USB数据采集技术
USB数据采集与信号处理技术在TCD中的应用
第27卷第1期2006年2月 暨南大学学报(自然科学版) Journa l of Jinan Unive rsity (N atural Science ) Vol .27No .1 Feb .2006[收稿日期] 55[作者简介] 王会进(65),男,副教授,研究方向计算机网络、生物医学工程及其应用USB 数据采集与信号处理技术在TCD 中的应用王会进1, 陆裕奇1, 朱岸青2(1.暨南大学计算机系,广东广州510632;2.广西工学院计算机系,广西柳州545005)[摘 要] 设计并实现一个基于US B 数据接口技术的T CD 诊断系统.主要讨论T CD 诊断系统中的US B 接口模块技术以及数据采集与信号处理模块的设计与实现,阐述T CD 诊断系统的硬件体系结构及US B 外围设备开发的相关技术.[关键词] 通用串行总线; 经颅多普勒; 信号处理; 快速傅立叶变换[中图分类号] TP39 [文献标识码] A [文章编号] 1000-9965(2006)01-0050-06Appli ca ti on r esea r ch of USB -ba sed da ta a cqu isit i on andsi gna l pr ocessi n g technology on TCDWANG Hui 2jin 1, LU Yu 2qi 1, ZHU An 2qing 2(1.Depart m ent of Co mputer Science,J inan Unive rsity,G uangzhou 510632,China;2.Depa rt m ent of Co mputer Sc i ence,Guang xi Eenginee ring Institut e ,Liuzhou 545005,China )[Abstra ct] The design and i mp le m entation of a T CD diagnosis syste m based on US B data interface is presented .The US B interface technology,the design and i mp le m enta tion of the data acquisiti on as well as the signal -pr ocessing module are discussed.The hardwa r e ar chitec ture of the TCD syste m and s om e key technique s of the US B pe riphe r a ls develop 2m ent are a lso intr oduced .[Key words] U S B ; TCD; signal pr ocessing; FFT 脑血管疾病是人类健康的头号杀手之一.疾病的早期诊断与发现对其治疗及预后有着决定性的影响,目前已有多种用于脑血管疾病检测的技术,比如数字减影脑血管造影(DS A )技术、电子计算机X 线断层扫描(CT )技术、磁共振成像(MR I )技术等.其中的经颅多普勒(Trans -C rania l Dopple r 简称TCD )血流诊断技术可直观检测颅内血管的动力学指标.TCD 技术可检测颅内各主要血管及其分支的血流动力学生理参数,动态地观察、诊断各种脑血管病变.其无创伤性、结果直观等诸多优点使它被广泛地应用于临床医学并极大地促进了脑血管疾病的研究进程.T CD 诊断系统包括硬件系统与软件系统两部分,前者负责获取检测对象的超声多普勒频200-0-0919-:移信号,通过数据接口技术将音频信号送至PC;软件系统运行于PC 机上,负责对数字化的信号进行各种分析处理.传统TCD 诊断系统的数据接口一般通过计算机主板上的PC I 卡或I S A 卡实现,但这种采集卡存在着安装复杂、价格昂贵、地址和中断等计算机资源限制的问题,并且容易受到其它器件的干扰,系统的维护比较困难.