一种基于USB的高速数据采集系统硬件设计
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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 ＵＳ Ｂ总线 的数 据采 集 系统一 般 由主机 、 Ｂ ＵＳ 控 制器 、 ＡＤ转换 及存 储 模块 构 成 ， 基本 结 构 如 图 １ 所
ＵＳ Ｂ控 制器 （ ｙ ｅｓＥ — Ｂ Ｆ （ Ｙ７ ６ ０ ３ ） ； Ｃ ｐ ｓ Ｚ ＵＳ Ｘ２ Ｃ Ｃ ８ １ ） 等
软 件 部 分 主 要 包 括 ＵＳ Ｂ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） ３ ０ ４
【 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 Ｍ Ｂ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 ＵＳ Ｂ控制 器 的作 用下 ， 过 总线 传输 到 主机 进 行后 期 通
１ 基 于 ＵＳ 的数 据 采 集 系统 Ｂ
基 于 ＵＳ Ｂ总线 的数 据采 集 系统一 般 由主机 、 Ｂ ＵＳ 控 制器 、 ＡＤ转换 及存 储 模块 构 成 ， 基本 结 构 如 图 １ 所
ＵＳ Ｂ控 制器 （ ｙ ｅｓＥ — Ｂ Ｆ （ Ｙ７ ６ ０ ３ ） ； Ｃ ｐ ｓ Ｚ ＵＳ Ｘ２ Ｃ Ｃ ８ １ ） 等
软 件 部 分 主 要 包 括 ＵＳ Ｂ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） ３ ０ ４
【 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 Ｍ Ｂ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 ＵＳ Ｂ控制 器 的作 用下 ， 过 总线 传输 到 主机 进 行后 期 通
基于USB2.0接口的高速数据采集系统设计
Ｕ Ｓ ２ ．Ａ ｔｆｒ ｔｉ ｎｔ ｏ ｃｅ ｈｅｓ ｓ ｅ ｒ Ｂ ．０ ｉｓ ｔｉ ｒ ｄｕ ｓ ｔ ｙ ｔ ｍ ｈａ ｄｗａｒ ｓｇｎ ｐａ ｔ ｅ ｐｅ ｉｌｙ ｔ ｙ ｔ ｍ ｓｇ ｎ ｇ ｐ ｄ ｄ ｔ ｒ ｎｓ ｉｓｏｎ ｅｄｅ ｉ ｒ ， ｓ ｃａ ｌ ｈｅｓ ｓ ｅ ｄｅ ｉ ｎ ａ ｄ ｈｉｈ ｓ ｅｅ ａ ａ ｔａ ｍ ｓ ｉ
Ａｂｓｒ ｔ Ｔｈｉ ｐａ ｒ ｎｔｏｄ ｅ ｔ ｓ ｔ ｔａｃ ： ｓ ｐｅ ｉ ｒ ｕｃ ｓ ｈｅ ｏｆｗａｒ ａ ｈａ ｄ ａ ｅ ｅ ｎｄ ｒ ｗ ｒ ｄｅ ｉ ｏｆ ｈｉ ｓ ｅ ｄ ｔ ａ ｑｕ ｓｔｏｎ ｙ ｔ ｍ ｂ ｓ ｄ ｓｇｎ ａ ｇｈ ｐｅ ｄ ａ ａ ｃ ｉ ｉｉ ｓ ｓ ｅ ａ ｅ ｏｎ
驱 动 程序 设 计 和 应 用程 序 设 计 ３部 分 组 成 。事 实证 明 ， 基 于 ２ ０接 口 的 高速 数 据 采 集 系统 完全 满 足 设 计 和 使 用要 求 。 该 ．
关键 词 ： Ｂ ２ ０ 数 据 采 集 ； Ｙ７ ８ １ ； 件 设 计 ＵＳ ． ； Ｃ Ｃ６ ０ ３ 软 中图分类号 ： ３４７ ＴＰ ３ ． 文 献标 识 码 ： Ｂ 文 章 编 号 ： ０ ４—３ ３ ２ ０ ） ４ ６ ０ １０ ７ Ｘ（ ０ ７ ２ —０ ９— ４
ｗ ａ ｅ ｄｅ ｉ ｎ， ｒｖ ｒ ｐ ｏ ａ ｓｉｎ ａ ｄ ａ ｐｌｃ ｔｏｎ ｐｒ ｇｒ ｍ ｅ ｉ ．Ｉ ｓ ｐｒ ｖｅ ｈａ ｈｅ ｓ ｔ ｍ ａｎ ａ ｓ ｕｔ ｌ ｕｆｌ ｔ ｓｇ ｒ ｓ ｇ ｄ ｉｅ ｒ ｇｒ ｍ ｄｅ ｇ ｎ ｐ ｉａ ｉ ｏ ａ ｄ ｓｇｎ ｔｉ ｏ ｄ ｔ ｔｔ ｙｓ ｅ ｃ ｂ ｏｌ ｅ ｙ ｆ ｉｌ ｈｅｄｅ ｉｎ ａ ｓ ｅ ｎｄ ｕ ｅ ｒ ｑｕｅ ｔ ｓ．
Ａｂｓｒ ｔ Ｔｈｉ ｐａ ｒ ｎｔｏｄ ｅ ｔ ｓ ｔ ｔａｃ ： ｓ ｐｅ ｉ ｒ ｕｃ ｓ ｈｅ ｏｆｗａｒ ａ ｈａ ｄ ａ ｅ ｅ ｎｄ ｒ ｗ ｒ ｄｅ ｉ ｏｆ ｈｉ ｓ ｅ ｄ ｔ ａ ｑｕ ｓｔｏｎ ｙ ｔ ｍ ｂ ｓ ｄ ｓｇｎ ａ ｇｈ ｐｅ ｄ ａ ａ ｃ ｉ ｉｉ ｓ ｓ ｅ ａ ｅ ｏｎ
驱 动 程序 设 计 和 应 用程 序 设 计 ３部 分 组 成 。事 实证 明 ， 基 于 ２ ０接 口 的 高速 数 据 采 集 系统 完全 满 足 设 计 和 使 用要 求 。 该 ．
关键 词 ： Ｂ ２ ０ 数 据 采 集 ； Ｙ７ ８ １ ； 件 设 计 ＵＳ ． ； Ｃ Ｃ６ ０ ３ 软 中图分类号 ： ３４７ ＴＰ ３ ． 文 献标 识 码 ： Ｂ 文 章 编 号 ： ０ ４—３ ３ ２ ０ ） ４ ６ ０ １０ ７ Ｘ（ ０ ７ ２ —０ ９— ４
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基于TI5502的USB高速低功耗数据采集系统设计
