输，用上位机利的优势对数据进行全面的、多方位的实时处理与分析。
本设计系统硬件结构如图１所示。
和井口完成的。Ｒ２２接口传输速率太低，Ｓ３而并口的数据线过多且传输距离太短。本设计中采用ＵＢ进Ｓ
１１器件选择．
ＵＢ控制器分为两大类，类是集成了ＵＢ接口Ｓ一Ｓ
的单片机，Ｃｐｅｓ公司基于８５如ｙｒｓ０１的ＥＺ～ＵＢ系Ｓ列、ｏｏｏＭｔｌ于６ＨＣ８系列的６ＨＣ８Ｂｒａ基８０８０Ｊ８等，种这控制器虽然编程简单，但需要购置专门的开发系统，投

基于USB总线的数据采集系统软件设计

数据采集系统的软件部分主要实现系统初始化、采样控制、据传输及结果显示等功能，面分３模数下个
１基于ＵＳ的数据采集系统Ｂ
基于ＵＳＢ总线的数据采集系统一般由主机、ＢＵＳ控制器、ＡＤ转换及存储模块构成，基本结构如图１所
ＵＳＢ控制器（ｙｅｓＥ — ＢＦ（Ｙ７６０３）；ＣｐｓＺＵＳＸ２ＣＣ８１）等
软件部分主要包括ＵＳＢ控制器固件程序、Ｂ设备ＵＳ驱动程序、户应用程序等。用
２数据采集软件系统设计
汪红童小念
（中南民族大学计算机科学学院武汉
４０７）３０４
【摘要】在现代工业控制和科学研究过程中，常需要对数据信号进行采集并加以分析，经随着总线技术的发展，ＵＳ以其特有的高速、Ｂ方便、灵活等优势迅速成为主要的信号传输总线。在对基于ＵＳ总线的数据采集系统的Ｂ总体结构进行综述的基础上，系统的固件程序、于ＷＤ的ＵＳ对基ＭＢ驱动程序及用户态应用程序等软件部分设计进行了较详细的讨论，为上述软件部分设计对基于ＵＳ总线系统设计非常关键。认Ｂ
用。 ‘
换之后成为数字信号，暂时保存在存储器中，被然后在ＵＳＢ控制器的作用下，过总线传输到主机进行后期通

基于USB的数据采集及其在线缆通断测试系统中的应用

可以分次输出后锁存。
真正的即插即用（Ｎ）ＰＰ功能。ＳＵＢ接口优异的性能，已经成为最为流行的接口技术。
２系统组成
系统组成框图如图１示。所
图１系统组成框图
微型计算机（Ｃ）出测试命令后，过ＵＢ总Ｐ发通Ｓ线，命令数据送到８Ｃ１０５单片机，单片机执行测试命令，通过接口电路，发出测试数据，测试数据通过线缆后从线缆另一端送回单片机，片机把接受的单测试数据处理后经过ＵＢ接口送给ＰＰＳＣ，Ｃ机通过
３单片机与Ｐ．２Ｃ的ＵＢ接口电路ＳＵＢ接口电路选用ＵＢ总线通用接口芯片ＳＳＣ７，图３示。Ｈ３２如所
Ｐ口Ｏ一
的ＡＩ主要包括：备管理ＡＩ数据传输ＡＩ中Ｐ，设Ｐ、Ｐ、
断处理ＡＩＰ。
７１ｌ８来选中各个锁存器。４ｓ３
对测试数据进行分析，以直观的界面形式显示测试
结果。
收稿日期：０７０— ５２０ — ８２
基金项目：河北省自然资金资助项目《多体交叉并行高速数据采集理论与方法研究》项目号：２０００１）（Ｆ０７０７４作者简介：李建科（９１，，１７一）男河北沙河人，河北经贸大学信息技术学院讲师，硕士，研究方向：测试计量及仪器；崔志勇
实际中，采用Ｃ７Ｈ３２的单项数据流方式进行单片机与ＰＣ间的通讯。Ｃ端采用ＶＰＣ编程，设计了形象而直观的界面，图４示。如所