通用串行总线US B (Unive rsa l Serial B us )为我们提供了另一种解决方案,基于US B 的高速数据采集卡充分利用US B 总线诸多优点,有效解决了传统数据采集卡存在的缺陷,同时它的即插即用等特性使得医生对TCD 诊断系统的使用变得更加方便.1 系统硬件体系结构图1 硬件系统框架图 TCD 诊断系统的硬件结构如图1所示,整个系统主要分为3块:多普勒频移信号的获取、US B 接口模块以及计算机系统.多普勒频移信号的获取模块负责超声信号的发射与接收,对接收到的回波信号进行解调、滤波放大等处理,然后通过A /D 转换单元将模拟信号转换为数字信号;U S B 接口模块完成与计算机系统的数据通信,包括计算机发往超声模块的控制信号以及由超声模块传至计算机的多普勒频移信号;频移信号的分析处理由运行于计算机系统上的专用软件系统完成.2 TC D 诊断系统中US B 模块的实现[1-2]2.1 芯片的选择根据T CD 诊断系统的数据传输量以及对系统可扩展性等考虑,我们选择了EZ -US B2100系列的芯片,它是Cypress 公司带智能内核的US B 接口器件,集US B 通讯控制引擎和8051内核于一体,它的串行接口引擎(SI E )能自动完成主要的US B 协议处理,具有全速度、全序列和软配置等特点.假设TCD 系统的每个检测通道或深度的采样率为8kb,每个信号占两个字节,则在双同道双深度同步检测模式下的数据传输率约为512kb/s,而EZ -US B 2100芯片的传输速率可达12Mb/s,所以完全能够实现信号的快速传输任务,并且为今后提供了可扩展空间.2.2 固件设计与实现固件是一种固化在I C 中的可执行代码,用于响应各种US B 标准请求并完成各种数据的交换与处理.在EZ -US B 芯片内集成了可用来装载固件的E2PRO M,其软配置技术就是通过装载不同的固件使得设备具有不同功能特性.EZ -US B 虽然实现了数据收发控制、位填充、数据编码、CRC 校验等US B 通讯协议处理,但是TCD 诊断系统在信号采集、传输等方面有其自身的特性,比如T CD 诊断系统中超声设备与计算机系统之间除了频移信号的传输之外还有许多控制信号启动停止、通道、采样深度、容积、功率、增益、音量、频率控制等,要使Z US B 能够满足T D 诊断系统的数据采集和通15第1期 王会进,等: US B 数据采集与信号处理技术在TC D 中的应用 :/E -C信要求需要通过固件程序对它的工作特性进行配置.我们定义的TC D 控制传输协议如下:每次传输的控制命令由2个字节组成,第1个字节表示控制命令类型,第2个字节表示控制参数.比如我们规定超声采样深度的控制命令值为S AMP LE_DEEP,当固件从指定端点读取到控制信号后首先对第1个字节的值进行判断,如果为S AMP LE_DEEP 则将第2个字节的深度值写入超声模块的主控制单元.固件装载:在开发阶段可以通过Cypress 公司提供的EZ -US B contr ol panel 或Keil debug monit or 等来装载固件程序.产品化后的系统可实现从计算机到US B 外围设备间的固件的自动装载,通过专门的固件装载驱动程序使固件捆绑在需装载的驱动程序之中,在设备连接至主机时自动装载到US B 外围设备.EZ -US B 提供了生成固件装载驱动程序的模板,通过它能快速生成固件装载驱动.2.3 设备驱动程序由于W indow s 不主张应用程序直接调用底层硬件,两者之间需要通过U S B 驱动程序进行交互.本系统使用了Cypress 公司提供的通用设备驱动程序,它是一种标准的WD M 驱动程序,为实现控制传输、中断传输和批传输等提供了标准接口函数.驱动程序的安装需要通过一个I NF 文件与US B 外围设备进行关联.I NF 文件把设备的制造商码和产品码(V I D /P I D )绑定到驱动程序上,当它检测到US B 外围设备时主机进行设备列举,同时请求所需的各种描述符,主机则将I N F 文件与描述符中的信息相对比并选择对应的设备驱动与固件装载驱动.