王 洪武 赵 继敏 （ 上海交通大学电气工程 系， 上海 ２ ０ ３ ） ０ ０ ０
摘 要
介 绍 一 种 基 于 Ｔ５ ０ Ｄ Ｐ和 Ｃ ７ ６ ０ ３ 的 Ｕ Ｂ ． 多通 道 高速 低 功 耗 实 时数 据 采 集 系 统 ，可 以 直接 由 笔 记 本 Ｉ５ ２ Ｓ Ｙ Ｃ ８ １Ａ Ｓ ２０
Ｌ０１ ｅ １ Ｉ ’１１ ＣＯ １ ．
一 ’
一
＜
… 一 １
ｃ
４
一
多种 触 发方 式 的数 据采 集 功 能 。 系统 具有 ４个 并 行 测 量 通道 、 １
路 转 速 信号 ， 且可 以根 据需 要 进 行级 联 实 现 ８路 甚 至 是 １ 并 ６路 的通 道 。 个 测量 通 道 具 有 １ ５４ 的采 样 频率 的 ２ ｂｔ Ａ Ｄ 单 ０ ．Ｋ ４ ｉ的 ／ 转换 器 Ａ Ｓ ２ １ 提 供 ５ ｋ ｚ带 宽 、 ８ Ｖ Ｃ 的失 调 漂 移 以 及 Ｄ １７， ０Ｈ １ ￣ ／ １ ９ Ｂ的 信 噪 比（ ＮＲ 。 ０ｄ Ｓ ）
１ 硬 件 设计
Ｐ Ｃ
图 ２ Ｆ ２系 列 ＵＳ ２０徽１芯 片
带宽为 ２ ４位 的工 业 用 模 数 转 换 器 ＡＤ １ ７ 。该 器 件 拥 有 Ｓ２ｔ Ｍ ＢＰ ｃ Ｓ Ｔ ５０ ＭＳ ５２
Ｈ ｆ７６０３ 、 （ ８１ Ｙ Ｐ Ｃ
１１ 采集 系 统 框 架 ・ 采 集 系统 框 图 如 图 １所示 ：
１２ ＴＭ￥３ ０ ５ ２ Ｐ芯 片 ． ２ Ｃ５ ０ ＤＳ
５ ｋ ｚ带 宽 及 １８ Ｖ Ｃ 的 失 调 漂 移 以 及 １ ９ Ｂ 的 信 噪 比 ０Ｈ ．￣ ／ ０ｄ
（ Ｎ ， 一 步将 工 业 、 Ｓ Ｒ） 进 医疗 及汽 车 应 用 中 的 高 精度 测 量 提 升 到 了新 的 水 平 。Ａ Ｓ１ ７ Ｄ ２ １高精 度测 量 的 同时 ， 合直 流 与 交 流 规 符
一种基于USB2.0接口的高速数据采集系统的设计
Ｓａ ｅ ｌＯ 模 式 的时 序 。 Ｉｖ ＦＦ 其 中 ， ｌｖ ＦＦ 模 式 接 口工作 时序 如 下 ： Ｓａ ｅ ＩＯ ＩＬ ： 写事 件 发 生 时 ， 状 态 １ Ｄ Ｅ当 进 ；
真 ， Ｕ Ｂ设 备 具 有 安装 方 便 、 插 即 用 、 带 宽 、 传 输 速 度 、 而 Ｓ 即 高 高
易 于 扩 展 等优 点 ，得 到 了更 加 广 泛 的 应用 。本 文应 用 Ｆ Ｇ 和 Ｐ Ａ Ｃ ７ ８１ Ｙ Ｃ６ ０ ３芯 片 设 计 一 种 基 于 Ｕ Ｂ ． Ｓ ２０接 口的 数 据 高 速 采 集 传输 系统 ， 可广 泛 应 用 。
１ 基 于 Ｆ ＧＡ 和 Ｃ ７ ６ ０ ３芯 片 的 Ｕ Ｂ ． Ｐ Ｙ Ｃ ８１ Ｓ ２０接 口数 据 采 集 传 输 系统
Ｆ Ｇ ｎ Ｙ Ｃ ８ １ ｈ ｓ ａ ｅ ｎ ｔｅ Ｕ Ｂ ２ ｎ ｒ ｃ ｓ ｏ ｂ ， ｅ ｗ ｒ ｒｇ ｒｉ Ｙ Ｃ ８ １ ｈ （ Ｓ ． ｉ Ｐ Ａ ａ ｄ Ｃ ７ ６ ０ ３ ｃ ｉ ，ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ Ｓ ． ｉ ｅｆ ｅ ．Ｎ ｔ ｌｔ ｏｋ ｅ ａｄｎ Ｃ ７ ６ ０ ３ ｃ ｉ Ｕ Ｂ ２ ｎ ｐ ０ ｔ ａ ａ ｙｈ ｇ ｐ ０ — ｔｒ ｃ ）ｉ ｐ ｒ ｒ ｄ ｉ Ｓａ ｅｉ ｄ ，ｎ ｈ ＩＯ ｉ ＣＹ Ｃ６ ０ ｉ ｃ ｎｒｌ ｄ ｂ Ｐ ｅｆ ｅ ｓ ｅｆ ｍｅ ｎ ｌ ｆｏ ｍｏ ｅａ ｄ ｔｅ ＦＦ ｎ ａ ｏ ｖ ｆ ７ ８ １ ｓ ｏ ｔ ｌ ｙ Ｆ ＧＡ （ｘｅｎ ｌｍａｎ ｃ ｎｒｌｒ ｏ ｃ ｒ ３ ｏｅ ｅ ｔｒａ ｉ ｏ ｔ ｌ ）ｔ ａ— ｏｅ
状态 １使 ＦＦ Ａ ［：１ 向 Ｉ ＩＯ， ： ＩＯ ＤＲ １０指 Ｎ ＦＦ 进状态 ２；
状 态 ２： ＦＦ 满 ， 如 ＩＯ 在本 状 态 等 待 ， 则 进 状 态 ３ 否 ；
基于USB2.0的高速高精度数据采集系统模拟电路设计
ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ， ｉ ｎ － ｄ ｅ ｐ ｔ ｈ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｋ ｅ ｙ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ｄ ａ ｔ ａ ａ ｃ ｑ ｕ ｉ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ， ＡＤＣ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｉ ｓ ｇ ｉ ｖ ｅ ｎ ａ ｎ ｄ ｋ ｅ ｅ ｐ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ｉ ｎ
杜 改 丽
（ 河 南 职 工 医学 院 河 南 郑 州 ４ ５ １ １ ９ １ ） 摘 要 ：为 了满足 数 据 采 集 系统 对 输 入 信 号 的 高 速 高精 度 采 集 ． 本 文重 点 介 绍 了模 拟 前 端 放 大 器件 选 型 以及 模 拟 前 端 信 号 调 理 电路 的设 计 ， 深 入 的研 究 了影 响 数 据 采 集 精度 的 关键 技 术 ． 给 出 了 ＡＤ Ｃ 电路 设 计 中提 高 和保 持 转 换精 度 的