基于USB数据采集技术的远程虚拟测试系统

１５０，ｈｎ；．ｅｉｇＥｅｔｉＰｗｅｅｔＲｅｅｒｈＩｓｉｔ，ｅｉｇ１０７，ｉａ２１５Ｃｉａ２Ｂｉｎｌｒｏｒｓ＆ｓａｃｔｕｅＵｎ００５Ｃｈｎ；ｊｃｃＴｎｔＢ
３Ｅｘｅｉｎｎａｎｎｎｅ，ｉｏｉｇＴｃｎｃｌｉｅｓｔ，ｘｎ１３０，ｉｎ）．ｐｒｍｅｔｄＴｒｉｉｇＣｅｔｒＬａｎｎｅｈｉａｖｒｉＦｕｉ２００ＣｈａａＵｎｙ
Ｋｅｒ：ｒｍｏｔａｕｅｎ：ＬａＶＩｙｗｏｄｓｅｅｍｅｓｒｍｅｔｂＥＷ：ＵＳＢ
０引言
随着近年来测试技术、络技术的发展以及功能需求的不断提高，远程测试技术得到快速发展。
另外，测试技术的不断革新也促使新的网络测控技
阐述了ＬｂＩＷ开发平台上网络化传输的实现方法ａＶＥ
关键词：远程测试系统：ＬｂＩＷ；ＵＢａＶＥＳ
中图分类号：Ｔ７Ｐ２４
文献标识码：Ａ
ＲｅｍｏｅｖｒｕｌｍｅｓｒｍｅｔｓｓｅｂｓｄＯｔｉｔａａｕｅｎｙｔｍａｅｎＵＳＢｄｔｏｌｃｉｎｔｃｎｌｇａａｃｌｅｔｏｅｈｏｏｙ
ｃｂｎｔｒｕｌｎｓｒｍｅｔｔｃｏｏｎＳＢｎｅｆｃｅｈｎｌｙｍｅｔｈｅｔｅｄ．ＳｂｓｃｎｂｓｄｏｍｉａｉｏｆｖｉｔａｔｕｏｎｉｎｅｈｎｌｇｙａｄＵｉｔｒａｅｔｃｏｏｇｅｓｔｒｎＵＢｕａｅｕｅｔｏｌｅｔｒａ —ｉｅｄｔｔｈｉｈｓｅｄａｄｔａｆｒｔｈｅｈｓｏｃｌｃｅｌｔｍａａａｇｐｅｎｒｎｓｅｏｔｏｔＰＣ．Ｔｈａａｔｅａｒｎｒｅｅｏｅｙｗｉｅｄｔｈｎｃｎｂｅｔａｓｅｒｄｒｍｔｌｔｆｈ

同步发电机USB专用数据采集系统的研制

第３２卷
第５期
电气电子教学学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＥＥＥ
Ｖｏ．２Ｎｏ．Ｉ３５０ｃ．Ｏｌｔ２０
２１００年１Ｏ月
同步发电机ＵＢ专用数据采集系统的研制Ｓ
焦盈盈，雷勇，曾成碧
（四川大学电气信息学院，四川成都６。ＩＪ５罱Ｉ
该数据采集系统属于开放式和可修改的系统。设计方案具有可操作性。可以根据需要对系统的功能进行添加和修改，以达到不同的应用目的。
我校的电机实验室由于运行年代久远和资金的
ｔｍａａｃｌｔｎｎａｙｅｅｐｅｉｎｔｌｄａａ，ｓｖｈｍｎｄｐｒｖｄｏｎｔｏｏｒｆｒｈｒｄｅｅｏａｃｎｃｌｕａｅａｄａｌｓｘｒｍｅａｔａｅｔｅａｏｉｅｃｄｉｉｎｓｆｕｔｅｖｌｐｍｅｎｔａａｔｔｌｓ．ＫｅｙｗｏｄｖｒｕｌｉｔｕｍｅｔＬａＶＩｒｓ：ｉｔａｎｓｒｎ；ｂＥＷ；ａａａｑｓｔｏｓｎｈｒｏｕｎｅａｏｒｄｔｃｕｉｉｉｎ；ｙｃｏｎｓｇｅｒｔ
限制，与现代先进技术有很大的差距。为了实现电
机实验室的现代化运用需求，们以节约资金为前我
提对其进行了改造。
ｌ数据采集系统
１）数据采集系统的工作流程
改造前实验室同步发电机运行数据依靠传统的电压表和电流表等进行测量。这种测量读数误差大，只能获得有效值，计算麻烦。本文提出的一种基