在设备的列举中实际使用了两个P I D ,一个用于固件的装载;另一个则与EZ -US B 驱动程序(ezusb.sys )绑定在一起.2.4 应用层US B 接口的实现要和US B 外围设备通讯首先必须查找设备,打开设备的句柄,然后进行读写和控制操作,完成通讯后关闭设备句柄.TCD 中的US B 接口模块主要作用是实现外部超声模块与PC 之间的数据传输,所以不需要定义复杂的握手、重发等机制.基于面向对象的思想,我们将与US B 相关的各种属性和操作封装成一个CTcdU sb 类,这样在应用程序中所有对US B 设备的操作就可以通过一个对象的操作来实现.CTcdU sb 主要成员定义如下:class CTcdU sb{……priva te: H ANDLE m _hDeviceR ,m _hDevice W ; //读写句柄 BULK_T RAN SFER _CONTROL m _bulkContr ol ;public: bool Open (); void Close (); int W rite (BYTE 3buf,int len,int endpoint ); //向US B 端口写数据 R (B YT 3f,,); 从U S B 端口读数据};O ()函数用于打开一个US B 设备,它根据设备名获取两个句柄,一个用于从US B 读取频25暨南大学学报(自然科学版)2006年 int ead E bu int len int endpoint //pen :移信号,另一个通过US B 向超声模块发控制命令.bool CTcdUsb::Open (){ ……m _hDeviceR =C r eateFile (Device N a m e,GENER I C _W R ITE,F I LE_S HAR E_WR I TE,NULL,OPEN_EX I STI NG,0,NULL);m _h D evice W =Crea teF ile (Device Na m e,G ENER I C _W R I TE,F I LE _SHAR E _W R I TE,NULL ,OPEN_EX I STI NG,0,NULL );}C l ose ()函数:用来关闭US B 设备.void CTcdUsb::C l ose (){ ……CloseHandle (m _h DeviceR ); //关闭U S B 句柄CloseHandle (m _h Device W );m _hDeviceR =m _hDevice W =I NV AL I D_HAN DLE_V ALUE;}Read ()函数:通过m _hDeviceR 句柄从US B 设备读取数据.AP I 函数Device I oContr ol ()向设备驱动程序发送请求,完成数据的读写.int CTcd U sb::Read (BYTE 3buf,int len,int endpoint){…… m _bulkContr ol .pipe N u m =endpoint; m _bResult =Device I oContr ol (m _hDevice R ,I O CT L _EZUS B _BULK_R EAD,&m _bulkCon 2tr ol,sizeof (BU LK_T RANSFER _CONTROL ),&buf[0],len,&nBytes,NULL );}W rite ()函数:通过m _hDevice W 将控制命令写入US B 外围设备.int CTcd U sb::W rite (B YTE 3buf,int len,int endpoint ){……if (len >U S B _MAX_OUT_BU F LEN ) return R W _ERROR;m _bulkContr ol .p i pe Num =endpoint ;m _bRe sult =Device I oContr ol (m _hDevice W , I OCT L _EZUS B _BULK_WR I TE, &m _bulk 2Contr ol,sizeof (BULK_TRANSFER_CO NTRO L ),&buf[0],len, &nB yte s,NULL );}3 T D 诊断系统中的信号采集与处理的实现[3]软件系统中对信号的采集、处理是分批进行的,为了能够实时反映不同时刻的血流情况,信号的采集和处理输出之间需要并行运行,同时信号采集先于信号处理,因此又需要对它们进35第1期 王会进,等: US B 数据采集与信号处理技术在TC D 中的应用 C行同步.