ＤＵ Ｇａ ｉ — ｌ ｉ
（ Ｈｅ ｎ ａ ｎ Ｍｅ ｄ ｉ ｃ ａ ｌ ｆ ｆ ｅ ， ０ ｒ Ｓ ｔ ａ ｆａ ｎ ｄ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ ， Ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ４ ５ １ １ ９ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｓ ａ ｔ ｉ ｓ ｆ ｙ ｔ ｈ ｅ ｄ ａ ｔ ａ ａ ｃ ｑ ｕ ｉ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｆ ｏ ｒ ｈ ｉ ｇ ｈ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｈ ｉ ｇ ｈ ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｐ ｕ ｔ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ ａ ｃ ｑ ｕ ｉ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ，ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｍａ ｉ ｎ ｌ ｙ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｏ ｇ ｆ ｒ ｏ ｎ ｔ － ｅ ｎ ｄ ａ ｍｐ ｌ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ａ ｎ ａ ｌ ｏ ｇ ｒ ｆ ｏ ｎ ｔ － ｅ ｎ ｄ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ ｄ ｉ ｓ ｐ ｏ ｓ ａ ｌ
基于USB2.0的高速实时数据采集系统设计
在 高 速 ＤＳ 平 台上 得 到 了验 证 ， 好 地 完成 了数 据 采 集 、 理 及 传 输 任 务 Ｐ 很 处 关 键词 ： Ｂ２ ０ 数 据 采 集 ； ＵＳ ． ； 固件 ； 动 驱 中 图分 类 号 ： Ｐ ７ ． Ｔ ２４ ２ 文 献 标 识 码 ： Ｂ ． 文 章 编 号 ：０ ４—３ ３ ２ ０ ） １— ８ —０ １０ ７ Ｘ（０ ７０ ０ １ ４
ＵＳ Ｕｎｖ ｒａ ｅｉｌＢ ｓ 是 由 Ｃｏ ａ ， Ｂ（ ｉｅｓ ｌＳ ｒ ｕ ） ａ ｍｐ ｑ ＨＰ， — Ｍｉ
（ Ｂ 接 口器件 ， ＵＳ ） 他完全 符合 ＵＳ ． Ｂ ２ ０规 范 ， 了具 有一 除
摘 要 ： 实现 数 据 高 速 采 集 并 将 大批 量 数 据 快 速 传 输 到 Ｐ 为 Ｃ机 做 后 续 处 理 ， 计 了一 种 基 于 ＵＳ ． 设 Ｂ２ ０的 高速 实时 数 据 采 集 系统 。 介 绍 了整 个 系统 的硬 件 设 计 ， 细 阐述 了 ＵＳ 详 Ｂ接 口芯 片 ＩＰ ５ １的 固件 、 动 厦 应 用 程 序 开 发 。 本 系 统 设 计 已 Ｓ ］８ 驱
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｈ ｇ ｐ ｅ ａ —ｔｍ ｅ Ｄａ ａ Ａｃ ｕ ｓ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ｓ ｄ ｏ Ｂ ． ｓｇ ｆｔ ｅ Ｈｉ ｈ Ｓ ｅ ｄ Ｒｅ ｌ ｉ ｔ ｑ ｉｉｉ ｎ Ｓ ｓｅ Ｂａ ｅ ｎ ＵＳ ２ ０
Ｗ ＡＮ ｉｇ Ｓ Ｔａ ， ＡＮ Ｈａ ｉ ｎ Ｇ Ｐ ｎ ， Ｕ ｏ Ｆ Ｇ ｏｕ
维普资讯
《 现代 电 子技术） ０ ７ 第 １期 总 第 ２ ０期 ２０ 年 ４
测试 ・ 测量 ・自动 化 司
基于 Ｕ Ｂ２０ Ｓ ． 的高速实时数据采集系统设计
王 平 ， 涛 ， 苏 方浩俊
ＵＳ Ｕｎｖ ｒａ ｅｉｌＢ ｓ 是 由 Ｃｏ ａ ， Ｂ（ ｉｅｓ ｌＳ ｒ ｕ ） ａ ｍｐ ｑ ＨＰ， — Ｍｉ
（ Ｂ 接 口器件 ， ＵＳ ） 他完全 符合 ＵＳ ． Ｂ ２ ０规 范 ， 了具 有一 除
摘 要 ： 实现 数 据 高 速 采 集 并 将 大批 量 数 据 快 速 传 输 到 Ｐ 为 Ｃ机 做 后 续 处 理 ， 计 了一 种 基 于 ＵＳ ． 设 Ｂ２ ０的 高速 实时 数 据 采 集 系统 。 介 绍 了整 个 系统 的硬 件 设 计 ， 细 阐述 了 ＵＳ 详 Ｂ接 口芯 片 ＩＰ ５ １的 固件 、 动 厦 应 用 程 序 开 发 。 本 系 统 设 计 已 Ｓ ］８ 驱
