【正文】 供電電壓為+ ；“便攜式”應是本系統(tǒng)的最大特色，特別是在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設計時應充分考慮集成度、體積、功耗等問題。（4）設備綜合調試。在選擇了合適的芯片后，我們就可以進行軟硬件開發(fā)了。需要強調的是選擇芯片需要考慮很多因素，比如芯片內部資源、芯片管腳數(shù)目、芯片封裝形式、兼容性，同時價格也是必須考慮的。（2）選擇 USB 接口芯片。 USB 設備的開發(fā)流程USB 設備的開發(fā)流程簡單介紹如下：（1）分析功能。西安理工大學碩士學位論文6圖22 USB接頭Figure22 USB connector USB 電纜將 USB 主機、USB 集線器以及 USB 設備連接起來，形成一個完整的 USB系統(tǒng)。USB 主機通過 VCC 和 GND 這兩個引線向 USB 設備供電；通過 D+ 、D 差分數(shù)據(jù)線向 USB 設備傳輸數(shù)據(jù)。A 型插座主要用在 USB 主機或者 USB 集線器下行端口，而對 B 型插座來講，它則主要用在 USB 設備或集線器的上行端口。同時我們必須注意到 USB 集線器的級聯(lián)是有限制的，它最多可以級聯(lián) 5 級。②USB 集線器的功能主要是提供額外的連接點給 USB 主機系統(tǒng)，從而擴展 USB 主機的端口，那樣的話使一個 USB 端口可以擴展連接多個設備。 ①USB 功能設備一般是一個獨立的外部設備，例如有用于擴展 USB 主機功能的 USB 鼠標，以及用來進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊苿佑脖P或者 USB 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。鑒于此種情況 USB 協(xié)議明確規(guī)定：USB 系統(tǒng)中只能有一個 USB 主機存在。USB 主機在整個數(shù)據(jù)通信過程中有著相當重要的地位，它控制著數(shù)據(jù)的啟動和命令的傳輸，而 USB 設備只有被動的響應 USB 主機請求。前者主要用于 USB 設備向 USB 主機傳輸數(shù)據(jù)，后者則主要用于 USB 主機向 USB 設備傳輸數(shù)據(jù)?？傮w來說，用戶的特定功能是由 USB設備完成而 USB 協(xié)議的處理則是由 USB 主機負責的。 USB 總線結構USB 主機、USB 設備和 USB 電纜組成一個簡單的 USB 應用系統(tǒng)，如圖 21 所示。西安理工大學碩士學位論文42 USB 簡介 USB 總線的特點USB 是英文 Universal Serial BUS（通用串行總線）的縮寫，用來統(tǒng)一電腦與外部設備的連接和通訊，是一種新的計算機接口技術。用戶可以通過上位機界面程序實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取、存儲以及采集控制等功能。在該方案中，系統(tǒng)選用FPGA作為硬件電路的主控制器。所以說對USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)做更為深入的開發(fā)也顯得尤為重要。相比于國外，國內對USB數(shù)據(jù)采集產品的研發(fā)相對落后，但總體來看，現(xiàn)在國內的一些廠家對USB接口的數(shù)據(jù)采集產品的開發(fā)和研制已經取得了一定的成果，其研究產品的種類也越來越繁多，但是范圍和研發(fā)的深度存在著不小的差距，主要表現(xiàn)在下面的幾個方面：，而采用；采集系統(tǒng)功能過于簡單，同時在采集速率、精度以及分辨率上和國外還存在相當大的差距。當下，許多能夠適應不同傳輸速率，不同深廣度要求的USB數(shù)據(jù)采集系列產品已經琳瑯滿目。到目前為止，基于USB接口的產品種類繁多，從低運行速度的鼠標、鍵盤到全速的MP移動硬盤、數(shù)碼相機以及高速的數(shù)據(jù)采集卡等。如今隨著集成電路的飛速發(fā)展和USB設備開發(fā)的進步，各種集成有USB控制器的芯片相繼問世。其最高傳輸速率可以達到480Mbps【2】 。IBM 、Microsoft等7家公司在1994年11月時就共同提出了USB規(guī)范。隨著技術的發(fā)展和計算機應用的需要，老式接口的缺陷越來越制約計算機的使用。 國內外研究現(xiàn)狀與趨勢計算機具有良好的擴展性，依賴于其具備的多種通信接口。USB 作為新型的接口更容易滿足復雜、靈活的設計和電路的微型化的要求。并且，在一般情況下USB主機上可以提供穩(wěn)定的5V電壓，這樣USB外部設備可以通過相應電纜獲得主機提供的電壓。但是這種數(shù)據(jù)采集方式有很多的缺陷：(1)插拔困難、安裝復雜、價格比較貴，并且計算機的插槽數(shù)量、地址、中斷資源也限制了采集卡的擴展性；(2)數(shù)據(jù)采集卡被安裝在工業(yè)控制機或者PC 機內部，不便于攜帶，因此無法進行野外現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集【1】 。伴隨著科學技術飛速的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)作為獲取信息的重要途徑以及探索科學奧秘的重要手段已廣泛應用于各個領域。 Firmware。關鍵詞：數(shù)據(jù)采集；；FPGA ；固件程序；應用程序摘要IIITitle: PORTABLE DATA ACQUISITION SYSTEM DESIGN BASED ON USBMajor：Circuits and systems Name： WenHua He Signature: Supervisor：Prof. ShuiYu WANG Signature: AbstractTraditional data acquisition card is monly used standard interfaces such as PCI 、ISA， but the acquisition card is not easy to carry, install and expand. So it can not meet the actual needs of the research and Universal Serial interfaces USB as a new standard of serial munication, it has a high transmission rate, good scalability .At the same time,it is easy to plug and play, variety in use. So it is pensated for the defects of traditional capture card interface.In this paper, along with the efficient