本系统采用了W in32的多线程以及消息驱动等编程技术来实现信号采集与处理.信号的采集和处理分别由不同线程完成,采集线程与处理线程通过内核对象事件进行同步.采集线程首先创建一个CTcdUsb 对象并进行初始化,然后通过该对象从US B 接口中读取一批信号进行分离并送入缓存,同时将同步事件设置为信号态使得处于等待状态的处理输出线程成为可调度线程.处理线程得到调度后开始运行,同时同步事件被设置为非信号态,当处理线程完成一次处理后又进入等待状态等待下一次处理,两者的工作流程如图2所示.图2 采集线程(上)和处理线程(下)工作流程3.1 信号处理[4-5]信号处理的目的是为了给临床诊断提供直观、可靠的诊断数据.可以通过声音的方式来表示采集到的多普勒血流频移信号,但这种方式医生得不到各种血流指标等确切的数据.这里我们采用的是频谱分析的方式,它能够以图形方式显示血流信息.1)信号变换:由于同一时刻各血红细胞的运动速度、方向以及具有相同速度的红细胞数目不一,它们所产生的频移信号强度也不一样,同时由于血流脉动的影响所以系统从US B 接口采集到的是复杂的时域频移信号.为了能够对多普勒血流信号进行频谱分析需要对信号进行变换,本文采用的是快速傅立叶变换(FFT),FFT 完成从时域到频域的转换,从多普勒频移信号中分离出不同频率的频移信号,同时把信号分成频率和增幅两个分量从而得到多普勒信号的血流频谱.2)频谱显示:图3 血流速度与时间关系 多普勒血流信号通过FFT 处理后得到的数字频谱对于医生来说还是不够直观,为了能够使医生获取更多血流的信息我们将数字频谱图形化,用不同的颜色来表示不同频移信号的强度.同时根据医学中的多普勒频移公式f d =2f s νccos θ可知血流速度与频移值具正比关系,所以多普勒血流频移资料可以表示为血流速度与时间的坐标图,(图3)45暨南大学学报(自然科学版)2006年 . 3)包络线计算:包络线是有效信号与噪音的分离线,也即是某一当前时刻的信号最大值.每次FFT 处理后得到的最大有效频移值,反映到频谱图中即为峰值流速,它是多普勒血流信号与噪声区的分界点.包络点计算的准确与否将直接影响血流信息的可靠性,它的计算涉及诸多因素,如探头的发射功率、增益等,同时考虑到在某个时刻可能会受到噪声干扰,可以采用取均值的方法来减少噪声的影响,另外可以根据临床经验设定一些计算参量来提高数据的可靠性.3.2 消息处理消息处理的目的就是在血管检测过程中捕获各种控制消息并给予实时响应,系统采用消息驱动机制来完成这个工作.以对深度的控制为例,来说明检测控制的实现过程.系统对深度的控制是通过改变脉冲探头发射声波和接收回波的时间间隔来实现的,我们定义鼠标左键增加深度、右键减少深度,当医生改变某一通道的检测深度时W indows 把该事件转换成消息并放入消息队列,为了能够实时响应控制系统在每次完成信号处理后检查消息队列并将控制消息指派给相应处理方法,处理方法判断鼠标键:左键增加检测深度;右键则减少深度,最后通过US B 接口将检测深度、通道号等写入超声模块. 经颅多普勒诊断系统依据多普勒理论,以超声波信号作为传感器,经过对血流多普勒信号的频谱分析处理来获得颅内血管的血流动力学参数与指标,为脑血管疾病的诊断提供了可靠的依据.本文通过对TCD 的基本原理以及关键技术的分析和研究,设计并实现了一种基于US B 数据采集的经颅多普勒诊断系统,使其具备了US B 设备的安装方便、高带宽、易扩展等特性,对同类系统的开发具有较高的借鉴价值.目前本系统已通过临床试用并投入实际使用,有很好的稳定性与可靠性,有良好的推广价值.[参考文献][1] 肖踞雄.US B 技术及应用设计[M ].北京:清华大学出版社,2003.[2] 颜荣江.EZ -US B2100系列单片机原理、编程及应用[M ].北京:北京航空航天大学出版社,2002.[3] R I CHT ER J.W indo w s 核心编程[M ].北京:机械工业出版社,2000.[4] 顾慎为.经颅多普勒检测与临床[M ].上海:上海复旦大学出版社,2001.[5] 汪源源.多普勒信号分析技术的比较研究[J ].复旦学报:自然科学版,1996,35(1):53-61.[责任编辑:王蔚良]55第1期 王会进,等: US B 数据采集与信号处理技术在TC D 中的应用 。