基于USB接口的便携式数据采集系统的设计

测试测量技术
基于ＵＳ接１便携式数据采集系统的设计Ｂ３的
Ｄｅｉｎｏｓｇ［ＣｏｅｉｎｔｎｓｒｍｅｆＤａａＡｃｉｉｉｎＳｔｒｓｄｏＢｎｔｒａｅｎｖｎｅｔｕＩｎｔｔｑｕｓｔｏｙｓｅＢａｅｎＵＳＩｅＹｃｏｎ
良好的人机界面。
关键词：ＵＢ；数据采集；ＧＩＳＰＦ；ＭＤ变换器
中图分类号：Ｔ２４Ｐ７
Ａｂ
文献标识码：Ｂ
文章编号：１０－１７２０）ｏｏ— ５０３００（０８ｍ－ｏ９０
ｃ：Ｉｄｏｄｅｉｙｔｍｃｈｃｕｄｂｅｕｅｎｔｅｏｎｆｌ．ｔｅｒｓａｒｏｃｓｓｏｈｔｕｔｒｆａｐｒａｅｄａａｔｎｏｒｅｒｓｇｎａｓｓｅｗｈｉｏｌｓｄｉｈｐｅｉｄｔｅｈｅｅｃｈｆｕｅｎｔｅｓｒｃｕｅｏｏｔｂｌｔ
ｆｅｅｃｅ４ＭＨｚＡｌｔｅｌｇｉａｌｕｃｉｎｆＦｒｑｕｎｙａｒ０ｌｈｃｎｔｓｏＰＧＡａｅｒａｉｄｂｙｐｏａｍｉｇｏｆｏｒｅｌｒｇｒｚｅｍｎＶＨＤＬｃｄｅｃｅｉｅｈｏｎｒｆｒａｎｏｓｗｈｉｈｒａｌｓｔｅｃｔｏｅｄｉｇｚｏｌ
１研究背景与系统总要求
１１数据采集设备的设计要求．
一
根据数据采集器的要求，对基于ＵＢ的数据采集系统进行方Ｓ案设计。该数据采集系统采用两路１４位４ＭＨｚＡＤ变换０的／

基于USB接口的数据采集系统

口和并口。
关键词：数据采集ＵＢＳ总线中图分类号：Ｐ１Ｔ３
ＰＩＳＤ２驱动ＤＵＢ编号：６２３９（０ｏｏ（）０１－１１７－７１２１）３ａ－０１０
１总体设计
．
２系统硬件电路设计
本课题选取了ＰＩＩ公司的ＰＩＳＤ２ＨＬＳＰＤＵＢ１，
ＭＡＸＩ公司的ＭＡＸｌ６和ＡＴＭＥＬ司的Ｍ１６公
（）新设备对象添加到设备堆栈中。４把ＵＢＳ驱动程序入口程序ＤｉｅＥｔｙ）ｒｖｒｎｒ（的主要功能是告诉系统那些ＩＲＰ由哪个例４结语程处理也就是对驱动程序初始化，的作它本文以基于ＵＳ接口的数据采集平台Ｂ用相当于Ｃｃ＋ｍａｎ）Ｗｉｄｗｓ程为研究对象，取了通用ＵＳ／＋的ｉ（或ｎｏ编选Ｂ接口芯片下的ＷｉＭａｎ）ｎｉ（。ＰＵＳＤ１，Ｄ转换芯片ＭＡＸ１６和ＤＩＢ２Ａ／１６初始化派遣例程８Ｃ２片机作为系统核心芯片，９５单设计并研ｄｒＶｅＯｂｅｔｉｒｊｃ一＞ＭａｏＦＵｎｃｉｎｊｒｔＯ制了一套基于ＵＳ接口的数据采集硬件板Ｂ［ＰＭＪＣＥＴ］Ｄ１一ｒａｅＩ — — ＲＡＥ＝Ｃｅｔ；Ｒ２卡，开发了相应的Ｖｃ＋发环境下的用并＋开ｄｒｖｅｏｃ一＞ＭａｏＦｕｔｏ户应用程序，现了从底层单片机到以ｉｒｂｊｔｅｊｒｎｃｉｎ实 Ⅱ ＰＭＪＣＯＥ＝一ｌｓ；Ｒ — — ＬＳ］Ｄ１Ｃｏｅ２Ｗｉｄｗｓ操作系统为基础的Ｐ机的ＵＢｎｏＸＰＣＳｄｖｒｂｅｔ＞ＤｉｅＵｎｏｄｉｆｅＯｊ－ｒｒｌａ＝Ｄ１．ｌａｌ双向通信，终构建了一个基于ＵＳ接口ｃｖ２Ｕｎｏｄ最ＢｄｉｒｒｖｅＯｂｊｃ一＞ＭａｏｒｅｔｊＦｕｎｃｉ的数据采集平台。ｔｏｎ［ＲＰ—Ｍ —ＤＥＶＩＩＪＣＥ—Ｃ０ＮＴＲ０Ｌ］本课题的难点在于对协议的理解和驱Ｄ１一ｏｃｓＩＣＴＬ；２ＰｒｅｓＯ动程序的编写，细研究了ＵＳ通讯协议、详Ｂ通ｄｒｖｒｉｅＯｂｊｃ一＞ＭａＯｒｎｃｉ操作系统原理及内核，过大量的实践与ｅｔｊＦｕｔＯｎ总结完成了Ｐ机与ＵＳ之间的通讯。ＣＢ系统［ — — ＲＴ］Ｄ２ｉ｝ＩＭＪＷＩＥ＝１ＷｒｅＲＰｔｄｒＶｒｉｅＯｂｊｃ一＞ＭａｏＦｕｔＯ设计中对系统软件的测试没有什么非常有ｅｔｊｒｎｃｉｎ Ⅱ ＰＭＪＲＡＩＤ１一ａ；Ｒ — — ＥＤ＝２Ｒｅｄ效的方法，其问题进行有效的定位，对只能ｄｒｖｅＯｂｅｔｉｒｊｃ一＞ＭａｏＦｕｎｃｉｎｊｒｔＯ通过示波器及ＢＨＯＵＵＳＮＤ件来进行一软［ＰＭＪＰＰ＝＿ｉａｈＩ — — ｎ］ＤＤｓｔ；Ｒ１２ｐ些初步判断。

