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1、摘 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，在科学研究领域和许多生产场合中常用到数据采集技术，并且对数据采集的各种要求也越来越高。传统的通信方式由于传输速度慢、抗干扰能力弱、安装麻烦等原因严重阻碍了数据采集设备的发展，新一代通用串行总线(Universal Serial Bus，简称USB)具有传输线少、速度快、支持热插拔以及易于扩展等优点，很好的解决了以上问题,因此串行总线技术在计算机系统及通信设备中迅速得到了广泛的应用。文中分析了USB总线的体系结构和特点，针对传统总线不足之处，在此基础上研究了基于USB的数据采集系统，根据系统应该达到的技术指标，从而确定
2、系统的整体框架和各个分芯片的选择。整个系统包括硬件设计和软件设计两部分，实现数据高速转换和采集、数据显示、数据保存以及数据打印等功能。 系统硬件部分实现数据采集功能，并将采集的数据送至USB控制器，再通过USB接口将数据传送给PC机。硬件设计部分主要包括USB2.0主控制器(C8051F320)外围电路设计与模数转换器AD0809的连接、电源设计部分等。硬件设计中的各个芯片的选择都以技术指标为依据，每个部分之间的连接以芯片的工作模式和系统要实现的功能来决定。文章每个部分都给出了芯片选择的理由和硬件连接的原理图。系统软件部分包括USB固件程序、设备的驱动程序和用户界面程序。USB固件程序在kei
3、l C中完成，实现C8051F320的初始化;设备驱动程序为用户界面程序提供了软件和硬件平台连接的通道，它由WindowsXP DDK和DriverStudio来开发;用户界面程序采用VB语言完成，在VB中调用驱动函数中的句柄来对硬件设备进行操作，实现数据的接收、保存、和显示功能。最后以函数发生器为对象对系统进行测试，从测试的结果中可得出此系统性能良好，能达到设计的预期效果。 关键词： USB；数据采集；C8051F320；上位机；固件ABSTRACT With the development of information technology and electronic technolog
4、y，computers and other electronic devices also develop fast and be applied widely. Data acquisition technology is used in the science research field and lots of manufacture occasion which require every parameter of data acquisition higher and higher. Traditional communications style is strongly restr
5、icted the development of data acquisition devices because of slow transmitting rate、weak anti-jamming ability、inconvenient installation and so on. New generation Universal Serial Bus has the advantages of small transmission line、quick transmitting rate、sustaining hot-plug and pull、easy extensibility
6、 and so on which solved the problems of traditional communications style well. So Universal Serial Bus technology gains wide application in the computer system and communications devices. This thesis analyses system configuration and characteristics of Universal Serial Bus. Aiming at the shortages o
7、f traditional bus，it puts forward the system of Data acquisition based on USB . This system has the advantages of quick transmitting rate、Plug and Play、convenient taking and so on. The Whole system contains two Parts that are hardware design and software design. It realizes functions of data acquisi
8、tion、data transition、data saving、data display and data Printing. The hardware of the system realizes data acquisition function， which sends data To the USB controller，and then USB controller sends data to PC by USB interface. The hardware design mainly includes the periphery circuit design of the US
9、B2.0 Controller (C8051F320)、the connection between the C8051F320 and the A/D 0809 and the Power supply design. Each chip is choose based on the Technology index in the hardware design，and the ports communicate corroding to The mode of the chips and the system function. The papers descript the reason
10、s to choose the chips and the principle chart of the hardware connection. The software of system include USB firmware programme、device driver programme and the user programme. The USB firmware programme is accomplished in Keil C ,realizing the initialization of C8051F320;The device dirver programme
11、provides the channel to the software and the hardware platform for the user programme, which is developed by Windows XP DDK and DriverStudio; The user programme finishes with VB Language，operating the hardware device through calling the handle of drive function in VB，and realizes the data receiving，
12、saving，and displaying functions.Lastly，it tests the system using the function generator as the object. The system Performs well from the testing results，reaching the expect effects.Key Words：USB;；Data Acquisition；C8051F320；VB；Firmware目 录1绪论11.1课题研究的背景及意义11.2USB技术发展趋势及优缺点分析11.2.1 国内外应用现状及发展趋势11.2.2US
13、B的优势和局限性21.3课题研究的主要内容32基于USB总线数据采集系统的整体设计42.1USB数据采集系统的性能指标42.2USB总线数据采集系统的硬件构成42.3USB数据采集系统的软件设计53USB 数据采集系统的硬件设计73.1多通道A/D转换电路的设计73.2USB2.0 主控芯片的选择及介绍73.2.1常用USB2.0控制芯片介绍73.2.1USB2.0控制芯片选型及优点分析83.2.2USB控制芯片C8051F32083.2.3通用串行总线控制器93.2.4USB控制芯片及其外围电路设计103.3显示模块113.3.1LCD概述113.3.2基本特性113.3.3引脚定义123.
14、3.4基本电路图与时序图123.4电源模块134USB数据采集系统的软件设计154.1固件程序的设计154.1.1固件基础154.1.2C8051F320 USB固件程序194.2驱动程序设计234.2.2WDM和USB驱动程序的介绍244.2.3驱动程序的源代码分析254.3用户界面程序的设计274.3.1用户界面程序的整体构想274.3.2主界面的生成294.3.3数据接收294.3.4数据保存314.3.5数据显示315基于USB数据采集系统的软件测试335.1数据接收测试335.2数据显示及打印功能测试335.3本章小结33结 论34参考文献35附录一： 封面样例37致 谢381 绪论
15、1.1 课题研究的背景及意义数据采集系统是结合基于计算机的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统，它主要完成数据信息的采集、A/D转换、压缩处理，然后通过PC接口总线将处理后的数据送入计算机作进一步处理。随着计算机技术的飞快发展和普及，以数据采集系统为核心的设备也迅速在国内外得到了广泛的应用，现代工业生产和科学研究对数据采集的要求越来越高，如在工业控制中现场数据的采集，温度、压力等数据的采集，在比较重要场所安装的监控设备，还有视频会议、可视电话等场合中，都需要进行高速数据采集。现在常用的采集方式是数据采集板卡，常用的有A/D采集卡以及422、485等总线板卡，采用板卡不仅安装麻烦，价格昂贵，容易受到机箱内环境的干扰，通讯过程中极易产生错误，而且由于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，在一些电磁干扰性强的测试场所，可能无法专门对其作电磁屏蔽，从而导致采集的数据失真，针对上述问题，急需采用新的技术解决。 通用串行总线(Universal Serial Bus)的出现，很好的解决了以上这些问题。它是由Compaq、Hp、Intel、Lucent(朗讯)、Microsoft、NEC和Philips七家公司联合推出的新一代标准口总线，该总线是一种连接外围设备的机