利用USB接口实现数据采集
目 ， 前 数据采集通常采用 Ｉ Ｓ Ａ总线 、Ｃ 总线 、 ２４ ５ ＰＩ ４ 、 等接口形式的 Ａ Ｄ采集卡 ， ２ ８ ／ 这种板卡不仅安装麻 烦， 且易 受计 算机插 槽 数量 和地 址 、 中断资 源 的限制 。为 了解决 日益增 加 的 Ｐ Ｃ外设 与 有 限 的主板 插 槽 和端 口之间的矛盾， ｔ 、 Ｅ 、 ｉ ｏ ｆ等公司联 合提出一种新 的串行总线接 口规范——ｕ Ｂ串行 通信标准。 Ｉ ｅ Ｄ Ｃ Ｍｃ ｓｔ ｎｌ ｒｏ ｓ Ｕ Ｂ接 口具有即插 即用、 Ｓ 一种接 口适合多种设备 、 速度高、 成本低等优点， 在数码相机、 便携式存储设备与仪
ｂ ｅ ｐ ｒ ｒ ａ ｃ ｎ ｏ ｄ ｅ ｆｃ ｅ ｔ ｓ ｕ ｅ ｎ ｄ ｔ ｃ ｕ ｓ ｉｎ ｏ ｕ ｉ ｉｎ ｌ ａ ｄ Ｓ ｎ ｌ ｅ ｏ ｆ ｍ ｎ ｅａ ｄ ｇ ｏ ｆ ｔ ｅ ｗｈ ｎ ｉ ｉ ｓ ｄ ｉ ａａ ａ ｑ ｉ ｔ ｆａ ｄｏ ｓ ａ ｓ ｎ Ｏ ｏ ． ｉｏ ｇ
Ｍｉ ｙ ｎ ２ ０ ０ Ｓｃｕ ｎ Ｃ ｉ ） ａ ａｇ ６ １ １ ， ｉ ａ ， ｈｎ ｎ ｈ ａ
Ａｂｓｒ ｃ ：Ｄａａ ａ ｑ ｓｔ ｎ ｓ ｓｅ ｉ ｅ ｉｎ ｄ ａ ｄ ｒ ａｉｅ ｙ ＵＳＢ Ｉ ｅ ａ ｅ ｔａ ｔ ｔ ｃ ｕｉｉｉ ｙ ｔｍ ｓｄ ｓｇ ｅ ｎ ｅ ｌｚ ｄ ｂ ｏ ｎｔｒ ｃ ．Ａｔｔ ｅ ｃ ｒ ｆｔ ｅ ｓ ｓｅ ｉ ｆ ｈ ｏ ｅｏ ｙ ｔｍ ｓ ｈ ａ ｎ ＥＺ— Ｂ ｃ ｎｔｏ ｌｒ ａ ｄ Ａ／Ｄ ｒ ｎ ｆｒ ｉ ｏ ｔｏｌｄ ｂ ｉ ｏ ｔｏ ｉｃ ｔ ＥＺ— ＵＳ ｏ ｒｌｅ ｎ ｔａ ｓｏ ｍ ｓ ｃ ｎ ｒ ｌ ｙ ｔ ｃ ｎ ｒ ｌｃ ｒｕｉ． ｅ ｓ ＵＳＢ ｏ ｔｏ ｌｒ ｇ ｔ ｃ ｎ ｒ ｌ ｅｓ ａ ｅ ｍｅ ｓ ｇ ｅ ｈ ａ ａ ｂ ｆｅ ｓｆ ｌ，ｔ ｎ ｔ ｅ ａ ｑ ｉｅ ａａ ｉ ａ ｅ ｙ ｔ ｅ ｈ ｓ ｏ ｕｔｒａ ｄ ｉｓ ｗａ ｅ ｓ ａ ｅ ｗｈ ｎ ｔ ｅ ｄ ｔ ｕ ｒｉ ｕ ｌ ｈｅ ｈ ｃ ｕ ｒ ｄ ｄ ｔ ｓ ｔｋ ｎ ｂ ｈ ｏ ｔｃ ｍｐ ｅ ｎ ｔ ｖ —
基于USB接口的数据采集与传输
USB(Universal Serial Bus， 通用串行总线) 是外 设与计算机进行连接的新型接口， 其特点是中低速、 双向、 同步、 低成本， 可动态连接。USB 简化了计算 机与外设的连接。由于其能够以较低 的成本同时连 接 127 种不同的USB设备， 因此被计算机外设硬件 制造商广泛采用。目 USB 技术 已经成为 PC 普 前， 遍流行的技术标准， 而且也逐渐被用 到消费电子和200Biblioteka 年 9 月 第 24 卷第 3 期
扬州教育学院学报 Jour na l of Yangzhou College of Ed ucation
Sept 20 0 6
Vol. 24 ， . 3 No
基 于 USB 接 口的数据 采集与传 输
王 刚
(扬州教育学院 计算机系， 扬州 225002) 江苏
(I ) 数 字摄 像 头 的视 频 解 码 芯 片 采 用 了 LM9618， 该芯片将 CMOS 光感应核与外围支持电 路集成在一起 ， 具有可编程控制和数字视频信号输 出的特点， 其视频为灰度图像 ， 通过 IIC 总线控制。 IIC 总线是一种双向串行总线， 其控制非常简 单， 只有两根信号线; 串行数据线(SDA ) ， 串行时钟 线(SCL) , IIC 总线的串行数据总线(SDA)和串行时 钟线(SCL ) 由单片机的通用 1/ O 口线分别编程模
收稿日 期: 2006 - 07 - 03 作者简介: 王刚 (1974- ) , 男，江苏扬州人 ，扬州教育学院计算机系 助教。
79 .