FPGA和USB的双通道数据采集测试系统

传到计算机中。其中系统的整体结构如采集系统是信号与信息处理系统不可缺少的组
成部分，其广泛应用于微电子技术、计算机技术和通信技术等领域。本文所述系统充分利用了现场可编程门阵列的灵活性和通用串行总线（ＵＳＢ）体积小、即插即用、速
ＨｕａｎｇＹｕａｎｗａｎｇ，ＹａｎＪｉｈｏｎｇ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＣｈｉｎａ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１１７３１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓａｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｄｕａｌｃｈａｎｎｅｌｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｈａｒｄｗａｒｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ．ＴｈｅｓｙｓｔｅｍｃｏｎｓｔｉｔｕｔｅｓＦＰＧＡ
ＦＰＧＡ和ＵＳＢ的双通道数据采集测试系统
黄远望，严济鸿
（电子科技大学电子工程学院，成都６１１７３１）

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华中科技大学硕士学位论文USB数据采集板的测试系统姓名：付凌霄申请学位级别：硕士专业：信号与信息处理指导教师：李青侠20070609华中科技大学硕士学位论文摘要在欧洲粒子物理研究所(CERN)的大型离子对撞实验(ALICE)中，光子探测系统(PHOS)需要大量的数据采集板，该板完成光电转换所产生的电信号的处理、数据采集。

为了保证批量生产的数据采集板在PHOS系统中能正常工作，需要对每块板进行测试，而人工测试工作量大、效率低，因此需设计一个可对该板进行离线测试的测试系统，以高效完成对数据采集板的功能测试及故障诊断，减小测试难度。

本文根据数据采集板上的测试需求，结合虚拟仪器概念，从USB总线技术的基本原理出发，对USB体系结构、数据传输类型、USB设备相关概念等几方面进行了分析和阐述，提出了基于EZ-USB的测试系统方案。

该方案主要包括测试系统硬件设计、下位机固件程序和上位机应用程序的设计。

下位机固件程序采用嵌入式软件编程，通过前台的主循环程序和后台的中断服务程序实现，按照功能需求完成USB 传输，保证了测试系统数据传输的正确性和稳定性。

通过使用面向对象语言开发上位机应用软件可以实现测试界面和采集板之间的数据高效交换，此外通过图形用户界面还可以随时对数据采集板上FPGA工作状态进行控制，并对FPGA进行重新配置。