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｈ ｇ ｐ ｅ ａ —ｔｍ ｅ Ｄａ ａ Ａｃ ｕ ｓ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ｓ ｄ ｏ Ｂ ． ｓｇ ｆｔ ｅ Ｈｉ ｈ Ｓ ｅ ｄ Ｒｅ ｌ ｉ ｔ ｑ ｉｉｉ ｎ Ｓ ｓｅ Ｂａ ｅ ｎ ＵＳ ２ ０
Ｗ ＡＮ ｉｇ Ｓ Ｔａ ， ＡＮ Ｈａ ｉ ｎ Ｇ Ｐ ｎ ， Ｕ ｏ Ｆ Ｇ ｏｕ
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《 现代 电 子技术） ０ ７ 第 １期 总 第 ２ ０期 ２０ 年 ４
测试 ・ 测量 ・自动 化 司
基于 Ｕ Ｂ２０ Ｓ ． 的高速实时数据采集系统设计
王 平 ， 涛 ， 苏 方浩俊
基于USB2.0的高速多路数据采集系统设计
控制转换 ， 将各通道采样数据存人其 内部缓存。 旦转换完成 ， 据转换 电路向 Ｕ Ｂ微处理器 数 Ｓ 发读采样结果信号 ， Ｓ Ｕ Ｂ微处理器依次取走批量
一
数据 ， 传输给 主机 ， 采样数据传输 给主机时 ， 在 Ｕ Ｂ微处理器持续读取采样 的结果 ， Ｓ 保证了连续 高速采集数据的实时性 。
３ １ 硬 件设计 ．
据结果 跳转 到其 它任 意 一个 状 态 或 延迟 １～２６ ５ 个 ＩＣ Ｋ时钟 周 期 。 当然 也 可 以根 据 输 入端 的 ＦＬ
Ｕ Ｂ控制 器 Ｃｐｅｓ 司 Ｆ ２系列 单 片机 Ｓ ｙｒｓ 公 Ｘ Ｃ ７ ６０３与 外设有 两 种接 口方式 ： 编程接 口 Ｙ Ｃ８１ 可
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第 ２期 ２０ ０ ７年 ６月
电
光
系
统
Ｎｏ ２ ．
Ｅ ｅ ｔｏ ｉ ｎ ｌ ｃｒ — ｐ ｉａ ｙ ｔｍｓ ｌ ｃｒ ｎｃ ａ ｄ Ｅ ｅ ｔ ｏ ｔ ｌＳ ｓｅ ｏ ｃ
Ｊｎ ．２ ０ ｕ ｅ ０７
基于 Ｕ Ｂ ． Ｓ ２ ０的高速 多路 数 据 采 集 系 统 设 计
把其 中两 个 信 号 相 与 、 或 或 者相 异 或 ， 相 根
实用的软硬件平 台。主机采用台式计算机， Ｓ ＵＢ 控 制器采 用 Ｃ ７ ６０ ３ 数据转 换 电路 以美信 公 Ｙ Ｃ８１ ， 司的 Ｍ Ｘ １ Ａ １５高速 多通 道 同步 Ａ Ｄ采 样芯 片 为 ／ 例， 详细说 明该 方案实 现 的过程 。
至需要整个数据采集系统能够方便携带。 目前， 能够 完成数 据采 集 的计算机 接 口包 括 ： Ａ总线 、Ｃ 总线 、３４总线 、 Ｓ 、 Ｉ Ｓ ＰＩ １９ Ｕ Ｂ 红外 、 蓝 牙等。Ｕ Ｂ接 口具有较 高 的传输 速率、 Ｓ 方便连 接， 最高传输速度可达 ４ ０Ｍ ｐ， ８ ｂ ｓ实现了真正意 义上的“ 即插 即用” 同时 Ｕ Ｂ接 口最多可 以连 ， Ｓ 接 １７ ２ 个外设 ， Ｕ Ｂ接 口技术应用于数据的高 将 Ｓ 速实时采集具备一定 的优势。
基于FPGA和USB的高速数据实时采集系统的设计和实现
0 引言现代工业自动化的发展日新月异，各个领域对数据采集的质量和速度要求都在不断提高。
传统的数据采集设备多采用固定数据接口如USB、串口、网口、SPI 等，本系统中由于项目特殊需求，需要对高速IO 数据进行实时采集传输，所以不能采用传统的仅以DSP 或ARM 作为控制核心的系统设计[1]。
由于FPGA 具有时钟频率高、内部延时小、开发周期短、运算速度快、编程配置灵活、集成度高、功耗低、内部资源丰富等优点，所以本系统中加入了FPGA 芯片控制。
所以，本文设计了一种 FPGA+STM32+USB3300+上位机架构的高速IO 实时数据采集系统，当前硬件配置最高支持IO 的传输速率为30Mb/s，理论上该系统的速度仅受限于SPI实时分析处理。
1 系统原理及组成1.1 系统框架本系统总体架构如图1所示，主要包含FPGA 硬件缓冲及转换协议模块、STM32数据采集及传输模块、USB3300数据上传模块，上位机实时接收及存储模块。
1.2 系统工作原理系统上电后，用户打开上位机采集界面，启动采集，STM32收到命令以后，开始通过SPI 读取FPGA 数据；收到的数据满一包之后，STM32传输数据到USB3300芯片，该芯片通过USB 驱动上传数据给上位机，上位机监测到数据即读取芯片控制电路，STM32F407核心控制电路和USB3300传输通信电路。
FPGA 控制电路比较简单，因为其编程配置灵活，其大部分IO 口可以根据需要配置，在本系统中该芯片主要作用是IO 数据缓UARTetc. Therefore, the system is compatible with multi interface protocol, fast transmission speed, simple structure, real-time and high reliability. After many tests, it is proved that the system can be applied to high-speed data transmission and acquisition, and can meet the requirements of real-time data transmission.Keywords: FPGA ；STM32；USSB3300；USB ；multi interface protocol ；high-speed ；real-time2.2 STM32和USB3300原理图本系统中STM32及USB3300的电路设计都是采用的数据手册推荐设计，如下图3所示。