(1)设备固件是设备运行的核心 ， 其主要的功能 是控制 USB接口 芯片并完成 USB1. 1 协议(包括标 准的设备请求、 厂商请求处理、 设置设备接 口 。 等) (2)USB 总线设备的客户端驱动程序的设计大 多采用 WDM 类型， 驱动程序由三部分组成 : 操作系统即插即用( PnP) 管理器 ， 这一类实现 USB设备的热插拔及动态配置。一旦总线驱动程序 检查到新硬件存在， 管理器先装人最底层 的过 PnP 滤器驱动程序， 并调用其 AddDevice 函数， 该函数创 建一个功能设备对象(FDO) ， 这样就在过滤器驱动 程序和 FDO间建立了水平连接。AddDevice 把 PDO 连接到 FDO上， 管理器继续向上执行， PnP 装入并调 用每个低层过滤器、 功能驱动程序 、 每个高层滤波 器， 直到完成整个堆楼 电源管理器管理整个系统的电源， 负责设备的
usb采集卡原理
usb采集卡原理
USB采集卡（也称为数据采集卡）是一种用于收集、监测和处理各种数据信号的设备。
它通常连接到计算机的USB接口，用于将外部信号转换为数字信号，并将其传输到计算机进行处理和分析。
USB采集卡的工作原理如下：
1. 信号采集：USB采集卡通过其输入端口接收外部信号。
这些信号可以是模拟信号（如声音、图像等）或数字信号（如开关状态、传感器输出等）。
2. 信号转换：采集卡会将接收到的模拟信号通过模数转换器（ADC）转化为数字信号。
模数转换器将连续的模拟信号分割成离散的数字量，以便计算机能够处理。
3. 信号处理：采集卡内部的处理器将转换得到的数字信号进行滤波、采样等处理。
滤波可以去除噪声和干扰，采样可以确保对信号进行充分的采集和分析。
4. 数据传输：处理后的数字信号被传输到连接的计算机通过USB接口。
USB接口提供高速数据传输和电源供应功能，确保数据的稳定传输和实时处理。
5. 数据分析：计算机接收到数字信号后，可以使用相应的软件对数据进行处理、分析和可视化。
用户可以根据自己的需求来提取有用的信息和特征。
通过USB采集卡，用户可以方便地获取和处理各种数据信号，实现数据采集、监测和分析的功能。
它在科学研究、测试测量、电子设备开发等领域有着广泛的应用。
USB在数据采集系统中应用
USB在数据采集系统中的应用摘要: usb总线应用于数据采集系统具有即插即用的优点，还可以利用计算机强大的计算功能进行数据处理和分析。
usb为多点数据采集提供了很大的便利，与传统的串口相比，利用usb可以实现更经济、更有效、点数更多的数据采集。
使用usb总线传输数据为数据采集系统与计算机之间的通讯开辟了新的道路,本文介绍了利用usb接口来实现多点数据采集的基本途径。
关键词:通用串行总线 usb接口数据采集1、引言现代工业生产和科学研究的发展使其对数据采集系统的要求日益提高，传统的方法已经难以适应。
而通用串行总线( universal aerial bus, 简称usb)的出现，以其可靠性高、使用灵活、传输速度快等不可比拟的优点，实现了对各种数据进行采集, 如液位、温度、压力、频率等，有效地克服了传统数据采集系统的缺陷，将usb 总线应用于数据采集系统，是数据采集系统的一种比较好的选择，很容易就能实现低成本、高可靠性、多点的数据采集。
2、 usb 简介usb 是由一些pc 大厂商,如intel、microsoft等为了满足日益增加的pc 外设需求，解决有限的主板插槽和端口之间的矛盾而研制的一种串行通信的标准, 从研发至今已得到各pc 厂家的广泛支持。
现在生产的pc几乎都配备了usb 接口,如microsoft 的windows98、nt 以及linux、freebsd、mac0s等流行操作系统也都增加了对u s b 的支持。
主控制器(host controller)、usb hub和usb 外设( peripherals node)组成usb系统的系统拓扑结构，并以其速度快、设备安装和配置容易、易于扩展、能够采用总线供电的优点适应了不同设备的需要。