实验的测试结果表明，该测试系统可以对数据采集板进行离线测试，通过友好人机界面来操作测试系统，从而正确完成对数据采集板的工作状态控制、板上FPGA 的可重配置以及各类数据的采集、显示、存储、导出等功能，便捷高速而且降低了测试成本。

关键词：测试系统；EZ-USB；数据传输；下位机固件；上位机应用程序华中科技大学硕士学位论文AbstractThe Photon Spectrometer, subsystem in A Large Ion Collider Experiment (ALICE) of European Organization for Nuclear Research (CERN), requires a large number of data-acquiring modules to acquire signal from high-speed particle collision. To guarantee the batch FEE cards working normally in PHOS, testing for each card is necessary. It will have a great amount of w ork with low efficien cy to test manually. To decrease the test difficulty, a test system is designed to handle the function test and error diagnosis in mass production.In this thesis, the test system is composed of a PC equipped with Virtual Instrument as host and an EZ-USB-based microcomputer controller as the slave computer. As communication between the Host and the Slave Computer is via USB bus, system architecture and data transmission types of USB are mentioned first. According to the test demand, system hardware scheme, embedded firmware of slave computer and host application software are proposed respectively. By using the program of embedded system, the bottom firmware is implemented with the foreground procedures: main-loop, background procedures: servings for interrupt.The coordination of the firmware program in the slave computer and the hardware insure the reliability and stabilization of the data transmission in the test system. The host application is developed by object-oriented language with friendly Graphical User Interface (GUI). It insures efficient data exchange with slave controller with smart control to field status. The FPGA chip in slave sy stem can also be reconfigured by host PC flexibly.In mass production, the test system mentioned can be operated offline from the system bus of PHOS. All field statistics can transfer to host PC via USB link, which can be displayed in pellucid tables, stored/exported for farther scientific analysis. Compared with traditional manual testing, the test system reduces the cost sharply.Key words: Test system; EZ-USB; Data transfer; Bottom firmware; Host application华中科技大学硕士学位论文缩略语ALICE A Large Ion Collider ExperimentAPD Avalanche Photon DiodesCERN European Organization for Nuclear ResearchCSP Charge Sensitive PreamplifiersDCS Detector Control SystemDMA Direct Memory AccessFEE Front End ElectronicsFIFO First-in First-outFMD Forward Multiplicity DetectorFPGA Field-Programmable Gate ArrayGPIB General Purpose Interface BusGPIF General Programmable InterFaceHMPID High Momentum Particle Identification DetectorI2C Inter-Integrated CircuitITS Inner Tracking SystemIRP I/O request packetLHC The Large Hadron Collider project MUONSPEC Muon SpectrometerPCI Peripheral Component InterconnectPDU Protocol Data UnitPHOS PHOten SpectrometerPMD Photon Multiplicity DetectorPWO Lead-tungstate CrystalPXI PCI eXtensions for InstrumentationRCU Readout Control UnitSCL Serial Clock LineSDA Serial DataTOF Time-of-FlightTPC Time Projection ChamberTRU Trigger Region UnitsUSB Universal Serial BusVXI VME eXternted for Instrument独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。

对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。

学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

保密□，在_____年解密后适用本授权书。

本论文属于不保密□。

（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文1 概述1.1 引言大型离子对撞实验(ALICE)合作组是由大学和研究所组成的一个合作组织，目前这个组织正筹备一个将在大型强子对撞机(LHC)上进行的大型实验，位于瑞士日内瓦近郊的欧洲原子能研究中心正在筹建这个对撞机。

LHC竣工后将是世界上最大的粒子加速器对撞机，届时将允许来自世界40余个国家的科学家在LHC上进行大量的以研究粒子的结构和物质性质为目的的重要实验。

ALICE实验装置包括内部跟踪系统(ITS)，计时发射室(TPC)，辐射跃迁探测器(TRD)，光子探测系统(PHOS)，高能粒子识别探测器(HMPID)，光子多样性探测器(PMD)，前向多样性探测器(FMD)，μ介子分光计(MUONSPEC)等几个部分[1]。

其中PHOS包括有探测控制系统(DCS)，可读控制单元(RCU)，数据采集板(FEE)。