performance of the transmission advantage of the USB and FPGA, a portable data acquisition system based on have designed and implemented .The paper first briefly describes the architecture and features of the USB bus, then conducted indepth discussion on aspects of the hardware circuit, software programs, and system testing.In the Hardware：We mainly pleted AD converter circuit design, FPGA host controller peripheral circuit design,the USB interface circuit design and the power module design. The connection between each part of the chip operating modes and systems to achieve the function. Complete system schematic design and PCB diagram of the hardware circuit system,In the software：According to the design requirements, we focus on the three sections: the FPGA controlprogram design, USB firmware design and client application program the time,describeing in detail the various parts of the software design also give the corresponding program flowchart and debugging results.At last ,bination of hardware and software , testing the entire systemis was tested and 西安理工大學碩士學位論文IVthe test results and analysis were gived. The results showed that the data acquisition system can meet the design requirements which the general industrial field data acquisition system portability, low power consumption and higher data transfer speeds .Key words: Data acquisition。最后，結合硬件和軟件對整個系統(tǒng)進行了最終測試，并給出了測試結果和分析。在軟件設計方面：根據(jù)系統(tǒng)的設計要求，重點研究了三部分內容：FPGA控制程序、USB固件程序以及客戶端應用程序。文中首先簡單的對USB總線的特點以其相應的體系結構進行了介紹，然后對硬件電路、軟件程序以及系統(tǒng)測試幾個方面進行了深入論述。通用串行接口USB作為一種新型的串口通信標準，具有傳輸速率高、可擴展性好、即插即用、使用靈活等特性，很好的彌補了傳統(tǒng)采集卡接口的缺陷。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。 分類號 UDC密 級學 號 碩士學位論文 基于 USB 的便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 學 科 門 類： 工 學 學 科 名 稱： 電路與系統(tǒng) 指 導 教 師： 申 請 日 期： 2022 年 3 月 （基于USB的便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計） 何文華 西安理工大學學 位 論 文 題 名 ） 作者姓名 西安理工大學摘要I論文題目：基于 USB 的便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。本人授權　　 　 　大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。作者簽名： 日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日西安理工大學碩士學位論文II摘 要傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集卡普遍采用PCI、ISA等標準接口，基于這些標準接口的采集卡有不便于攜帶、安裝復雜、可擴展性差等問題，它已不能滿足科研和生產的實際需要。本文結合USB的傳輸優(yōu)勢和FPGA 的高效性能，設計了一種基于USB 的便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在硬件設計方面：選用的系統(tǒng)硬件主要由模數(shù)轉換模塊、FPGA主控制器模塊、USB接口模塊以及電源模塊構成；根據(jù)系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能以及芯片的工作方式完成了電路的連接，同時完成了系統(tǒng)的原理圖設計和PCB圖的繪制。同時詳細介紹了各部分軟件的具體設計思想，并給出了相應的程序流程圖與調試結果。結果表明：該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能符合設計要求，能夠滿足一般工業(yè)現(xiàn)場對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)便攜性、低功耗以及對數(shù)據(jù)傳輸速度要求較高的任務需求。 。 Application目錄I目 錄 1 緒論 ..................................................................................................................................................................1 研究背景與意義 ...................................................................................................................................1 國內外研究現(xiàn)狀與趨勢 ....................