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换速度快 ， 但受干扰大 ， 度不高 。 精 以上仅仅是数据采集系统 的一般结构 形式及其工 作原
理， 在设计数据采集 系统时往往应该 根据 不同场合 不同要求
要用运算放大器对信号进行调理，以满足 ＡＤ转换器的输 ／
入 电平要求， 以充分利用 ＡＤ转换器 的满量程分辨 率。ＡＤ ／ ／ 转换器 是采集通道的核心， 也是影 响数据采集系统频率和精 度的主要因素。采样过程是将被测的连续信号离散化， 从连 续信号 中抽取采样 时刻的信号值 ， 由多 路开 关、 采样 ／ 持 保 器完成。如 果被测信号变化缓慢， 也可以不用采样 ／ 保持器 。 多路开关将各路 信号轮流切换到输入端， 对各路信号分时采
进行放 大， 即放大器的放 大倍数可 以实 时控 制改变 。程控放
大器能够实现这个要求， 它的放大倍数 随时可以由一组数码
控制 。 这样 ， 在多路开关改 变其通道序号时， 程控放大器也 由
相应的一组数码控 制改变放大倍数， 即为每个模 拟通道提供
最合适的放 大倍 数， 它的使用大大拓宽了数据 采集系统的适
地 址和中断资源的限制， 可扩展性 比较差 等。３使用 ＵＳ ２０ （） Ｂ．
采样 ／ 保持器 、 大器 、 ／ 换器 及计 算机等组成 。数据采 放 ＡＤ转
集要经过采样和量化两个必要步骤 。
图一假设数据采集 系统 对多路模拟量进行采 集， 一般在
不要 求高速采集 的场合， 可使用公共 ＡＤ 转换器， ／ 用模 拟多 路开关轮流切换各路模拟量与 Ａ Ｄ转换器之间的通道， ／ 使得 在一个特定 的时间内，只允许一路模 拟信号 输入 到 Ａ Ｄ， ／ 从 而实现分时转换的 目的 。在模 拟信号进入 Ａ Ｄ转 换器 前， ／ 需
数据 采集哪 。
１ 数 据 采 集 系统
率较高 ， 在输 出部分必须 附带高速 缓存， 才能实 现实 时高 速
的数据采集 。 常用的数据采集 有以下三种方法 ：１ 用串 ／ 口来进 （） 使 并
１ 典型数据采集系统 ． １
典型数据采集 系统 的原理如 图一所示 ，它由多路开关 、
行 。 ＲＳ ３ ， 传输速率低， 如 ２２其 达不到系统所要求的高数据传 输速率， 也无法实现数据 的同步传输与采集 ， 因此， Ｉ的速 串Ｚ Ｉ 率远远达不到实 时要求； 并 口， 对于 虽然它的传输 速率很高 ， 但布线比较复杂。（） ２采用通用的高速数据采集卡 。 这些采集 卡虽然在 数据存取速度上可满足 系统要 求， 但存在 比如安装 复杂、 价格 昂贵 、 兼容 性不好 ， 而且还 要受 计算 机插槽数 量 、
ｓ ｎ ｉ ｈ曲 ｓｅｄｄ ｔ ａｑ ｉｔ ｎｓｓ ｍ． ｈ ａｅ ｋｎ ｙ ｒｓ ｓｍｉ ｎｕ ｔｒＳＥ － Ｓ Ｘ ｅｉ ｆ Ｙ Ｃ ８ １ ｓｔｅ ｉ ｓ ｓ ｉ ｐ ｅ ａ ｃ ｕｓｉ ｙｔ Ｔ ｅｐｐ ｒａ ｉｇｃｐｅｓ ｅ ｃ ｄ ｃｏ’ Ｚ Ｕ Ｂ Ｆ ２ｓｒ ｓｏ ７ ６ ０ ３ａ ｇ ｔ ｈ ａ ｉｏ ｅ ｔ ｏ ｅ Ｃ ｈ
ｄ ｃ ｒ 司的 Ｅ － ＢＦ ２系列的 Ｃ Ｃ ８ １ 片作为核心 芯片，主要叙述 了整个高速数据采 集 系统 的硬 件设计 ，同时将 ｕｔ 公 ｏ ＺＵＳ Ｘ Ｙ７ ６ ０ ３芯 Ｕ ８连接技术 引入到测试测量 中， 制 了一套接近 实用 的便携式高速数据采集系统。通过 ＵＳ ２０接 口， Ｓ 研 Ｂ． 实现 了数据的实时高 ｄ Ｄ ｔ ｃ ｕ ｓ ｔ ｏ ｙ ｔ ｍ Ｂ ｓ ｄ ｏ Ｓ ｅ ｉｎｏ ａｄ ａｅ ｆ ｒ Ｈ ｇ－ ｐｅ ａ ａＡ ｑ ｉ ｉｉｎ Ｓ ｓ ｅ ａ ｅ ｎＵ Ｂ
花春飞 宁蕴绯
Ｈｕ ｈ ｎ ｅ Ｎｉ ｇＹｕ ｆ ｉ ａＣ ｕ ｆｉ ｎ ｎ ｅ
图三 高速数据采集 系统 原理 图
２２系统硬件 构成 ．
（ Ｃ ７ ６０３ １ Ｙ Ｃ ８ １ 芯片 ） Ｃ ７ ６０３ Ｙ Ｃ ８ １ 集成了以下特性： Ｓ ２ 收发器 、ｌ（ ＵＢ． ０ Ｓ 串行 Ｅ
接 口引擎）和增强型 ８ ５ 微处理器 ； ０ ｌ ０１ ８ ５ 程序从 内部 Ｒ ＡＭ 开 始 运 行 ； 个 可 编 程 ＢＬ ４ Ｕ Ｋ／Ｉ Ｅ ＲＵ Ｔ／ ＮＴ Ｒ Ｐ ＩＯＣ ・ Ｏ ＵＳ端点； Ｓ Ｈ Ｒ ＮＯ ８位 １ ６位外部数据 接 口；通用可编
ＡＤ ／ ，转换一 路信号要 受到器件特 性 、工艺水 平的限制， 因 此， 高速 ＡＤ在实 际情况下分时转换基本不可能 。由于数据 ／
一 基于 ｃ 种 ∽田的 高 速 数据 采 集 系 统 硬 件 设计
经综合考虑 ，在此选择采用 Ｕ Ｂ ．接 口来完 成对数据 Ｓ２ ０