usb有两种传输方式：高速和低速, 其主要模式为高速模式,传输速率为12mbps,另外，为了适应一些如鼠标等不需要很大吞吐量和很高实时性的设备,usb还提供低速方式,传输速率为1.5mb/s。
基于LabVIEW的USB实时数据采集处理系统的实现
基于LabVIEW的USB实时数据采集处理系统的实现基于LabVIEW的USB实时数据采集处理系统的实现摘要介绍了以图形化编程语言LabVIEW为应用程序开发平台的USB数据采集处理系统的设计，并给出了LabVIEW对外部动态链接库的调用方法以及USB驱动程序的设计方法。
关键词USB LabVIEW 数据采集通用串行总线USB（Universal Serial Bus）作为一种新型的数据通信接口在越来越广阔的领域得到应用。
而基于USB接口的数据采集卡与传统的PCI卡及ISA卡相比具有即插即用、热插拔、传输速度快、通用性强、易扩展和性价比高等优点。
USB的应用程序一般用Visual C++编写，较为复杂，花费的时间较长。
由美国国家仪器（VI）公司开发的LabVIEW语言是一种基于图形程序的编程语言，内含丰富的数据采集、数据信号分析分析以及控制等子程序，用户利用创建和调用子程序的方法编写程序，使创建的程序模块化，易于调试、理解和维护，而且程序编程简单、直观。
因此它特别适用于数据采集处理系统。
利用它编制USB应用程序，把LabVIEW语言和USB总线紧密结合起来的数据采集系统将集成两者的优点。
USB总线可以实现对外部数据实时高速的采集，把采集的数据传送到主机后再通过LabVIEW的功能模块顺利实现数据显示、分析和存储。
1 USB及其在数据采集设备中的应用USB自在Comdex上亮相以来，已广泛地为各PC厂家所支持。
现在生产的PC几乎都配置了USB接口，Micro soft的Windows98、NT以及Mac OS、Linux等流行操作系统都增加对USB的支持。
USB具有速度快、设备安装和配置容易、易于扩展、能够采用总线供电、使用灵活等主要优点，应用越来越广泛。
一个实用的USB数据采集系统硬件一般包括微控制器、USB通信接口以及根据系统需要添加的A/D转换器和EPROM、SRAM 等。
为了扩展其用途，还可以加上多路模拟开关和数字I/O端口。
USB数据采集技术介绍.
USB数据采集技术介绍近几年来，USB已经从用于鼠标、键盘和其它电脑配件的简单低速外设随着USB总线的广泛应用，许多数据采集公司都开始致力于缩小USB与诸如PCI和PXI等在评价USB数据采集设备性能的时候，需要着重考虑两种主要的性能表现：一是把采集到的大量缓冲数据传输到PC机的存储器中的能力，二是对于较低速物理过程实施单点控制的能力。
下文将主要阐述NI的专利技术如何达到这些性能要求，并且还将给出应用实例来介绍如何发挥新型NI CompactDAQ平台在高性能和易用性方面的优势。
信号流技术(Signal-streaming Technology)NI公司专利的信号流技术通过下列方法，来满足上述两项任务的性能要求：把部分在设备内部实现数据采集和USB总线两部分间的DMA传输，以确保主机可以随时调用所需数据。
这种新型的信号流技术最大限度地改善了USB总线的总吞吐量，并且优化了设备对应用程序的响应灵敏度。
USB构架和传输机制：为了更好的理解这项技术，这里有必要来回顾一下USB总线的传输机制。
图1给出了数据采集设备中，USB数据传输的相关部件的高层示意图。
图表1：使用USB电缆来简化电脑与设备间的数据传输在USB通信中，数据传输总是由USB主机端（由图1结构中的PC机所表示）发起的。
应用软件（如NI LabVIEW和NI-DAQmx等）通过将输入/输出请求包（I/O request packets，IRP）排队来请求自设备端的数据传输。
这些请求被传递给USB驱动程序，后者把他们分成包。
这些包被传递给USB主控制器，由其发送给设备。
