采用USB接口的高速数据采集器硬件设计毕业论文.doc

采用USB接口的高速数据采集器硬件设计

第页共NUMPAGES36页

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明
本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：
指导教师签名：日期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：

1绪论

1.1课题的提出及意义
在工业生产和科研的各行业，常常利用PC或工控机对各种数据进行采集这其中有很多地方需要对各种数据进行采集，如液位、温度、压力、频率等。现在常用的采集方式是数据采集板卡，常用的有422、485等总线板卡。采用板卡不仅安装麻烦，容易受机箱内环境的干扰，而且由于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。
在目前PC的IO模式中，外围设备通常被映射为CPU的IO地址，并且被分配一个指定的IRQ(中断请求)，在某些情况下也可以是一个DMA通道。这种地址分配的方法已经成为一种标准，软件开发者要根据指定的设备进行访问。这给编程者带来了不便，同时消耗了PC的许多系统资源，使许多系统资源不可使用，并且产生了很多冲突，由此造成了很多问题。根据调查显示，70%的严重系统错误和系统崩溃是由硬件冲突引起的。
通用串行总线(UniversalSerialBus，简称USB)的出现，很好的解决了以上这些问题。他不仅解决了I/O插口不够的问题，而且建立了一条连接和访问外设的方法。这些方法可以有效的减少总体成本，减少硬件冲突。因此，我们能够利用USB总线接口比较容易的实现低成本、高可靠性的多点数据采集系统。
这种采集系统由于采用了USB总线接口而具备了如下优点：
1)设备安装和配置容易。USB设备支持即插即用，安装USB设备不必再打开机箱，加减已安装过的设备，完全不用关闭计算机。所有USB设备支持热拔插，系统对其进行自动配置，不再占用中断资源或者DMA资源，彻底抛弃了过去的跳线和拨码开关设置。USB为接缆和连接头提供了单一模型，解决了外设越来越多造成的插槽紧张问题。
2)接口数目多，每个USB主机通过USB集线器，可以同时挂接最多127个外围设备，有效地解决了多点数据采集系统I/O口不够用的问题。
3)数据传输速度比一般的串行总线(如RS232，RS485等)快，USB1.1标准的接口最快可以达到12Mbps，可以满足绝大多数多点数据采集系统的要求。在PC主机和采集系统都具备支持USB2.0标准的接口芯片时，最快可以达到480Mbps，可以满足高速数据采集系统的要求。
4)有总线电源保护，系统连续3ms没有总线活动，USB自动进入刮起状态。
1.2课题研究状况
USB在1995年被提出，并由Compaq、DigitalEquipmentCorp(现在属于Compaq)、IBM、Intel、Microsoft、NEC和NorthernTelecom七个计算机与通信工业领先的公司所组成的联盟所定义和加以推广。同一年，该联盟建立了实施者论坛(以下简称USB-IF)来加速USB标淮的高质量兼容设备的开发。在1996年，USB-IF公布了USB规范1.0，这是第一个为所有的USB产品提出设计请求的标淮。1998年，在进一步对以前版本的标准进行阐述和扩充的基础上，发布了USB标准的1.1规范。第三个版本的USB2.0是发布于1999年。之后，随着USB的普及与推广，USB的成员一直持续不断地增加，如今已是非常庞大的推广组织了。
历经8年的发展，USB技术已经非常成熟，也得到了lT业各硬件及件厂商的广泛支持。尤其是Microsoft公司在其WIN98之后的操作系统中加强了对USB的系统支持后，USB总线迅速发展起来。目前，USB总线的协议版本已经达到了2.0，支持的最高速度达到了480Mbps，远远超过了一般并行总线的数据传输速度。随着USB总线的发展，USB总线接口在嵌入式系统以及个人电脑的外围设备中的应用发展非常迅速。计算机外围设备的市场上使用USB接口的数码相机、扫描仪、移动硬盘、鼠标、键盘等设备随处可见。但是USB接口在工业控制领域、数据采集