（毕业设计论文）《USB数据采集卡》

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1、毕毕业业论论文文 ( (设设计计) )题目名称：题目名称： USBUSB 数据采集卡数据采集卡 题目类型：题目类型： 毕毕 业业 设设 计计 学生姓名：学生姓名： 院院 ( (系系) )： 电子信息学院电子信息学院 专业班级：专业班级： 测控技术与仪器测控技术与仪器 班班 指导教师：指导教师： 辅导教师：辅导教师： 时时 间：间：20112011 年年 0303 月月 1515 日日至至 20112011 年年 6 6 月月 1010 日日目录目录长江大学毕业设计（论文）任务书I毕业设计开题报告III长江大学毕业论文(设计)指导教师评审意见.VIII长江大学毕业论文(设计)评阅教师评语.IX长

2、江大学毕业论文(设计)答辩会议记录X中外文摘要.XI1 前言.11.1 目的 .11.2 意义 .11.3 范围 .12 选题背景.32.1 课题来源、目的和意义 .32.2 课题研究内容和关键技术 .32.3 国内外研究现状与发展趋势 .43 方案论证.63.1 系统工作原理 .63.2 系统原理图 .63.3 系统设计基本思想 .63.4 系统总体设计方案论证 .73.5 USB 芯片的选择与论证83.6 USB 主控制芯片的方案论证94 过程论述114.1 系统硬件总体设计 114.1.1 系统分析 114.1.2 系统技术指标 124.2 采集电路设计 124.2.1 芯片选择 124

3、.2.2 数模转换电路设计 144.3 USB 接口电路设计.154.3.1 芯片选择及芯片介绍.154.3.2 芯片接口模式端点缓冲配置.164.3.3 电路设计.174.4 FPGA 电路设计194.4.1 FPGA 下载电路 194.4.2 时钟电路.204.5 系统电源及复位电路设计 214.6 抗干扰和 PCB 制作 234.7 固件设计 245 结果分析与展望275.1 系统硬件调试 275.1.1 硬件静态调试275.1.2 硬件动态测试.275.1.3 USB 数据传输电路调试 .285.1.4 前端数据采集电路调试.285.2 系统软件调试 295.2.1 USB 固件程序调

4、试 .295.2.2 FPGA 逻辑调试 305.2.3 应用程序调试.305.3 系统整体测试 305.4 总结 305.5 展望 31参考文献.33致谢.35附录.36长江大学毕业设计（论文）任务书长江大学毕业设计（论文）任务书学 院（系）电子信息学院 专业 仪器系 班级：仪器 10702学生姓名 彭璐 指导老师/职称 魏勇（讲师）1 毕业设计（论文）题目USB 数据采集卡的设计2 毕业设计（论文）起止时间：2011 年 02 月 21 日-2011 年 6 月 10 日3 毕业设计（论文）所需资料及原始数据（指导老师选定部分）（1）网站上查找 USB 数据采集卡方面的资料（2）网站上了解

5、 CY68013 的有关资料4 毕业设计（论文）应完成的主要内容1、利用 PROTEL 软件设计 USB 数据采集卡的 PCB 板（重点） 。2、毕业论文上必须包含如下内容：中英文摘要、研制目的及意义、方案选择、基本原理介绍、硬件电路图、硬件电路分析、软件流程图、软件原理介绍、性能分析、结束语、源程序清单。5 毕业设计（论文）的目标及具体要求设计目标：利用 PROTEL 软件设计 USB 数据采集卡的 PCB 板，具体要求如下：1、双层 PCB 板，双面敷铜，布线符合电气规范。2、该数据采集卡中的 USB 芯片不仅能够工作在 USB 主模式下，而且能够工作在从模式下。3、扩展部分：在设计完成

6、PCB 板的基础上，焊接并调试好电路板。该部分可分为：单片机程序设计、计算机驱动程序设计、计算机应用程序设计等多方面的工作。6 毕业设计（论文）所需的条件及上机时数所需的条件：微型计算机一台USB 单片机开发板一套有关电子元器件万能板及少量导线上机时数：（2 小时）*（60 天）=120 小时任务书批准日期任务书批准日期 20112011 年年 0101 月月 1313 日教研室（系）主任（签字）日教研室（系）主任（签字） 任务书下达日期任务书下达日期 20112011 年年 0101 月月 1313 日指导老师（签字）日指导老师（签字） 完成任务日期完成任务日期 20102010 年年 6

7、6 月月 1010 日学生（签字）日学生（签字） 长江大学毕业设计开题报告毕业设计开题报告题 目 名 称 USB 数据采集卡 院 （系） 电子信息学院 专 业 班 级 测控技术与仪器 10702 班 学 生 姓 名 彭 璐 指 导 教 师 魏 勇 辅 导 教 师 魏 勇 开题报告日期 2011 年 03 月 19 日 USBUSB 数据采集卡数据采集卡学生：彭璐 仪器 10702 班指导老师：魏勇 电子信息学院一一 题目来源题目来源科研项目二二 研究目的及意义研究目的及意义随着数字化的广泛应用，数据采集也越来越重要，传统的外设与主机的通信口一般采用 ISA、PCI、C PCI、1394 等标准