USB主控制器是用于控制PC机的USB总线通信的硬件。
每传输一个包，就要在PC机与设备间进行一次交互。
图２显示了USB输入和输出交互实例。
图２USB主机端通过输入令牌后接数据和握手包来发起交互在每次交互中，主控制器以令牌包为开始发起数据传输。
这个令牌包提供了目标设备的地址、数据的流向和设备上特定的数据源地址。
基于usb技术的数据采集卡设计
ＦＴ２４５ＢＭ 的 主 要 功 能 是 进 行 ＵＳＢ 和 并 行 Ｉ／Ｏ 口 之间的协 议转换， 从主 机接 收 ＵＳＢ 数 据 ， 将 其 转 换 为 并行 Ｉ／Ｏ 数据流 格式送给 外 设 ； 同 时 将 外 设 并 行 Ｉ／Ｏ 数据转换为 ＵＳＢ 的数据格式传回主机。中间的转换工
Ｚｈａｎｇ，Ｂｏ Ｃｈａｎｇ，Ｔｉａｎｑｉｎｇ Ｊｉａ，Ｙｕｆｅｉ
摘要： 设 计 了 一 种 基 于 ＵＳＢ 总 线 的 数 据 采 集 卡 ， 采 用 ＡＴｍｅｇａ１２８ 单 片 机 结 合 ＩＤＴ７１３２ 双 端 口 ＲＡＭ 完 成 数 据 采 集 和 暂 存 ， 并 由 ＡＴ８９Ｓ５１ 单 片 机 通 过 ＵＳＢ 接 口 芯 片 ＦＴ２４５ＢＭ 完 成 与 上 位 机 的 数 据 传 输 。 详 细 阐 述 了 数 据 采 集 卡 的 硬 件 结 构 及 实 现 方 案 并对软件编程进行了介绍。 关键词： ＡＴｍｅｇａ１２８； ＦＴ２４５ＢＭ； ＵＳＢ 中图分类号： ＴＰ３６８．１ 文献标识码： Ａ
时 通 过 或 非 门 ７４ＨＣ０２ 将 ＣＥ 和 单 片 机 的 ＷＲ 和 ＲＤ
信号 组合， 产生访 问 ＵＳＢ 芯片的读 、写信号 ＵＳＢＷ 和
ＵＳＢＲ。 当 ＣＥ 为 低 电 平 时 ， ７４ＨＣ０２ 的 １ 脚 输 出 高 电
平 ， １０ 脚 输 出 始 终 为 高 电 平 ， １３ 脚 输 出 始 终 为 低 电
单片机开发与应用 文章编号：１００８－ ０５７０（２００６）０６－ ２－ ００３４－ ０３
中 文 核 心 期 刊《 微 计 算 机 信 息 》（ 嵌 入 式 与 ＳＯＣ）２００６ 年 第 ２２ 卷 第 ６－２ 期
基于 ＵＳ Ｂ 技术的数据采集卡设计
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USB数据采集技术
简介
近几年来，USB 已经从用于鼠标、键盘和其它电脑配件的简单低速外设
总线，发展为一种能够满足高要求应用方案的总线选择，这其中就包括了数据
采集(data acquisition，简称DAQ)应用。
一份最近由Sensors 杂志做的网上调查显示，相比于其它总线，工程师们更倾向于在他们的下一个数据采集应用
中使用USB 总线。
随着USB 总线的广泛应用，许多数据采集公司都开始致力于缩小USB
与诸如PCI 和PXI 等嵌入式DAQ 设备间的性能差距。
NI 公司刚刚发布的CompactDAQ 平台就是一个例证。
CompactDAQ 平台采用模块化的设计，使得工程师们可以灵活地选择不同的模块来构建他们的测试系统，并满足他们的
测试需求。
通过将高速USB 标准、全新半导体技术，以及NI 灵活、高效的软
件平台和专利的信号流技术相结合，CompactDAQ 平台不但具有卓越的性能，并且简单易用，使其成为便携式测试和控制应用的理想选择。
在评价USB 数据采集设备性能的时候，需要着重考虑两种主要的性能
表现：一是把采集到的大量缓冲数据传输到PC 机的存储器中的能力，二是对
于较低速物理过程实施单点控制的能力。
下文将主要阐述NI 的专利技术如何
达到这些性能要求，并且还将给出应用实例来介绍如何发挥新型NI CompactDAQ 平台在高性能和易用性方面的优势。
信号流技术(Signal-streaming Technology)
NI 公司专利的信号流技术通过下列方法，来满足上述两项任务的性能要求：
l 把部分驱动程序下移到设备级，以尽可能减少USB 总线上的控制通信。