的传输与采集 ， 实现 了低成本， 高可 靠性， 多点 、 实时高速 的
高。Ｕ Ｂ接 口实现 了计算 机与多个外 围设备 的简单高速 互 Ｓ 联， 既省去计算机外 部过多 电缆 ， 又避免 了像 Ｐ Ｉ 口那 样 Ｃ接
的插入式 接口板带来的操 作危险性 。因此， ＵＳ 将 Ｂ技术应用 于数据采集非常适合【］ ｌ。 － ｚ
保持器 、放大器 、Ｉ ＡＤ转换器及计算机 等组成。但对于高速
应面。
（） ３ 采样 ／ 保持器 在 实际系统 中用到 ＡＤ转换 时，如果模拟信号变换较 ／
快， 那么 ， 了保证转换 精度 ， 要在 ＡＤ转换之 前加上采 为 就 ／ 样， 保持电路， 使得在 ＡＤ转 换期间输入的模拟信号保持不 ／ 变。 采样 ／ 持器一般 由输入缓冲放 大器 、 保 输出缓冲放大器、 保持电容和控制开关组成ｔ ４ ］ 。
Ａｂ ｔ ｃ ： ｌ ｅ ｍｐ ｏ ｅｔ ｅｓｅ ｄ ｏ ａａａ ｑ ｉｉｏ ｎｐ ｔ ｅ ｅ ｓ ｒ ｅｉｓａ ｔｎ ｉ ｆｄ ｔ ｃ ｕｓｔ ， ｅｗｉ ｒｄ — ｓｒ ｔｎ ｏｄ ｒｔ ｉ ｒ ｖ ｈ ｐ ｅ ｆｄ ｔ ｃ ｕｓ ｉｎ ｉ ｍｃｉ ， ｎ ｕ ｔ ｔｎａ ｅｔ ｏ ａａａ ｉｉ ｏ ｔ ｔ ｅ ａ Ｉ ｏ ｔ ｏ ｅｈ ｎ ｙ ｑ ｉ ｈ ｎ ｅ
样。 ／ ＡＤ转换器将采样信号量化， 将转换成 的数字信号输人
到计算机中 。放 大器 、 滤波器 可根据被 测信号 的大小及干扰 的强弱选 用。有 的系统不采用公用放大器， 而根据信号特点
单独配置。
（） １多路转换模 拟开 关
模 拟开 关是数据采集系统 中主要部件之一， 它的作用是
切换各路输入信号 。为 了满足不同需要， 现己开 发出各种集
ｃｒ ｉ， ａｄ ａｅｄｓ ｆ ｅｈ曲 ・ ｅｄｄｔ ａ ｕｓｉ ｅ ｅｃｉ ｄ ｉ ｅ ａ ｔ ，ｎｒｄ ｃｓ ｅｔ ｎ ｌ ｙｏ ｏｅｃ ｐ ｈ ｒｗ ｒ ｅｉ ｏ ｉ ｓ ｅ ａ ｃ ｉｔ ｎｓ ｍ ｉｄ ｓｒ ｅ ，ｎｔ ｎｉ ｉ ｏ ｕｅ ｃ ｏｏ ｆ ｈ ｎ ｇ ｈ ｔ ｐ ａ ｑ ｉｏ ￣ｔ ｓ ｂ ｈ ｍｅ ｍｅ ｔ ｈ ｈ ｔ ｅ ｇ Ｕ
．
（ 河南 城建学 院， 河南 平顶 山 ４ ７ ４ ） ６ ０４
（ ｎｎ ｉ ｒｉ ｆ ｂｎＣ ｎｔ ｃｏ ，Ｈ ｎｎＰｎ ｄｎ ｓａ ６ ０ ４ Ｈｅａ ｖ ｓｙｏ Ｕｒａ ｏ ｓｕ ｔ ｎ ｅ ａ ｉｇ ｉｇｈ ｎ ４ ７４ ） Ｕｎ ｅ ｔ ｒ ｉ
摘
要 ： 了提 高实际数据采 集的速度 ， 为 保证数据采 集的实 时性 ， 设计 了此高速数据采 集系统。本 文以 Ｃ ｐｅｓ ｅ ｃｎ ｙ ｒｓ ｍｉｏ ． Ｓ
Ｋ ｙ ｒｓ Ｄ ｔ ｃ ｕｓｉ ； 曲 一 ｅ ； ； Ｙ Ｃ ８ １ ； ＩＯ ｅｗｏｄ ： ａ Ａ ｑ ｉｔ Ｈｉ ｓ ｅ Ｕ ａ ｉｏ ｎ ｐｄ Ｃ ７ ６ ０ ３ ＦＦ
０ 引言
通用串行接 口总 线。Ｕ Ｂ接 口是一种 重要的计算 机外设 接 Ｓ
口， 它支持热插拔和 即插 即用 ， 使用非常方便 ， 而且传 输速率
采用不同的结构 。 １ ． ２高速数据 采集系统
前面是针对一般 ＡＤ 尤其是低速 ＡＤ 的概述 ， 于高 ／， ／ 对
速 Ａ Ｄ 转换一路信号要受 到器件特性 、 ／， 工艺水平 的限制 。 因 此， 高速 Ａ Ｄ在 实际情况下分时转换基本不 可能 。相反 ， ／ 由
于数据率较高 ， 在输 出部分必须 附带高速缓存 ， 图二 是高速 数据采集系统框 图。
在数据 采集 时， 自传感器 的模 拟信号一般都是 比较弱 来 的低电平信 号。 程控放大器的作用是将微弱输人 信号进行放
大。 以便充分利用 Ａ Ｄ转换器的满量程分辨率 。一般 通用数 ／
据采集 系统 均支持多路模拟通道， 而各通道 的模 拟信号 电压 可能有较大差异。 因此最好是对 各通道采用不 同的放 大倍数
程 接 口（ Ｉ）３ Ｖ电源 系统 ； ＧＰＦ； ． ３ 矢量 ＵＳ Ｂ中断； 独立 的数据 缓冲 区供 Ｓ Ｔ Ｐ和 ＤＡ Ａ包 控制传输 ；集 成 １Ｃ控 制器 ， ＥＵ Ｔ ２
量选用表面封装器件 ，这样可 以减小元器件 之间的距离 ， 减 小寄生电感 、 寄生电容， 同时减小电路板的尺寸 。 要将功能相 近 、 互间联系紧密 的元器 件放在一起 ， 各连 接线长度 尽 相 使
速 采 集 ， 证 了采 集 的效 率 。 保
关键词 ： 数据采集 ； 高速 ； Ｂ； Ｙ Ｃ６０ ３ ＦＦ ＵＳ Ｃ ７ ８ １ ；ＩＯ 中图分类号 ：Ｐ ７ ＋２ Ｔ ２４ ． 文献标识码 ： Ｂ 文章编 号：６ １ ７ ２（０ ０８０ ２ ．３ １ ７－ ９ ． １）．１ ７０ ４ ２
ｃｎ ｅｔ ｎｉ ｔｅｔｓａ ｄｍｅ ｕ ｍ ￣， ｖｌ ｄａ ｌｓ ｒｃｉ ｌ ｏｔ ｌ ｈ曲－ ｅｄｄｔ ｃｕｓ ｉ ｓ ｍ． ｈ 曲 Ｕ Ｂ ． ｏｎ ｃｉ ｔ ｎ ａ ｒ ｅ ｄ ｅ印ｅ ｃｏｅ ｏｐ ｔ ｃ ｒ ｂｅ ｉ ｓ ｅ ａａａ ｉｔ ｎｓ ｔ Ｔ 瓜ｌ ｏ ｎｈ ｅ ｓ ｅ ｅ ｔ ａ ａｐ ａ ｐ ｑ ｉｏ ｙ ｅ Ｓ ２０ ｉ ｅ ａｅｔｅ ｙｔｍ ａ ｉ ｅ ｔｅｎｔｎ ｎ ｉ ａ ｕｓｉ ， ｄｅ ｓｒ ｔｅ ｉｌ ｆｃ ｎ ｙ ｆ ｅ ｏｌ ｔ ． ｎ ｒ ｃ， ｓ ｃ ｅ ｓ ｉｓ ｔ ｅｙｄｔ ａ ｉｔ ａ ｕ ｓ ｈｇ ｉ ｉ ｃ ｏ ｔ ｃｌ ｃｉ ｔｆ ｈ ｓ ｅ ｈ ｖ ｈ ａ ａ ｔ ａ ｃ ｉｏ ｎ ｎ ｅ ｈ ｑ ｎ Ｉｅ ｅ ｈ ｅ ｏ ｎ