8、，基于这些接口的产品，安装麻烦，价格昂贵，并受计算机插槽数量、地址中断资源限制、且可扩展性差，USB 的出现，很好地解决了以上问题。USB 作为一种新型的串口通信标准，具有较高的传输速率，可扩展性好，采用总线供电，使用灵活。它共有 4 种传输模式：控制传输、同步传输、中断传输、批量传输，以适应不同设备的需要。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。过去人们单纯最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，使得高传输速度、纠错能力、易扩展性、方便的即插即用，有机结合在一起。USB 设备需要依据 USB协

9、议进行数据的解包与打包，低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 WDW 为模型，以 DDK 为开放工具，以 IRP 为消息传播载体，来实现与 Windows 系统底层核心相交互的功能。三三 阅读的主要参考文献及资料名称阅读的主要参考文献及资料名称1 张宏，USB 接口设计M，西安：西安电子科技大学出版社，20022 汪惊奇，周功业等，基于 USB 接口的便携式数据采集系统的实现M，微型机与应用M，2002 年第 8 期.3 马伟，计算机 USB 系统原理及其主/从机设计M.北京：航空航天大学出版社，2004.4 Cypress Semiconductor Corporati

10、on.CY7C68013 EZ-USB FX2 USB MicrocontrollerS. December 19,2002. 四四 国内外现状和发展趋势及研究主攻方向国内外现状和发展趋势及研究主攻方向 (1) 高速随着科技的发展以及 CPU 的进步，计算机处理数据的速度越来越快，作为数据出入途径的 I/O 接口一定不能成为瓶颈，所以计算机接口及数据总线的数据吞吐量增长飞速。这一点在计算机主板南北桥之间通信总线的更替就很明显地体现出来：先前的 PCI 总线只有 133MB/s 的数据传输率，而最近出现的 8X V-link 总线则达到 533MB/s.(2) 串行通讯速率的提高使得并行接口和连

11、接线不堪重负，并行信号的串扰成了提升速度的桎梏，接口的通信频率也不能无线提升，而串口提升信号传输频率的潜力却要大的多，于是形成一个很有趣的局面，就好像 8 条马路通过汽车还没有 1 条快。最近出现的串行 ATA 硬盘实际上就是一个预兆，如果并行的串扰不能得到有效解决，将来高速数据传输的主流可能就会是串行通信了。(3) 通用，可扩展计算机功能越来越强大，外设也越来越多。串口，并口，IEEE 1394 口，键盘口，鼠标口，让人眼花缭乱。接口的通用性和可扩展性成为一种趋势。这样可以使用户方便地使用多种外设又不至于被各种各样的接口搞的糊涂，还可以同时使用几个甚至十几个设备。五五 主要研究内容、需重点研

12、究的关键问题及解决思主要研究内容、需重点研究的关键问题及解决思 路路(1) 主要研究内容通过 USB2.0 协议将高速的数据采集和即插即用的特性有效的结合起来。(2)需重点研究的关键问题计算机处理的对象是数据，反映客观问题的还是数据。高性能的数据采集卡使计算机的功能变得更强大数据采集主要有两个方面的因素：(1) 高精度这是数据采集系统最基本的要求，错误的或者误差过大的数据没有任何使用价值。但这个方面需要考虑的因素也最多，不但芯片的信噪比要高，对模拟电路的设计，PCB 制版等也有很严格的要求，这是高速数据采集最困难的地方。(2) 高速度科技越来越发达，时间的概念越来越小。也许你需要测量一个微粒的

13、速 度，也许你需要检测一个频率非常高的信号，你就一定需要一个速度足够高 的采样器。1M 的采样率不够吗？不，很可能你需要 1G。(3)解决思路首先，实现 USB2.0 通讯协议接口，测试最高的数据传输率；其实实现高 速 AD 采样电路，使其正常工作保证一定的精度。 六六 毕业设计所具备的条件毕业设计所具备的条件微型计算机一台 USB 单片机开发板一套有关电子器件 万能板及少量导线七七 进度安排进度安排4 周 6 周、查找资料7 周10 周、熟悉系统及开发环境10 周12 周、熟悉硬件及焊接13 周14 周、程序设计15 周16 周、系统调试及完善17 周18 周、毕业设计及答辩八八 指导教师审

14、查意见指导教师审查意见指导教师签名：年 月 日长江大学毕业论文长江大学毕业论文( (设计设计) )指导教师评审意见指导教师评审意见学生姓名专业班级毕业论文 (设计)题目指导教师职 称评审日期评审参考内容：毕业论文(设计)的研究内容、研究方法及研究结果，难度及工作量，质量和水平， 存在的主要问题与不足。学生的学习态度和组织纪律，学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题 的能力，毕业论文(设计)是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩。评审意见：指导教师签名： 评定成绩（百分制）：_分（注：此页不够，请转反面）长江大学毕业论文长江大学毕业论文( (设计设计) )评阅教师评语评阅教师评语学生姓名专业班级毕业论文 (设计)题目评阅教师职 称评阅日期评阅参考内容：毕业论文(设计)的研究内容、研究方法及研究结果，难度及工作量