计算机毕业设计文 摘 数据采集系统是结合基于计算机的测量软硬件产品实现灵活的、用户自定义的测量系统。数据采集包括从信号源采集信号，将其数字化，存储分析并传递到个人PC上。通用串行总线(USB)作为一种新的微机总线接口规范．具有便捷、易扩展、低成本、低干扰等特点，非常适合作为主机和外设之间的通信接口。USB为数据采集设备/仪器与PC机之间的连接提供了一个费用低廉且简单易用的方案。本次毕业设计(论文)设计了一种基于USB的高速数据采集系统的硬件及固件PDIUSBD12程序设计方案。
关键字 数据采集系统；USB接口；单片机
1 方案提出的背景
1.1 研究课题的提出
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。过去人们单纯追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，使高传输速度、强纠错能力、易扩展性、方便的即插即用，有机的结合在一起。USB设备需要依据USB协议进行数据的解包与打包，底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WDM为模型，以DDK为开发工具，以IRP为消息传播载体，来实现与Windows系统底层核心机制向交互的功能。
随着控制系统的日益复杂，所要采集的量也会越来越多。因此寻求一种高速、安全、方便的通讯形式是十分必要的。USB技术虽然出现的时间并不长，但是由于它的种种优点，被越来越多的厂商和用户所接受，出现了USB打印机、摄像头等产品。随着ＰＣ机日益广泛的应用,其外设也逐日增多,但ＰＣ机接口的数量是一定的,这就限制了ＰＣ机挂接外设的数量。在很多应用场合,如工业数据采集,常使用采集板卡来完成工作,采用板卡不仅安装麻烦、易受机箱内环境的干扰,而且受计算机插槽数量和地址、中断资源的限制,不可能挂接很多设备,而通用串行总线可以很容易的实现高可靠性、多点的数据采集。
1.2 USB接口的主要优点
ＵＳＢ接口主要优点为:
(1)速度快。USB接口有高速和低速两种方式,主模式为高速模式,速率为12Ｍｂ/ｓ, USB2.0版规范允许480Ｍｂ/ｓ的速率传输数据,另外为了适应一些不需要很大吞吐量和很高实时性的设备(如鼠标等),ＵＳＢ还提供低速方式,速率为1.5Ｍｂ/ｓ。
(2)设备安装和配置容易。安装USB设备不必打开机箱,加减已安装过的设备不用关闭计算机。所有USB设备支持热插拔,系统对其进行自动配置。
(3)易于扩展。通过使用户HUB扩展可接多达127个外设。标准ＵＳＢ电缆长度为3ｍ(5ｍ低速),通过USB或中继器可以使外设距离达到30ｍ。
(4)使用灵活。ＵＳＢ有控制传输(contronl)、同步传输(synchronization)、中断传输(interrupt)、批量传输(bulk)4种传输模式和2种传输速率,可以适应不同设备的需要。
2 计算机毕业设计系统的原理及其组成
基于USB的数据采集和控制系统的硬件模块主要是由A/D转换器、D/A转换器、微处理器、USB接口控制芯片、串行口控制芯片、放大器等组成。本数据采集和控制系统是以飞利浦 公司的 PDIUSBD12 作为系统的微控制器，管理和控制整个系统。该芯片集成度高，与51单片机兼容，不同的是片内是8KB的flash内存。 整个数据采集和控制系统的总体结构框图如图1所示:
从结构图中可知，模拟输入信号通过信号处理(放大和滤波)后，输出到A/D转换器，微控制器把经过A/D转换器转换后的数字信号通过USB控制芯片输出给计算机，同时可以在计算机上实现数据的显示和键盘控制;另一方面，经过A/D转换器采集到的数字信号可以通过算法实现控制后，经过D/A转换器输出，进而可以对其它设备进行控制;同时，该系统还可以作为一种USB和串行口的转接卡，通过串行口与USB接口实现数据之间的交互，充分利用了USB的快速性和RS-232远距离的优势，实现了资源优势互补，可以通过该板卡实现数据的远程控制和数据传输，既提高了传输速率，又增加了传输距离。
而USB主机及显示部分则通过输出接口在PC机上显示，采用软件来模拟显示输入信号的波形。同时可以控制A/D转换器的启停、数据存取器的存取、USB外设芯片的工作、显示图形的放大和缩小等。
USB数据传输的硬件结构由以下三部分组成:通用USB控制芯片，微处理器，USB接口。计算机毕业设计它们构成了一个USB数据传输的最小系统。其功能为:USB收发器负责处理所有与USB总线事务有关的任务，如总线唤醒、数据接受/发送、打包、CRC校验等，但该收发器不负责解释这些数据的意义;微处理
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