理， 在设计数据采集 系统时往往应该 根据 不同场合 不同要求
要用运算放大器对信号进行调理，以满足 ＡＤ转换器的输 ／
入 电平要求， 以充分利用 ＡＤ转换器 的满量程分辨 率。ＡＤ ／ ／ 转换器 是采集通道的核心， 也是影 响数据采集系统频率和精 度的主要因素。采样过程是将被测的连续信号离散化， 从连 续信号 中抽取采样 时刻的信号值 ， 由多 路开 关、 采样 ／ 持 保 器完成。如 果被测信号变化缓慢， 也可以不用采样 ／ 保持器 。 多路开关将各路 信号轮流切换到输入端， 对各路信号分时采
进行放 大， 即放大器的放 大倍数可 以实 时控 制改变 。程控放
大器能够实现这个要求， 它的放大倍数 随时可以由一组数码
控制 。 这样 ， 在多路开关改 变其通道序号时， 程控放大器也 由
相应的一组数码控 制改变放大倍数， 即为每个模 拟通道提供
最合适的放 大倍 数， 它的使用大大拓宽了数据 采集系统的适
地 址和中断资源的限制， 可扩展性 比较差 等。３使用 ＵＳ ２０ （） Ｂ．
采样 ／ 保持器 、 大器 、 ／ 换器 及计 算机等组成 。数据采 放 ＡＤ转
集要经过采样和量化两个必要步骤 。
图一假设数据采集 系统 对多路模拟量进行采 集， 一般在
不要 求高速采集 的场合， 可使用公共 ＡＤ 转换器， ／ 用模 拟多 路开关轮流切换各路模拟量与 Ａ Ｄ转换器之间的通道， ／ 使得 在一个特定 的时间内，只允许一路模 拟信号 输入 到 Ａ Ｄ， ／ 从 而实现分时转换的 目的 。在模 拟信号进入 Ａ Ｄ转 换器 前， ／ 需
数据 采集哪 。
１ 数 据 采 集 系统
率较高 ， 在输 出部分必须 附带高速 缓存， 才能实 现实 时高 速
的数据采集 。 常用的数据采集 有以下三种方法 ：１ 用串 ／ 口来进 （） 使 并
１ 典型数据采集系统 ． １
典型数据采集 系统 的原理如 图一所示 ，它由多路开关 、
行 。 ＲＳ ３ ， 传输速率低， 如 ２２其 达不到系统所要求的高数据传 输速率， 也无法实现数据 的同步传输与采集 ， 因此， Ｉ的速 串Ｚ Ｉ 率远远达不到实 时要求； 并 口， 对于 虽然它的传输 速率很高 ， 但布线比较复杂。（） ２采用通用的高速数据采集卡 。 这些采集 卡虽然在 数据存取速度上可满足 系统要 求， 但存在 比如安装 复杂、 价格 昂贵 、 兼容 性不好 ， 而且还 要受 计算 机插槽数 量 、
ｓ ｎ ｉ ｈ曲 ｓｅｄｄ ｔ ａｑ ｉｔ ｎｓｓ ｍ． ｈ ａｅ ｋｎ ｙ ｒｓ ｓｍｉ ｎｕ ｔｒＳＥ － Ｓ Ｘ ｅｉ ｆ Ｙ Ｃ ８ １ ｓｔｅ ｉ ｓ ｓ ｉ ｐ ｅ ａ ｃ ｕｓｉ ｙｔ Ｔ ｅｐｐ ｒａ ｉｇｃｐｅｓ ｅ ｃ ｄ ｃｏ’ Ｚ Ｕ Ｂ Ｆ ２ｓｒ ｓｏ ７ ６ ０ ３ａ ｇ ｔ ｈ ａ ｉｏ ｅ ｔ ｏ ｅ Ｃ ｈ
ｄ ｃ ｒ 司的 Ｅ － ＢＦ ２系列的 Ｃ Ｃ ８ １ 片作为核心 芯片，主要叙述 了整个高速数据采 集 系统 的硬 件设计 ，同时将 ｕｔ 公 ｏ ＺＵＳ Ｘ Ｙ７ ６ ０ ３芯 Ｕ ８连接技术 引入到测试测量 中， 制 了一套接近 实用 的便携式高速数据采集系统。通过 ＵＳ ２０接 口， Ｓ 研 Ｂ． 实现 了数据的实时高 ｄ Ｄ ｔ ｃ ｕ ｓ ｔ ｏ ｙ ｔ ｍ Ｂ ｓ ｄ ｏ Ｓ ｅ ｉｎｏ ａｄ ａｅ ｆ ｒ Ｈ ｇ－ ｐｅ ａ ａＡ ｑ ｉ ｉｉｎ Ｓ ｓ ｅ ａ ｅ ｎＵ Ｂ
花春飞 宁蕴绯
Ｈｕ ｈ ｎ ｅ Ｎｉ ｇＹｕ ｆ ｉ ａＣ ｕ ｆｉ ｎ ｎ ｅ
图三 高速数据采集 系统 原理 图
２２系统硬件 构成 ．
（ Ｃ ７ ６０３ １ Ｙ Ｃ ８ １ 芯片 ） Ｃ ７ ６０３ Ｙ Ｃ ８ １ 集成了以下特性： Ｓ ２ 收发器 、ｌ（ ＵＢ． ０ Ｓ 串行 Ｅ
接 口引擎）和增强型 ８ ５ 微处理器 ； ０ ｌ ０１ ８ ５ 程序从 内部 Ｒ ＡＭ 开 始 运 行 ； 个 可 编 程 ＢＬ ４ Ｕ Ｋ／Ｉ Ｅ ＲＵ Ｔ／ ＮＴ Ｒ Ｐ ＩＯＣ ・ Ｏ ＵＳ端点； Ｓ Ｈ Ｒ ＮＯ ８位 １ ６位外部数据 接 口；通用可编
ＡＤ ／ ，转换一 路信号要 受到器件特 性 、工艺水 平的限制， 因 此， 高速 ＡＤ在实 际情况下分时转换基本不可能 。由于数据 ／
一 基于 ｃ 种 ∽田的 高 速 数据 采 集 系 统 硬 件 设计
经综合考虑 ，在此选择采用 Ｕ Ｂ ．接 口来完 成对数据 Ｓ２ ０
的传输与采集 ， 实现 了低成本， 高可 靠性， 多点 、 实时高速 的
高。Ｕ Ｂ接 口实现 了计算 机与多个外 围设备 的简单高速 互 Ｓ 联， 既省去计算机外 部过多 电缆 ， 又避免 了像 Ｐ Ｉ 口那 样 Ｃ接
的插入式 接口板带来的操 作危险性 。因此， ＵＳ 将 Ｂ技术应用 于数据采集非常适合【］ ｌ。 － ｚ
保持器 、放大器 、Ｉ ＡＤ转换器及计算机 等组成。但对于高速
应面。
（） ３ 采样 ／ 保持器 在 实际系统 中用到 ＡＤ转换 时，如果模拟信号变换较 ／
快， 那么 ， 了保证转换 精度 ， 要在 ＡＤ转换之 前加上采 为 就 ／ 样， 保持电路， 使得在 ＡＤ转 换期间输入的模拟信号保持不 ／ 变。 采样 ／ 持器一般 由输入缓冲放 大器 、 保 输出缓冲放大器、 保持电容和控制开关组成ｔ ４ ］ 。
Ａｂ ｔ ｃ ： ｌ ｅ ｍｐ ｏ ｅｔ ｅｓｅ ｄ ｏ ａａａ ｑ ｉｉｏ ｎｐ ｔ ｅ ｅ ｓ ｒ ｅｉｓａ ｔｎ ｉ ｆｄ ｔ ｃ ｕｓｔ ， ｅｗｉ ｒｄ — ｓｒ ｔｎ ｏｄ ｒｔ ｉ ｒ ｖ ｈ ｐ ｅ ｆｄ ｔ ｃ ｕｓ ｉｎ ｉ ｍｃｉ ， ｎ ｕ ｔ ｔｎａ ｅｔ ｏ ａａａ ｉｉ ｏ ｔ ｔ ｅ ａ Ｉ ｏ ｔ ｏ ｅｈ ｎ ｙ ｑ ｉ ｈ ｎ ｅ
样。 ／ ＡＤ转换器将采样信号量化， 将转换成 的数字信号输人
到计算机中 。放 大器 、 滤波器 可根据被 测信号 的大小及干扰 的强弱选 用。有 的系统不采用公用放大器， 而根据信号特点
单独配置。
（） １多路转换模 拟开 关
模 拟开 关是数据采集系统 中主要部件之一， 它的作用是
切换各路输入信号 。为 了满足不同需要， 现己开 发出各种集
ｃｒ ｉ， ａｄ ａｅｄｓ ｆ ｅｈ曲 ・ ｅｄｄｔ ａ ｕｓｉ ｅ ｅｃｉ ｄ ｉ ｅ ａ ｔ ，ｎｒｄ ｃｓ ｅｔ ｎ ｌ ｙｏ ｏｅｃ ｐ ｈ ｒｗ ｒ ｅｉ ｏ ｉ ｓ ｅ ａ ｃ ｉｔ ｎｓ ｍ ｉｄ ｓｒ ｅ ，ｎｔ ｎｉ ｉ ｏ ｕｅ ｃ ｏｏ ｆ ｈ ｎ ｇ ｈ ｔ ｐ ａ ｑ ｉｏ ￣ｔ ｓ ｂ ｈ ｍｅ ｍｅ ｔ ｈ ｈ ｔ ｅ ｇ Ｕ
．
（ 河南 城建学 院， 河南 平顶 山 ４ ７ ４ ） ６ ０４
（ ｎｎ ｉ ｒｉ ｆ ｂｎＣ ｎｔ ｃｏ ，Ｈ ｎｎＰｎ ｄｎ ｓａ ６ ０ ４ Ｈｅａ ｖ ｓｙｏ Ｕｒａ ｏ ｓｕ ｔ ｎ ｅ ａ ｉｇ ｉｇｈ ｎ ４ ７４ ） Ｕｎ ｅ ｔ ｒ ｉ
摘
要 ： 了提 高实际数据采 集的速度 ， 为 保证数据采 集的实 时性 ， 设计 了此高速数据采 集系统。本 文以 Ｃ ｐｅｓ ｅ ｃｎ ｙ ｒｓ ｍｉｏ ． Ｓ
Ｋ ｙ ｒｓ Ｄ ｔ ｃ ｕｓｉ ； 曲 一 ｅ ； ； Ｙ Ｃ ８ １ ； ＩＯ ｅｗｏｄ ： ａ Ａ ｑ ｉｔ Ｈｉ ｓ ｅ Ｕ ａ ｉｏ ｎ ｐｄ Ｃ ７ ６ ０ ３ ＦＦ
０ 引言
通用串行接 口总 线。Ｕ Ｂ接 口是一种 重要的计算 机外设 接 Ｓ
口， 它支持热插拔和 即插 即用 ， 使用非常方便 ， 而且传 输速率
采用不同的结构 。 １ ． ２高速数据 采集系统
前面是针对一般 ＡＤ 尤其是低速 ＡＤ 的概述 ， 于高 ／， ／ 对
速 Ａ Ｄ 转换一路信号要受 到器件特性 、 ／， 工艺水平 的限制 。 因 此， 高速 Ａ Ｄ在 实际情况下分时转换基本不 可能 。相反 ， ／ 由
于数据率较高 ， 在输 出部分必须 附带高速缓存 ， 图二 是高速 数据采集系统框 图。
在数据 采集 时， 自传感器 的模 拟信号一般都是 比较弱 来 的低电平信 号。 程控放大器的作用是将微弱输人 信号进行放
大。 以便充分利用 Ａ Ｄ转换器的满量程分辨率 。一般 通用数 ／
据采集 系统 均支持多路模拟通道， 而各通道 的模 拟信号 电压 可能有较大差异。 因此最好是对 各通道采用不 同的放 大倍数
程 接 口（ Ｉ）３ Ｖ电源 系统 ； ＧＰＦ； ． ３ 矢量 ＵＳ Ｂ中断； 独立 的数据 缓冲 区供 Ｓ Ｔ Ｐ和 ＤＡ Ａ包 控制传输 ；集 成 １Ｃ控 制器 ， ＥＵ Ｔ ２
量选用表面封装器件 ，这样可 以减小元器件 之间的距离 ， 减 小寄生电感 、 寄生电容， 同时减小电路板的尺寸 。 要将功能相 近 、 互间联系紧密 的元器 件放在一起 ， 各连 接线长度 尽 相 使
速 采 集 ， 证 了采 集 的效 率 。 保
关键词 ： 数据采集 ； 高速 ； Ｂ； Ｙ Ｃ６０ ３ ＦＦ ＵＳ Ｃ ７ ８ １ ；ＩＯ 中图分类号 ：Ｐ ７ ＋２ Ｔ ２４ ． 文献标识码 ： Ｂ 文章编 号：６ １ ７ ２（０ ０８０ ２ ．３ １ ７－ ９ ． １）．１ ７０ ４ ２
ｃｎ ｅｔ ｎｉ ｔｅｔｓａ ｄｍｅ ｕ ｍ ￣， ｖｌ ｄａ ｌｓ ｒｃｉ ｌ ｏｔ ｌ ｈ曲－ ｅｄｄｔ ｃｕｓ ｉ ｓ ｍ． ｈ 曲 Ｕ Ｂ ． ｏｎ ｃｉ ｔ ｎ ａ ｒ ｅ ｄ ｅ印ｅ ｃｏｅ ｏｐ ｔ ｃ ｒ ｂｅ ｉ ｓ ｅ ａａａ ｉｔ ｎｓ ｔ Ｔ 瓜ｌ ｏ ｎｈ ｅ ｓ ｅ ｅ ｔ ａ ａｐ ａ ｐ ｑ ｉｏ ｙ ｅ Ｓ ２０ ｉ ｅ ａｅｔｅ ｙｔｍ ａ ｉ ｅ ｔｅｎｔｎ ｎ ｉ ａ ｕｓｉ ， ｄｅ ｓｒ ｔｅ ｉｌ ｆｃ ｎ ｙ ｆ ｅ ｏｌ ｔ ． ｎ ｒ ｃ， ｓ ｃ ｅ ｓ ｉｓ ｔ ｅｙｄｔ ａ ｉｔ ａ ｕ ｓ ｈｇ ｉ ｉ ｃ ｏ ｔ ｃｌ ｃｉ ｔｆ ｈ ｓ ｅ ｈ ｖ ｈ ａ ａ ｔ ａ ｃ ｉｏ ｎ ｎ ｅ ｈ ｑ ｎ Ｉｅ ｅ ｈ ｅ ｏ ｎ