毕业设计（论文）-基于USB的高速数据采集卡的设计.doc

第一章绪论
课题背景
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,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系统底层核心机制相交互的功能。

尽管RS232是一种十分成熟且应用广泛的通讯方式,但是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。尽管目前USB接口的应用主要集中在电脑的周边外设,但是USB产品进入工控领域将是必然的趋势。采用Cypress公司的CY7C68013芯片和89C51单片机设计的基于USB总线的数据采集系统,具有可靠性高、数据不丢失、抗干扰性强、便于数据传输和处理等优点,可在信号测试、信号采集场合广泛使用。所以本课题的研究是具有一定的现实意义和经济意义的。
USB简介
通用串行总线(Universal Serial Bus,简称USB)是康柏、微软、IBM, DEC等公司为了解传统总线的不足推出的一种新型串行总线接口规范, dex上亮相以来至今己广泛地为各PC厂家所支持。现在生产的PC机几乎都配备了,USB接口,Microsoft的windows98, NT以及MacOS, Linux, FreeBSD等流行操作系统都增加了对USB的支持。USB的主要特点如下:
速度快。 USB 有全速和低速两种方式,主模式为全速模式,速率为12Mbps,从而使一些要求高速数据的外设,如:高速硬盘、摄像头等,都能统一到同一个总线框架下。另外为了适应一些不需要很大吞吐量但是有很高实时性要求的设备,如鼠标、键盘、游戏杆等,USB还提供低速方式,。如表1-1所示。。
表1-1 USB使用分类表
性能
应用
特性
低速
·交互设备
·10-20kb/s
键盘、鼠标、游戏棒
低价格、热插拔、易用性
中速
·电话、音频、压缩视频
·500kb/s-10Mb/s
ISBN、PBX、POTS
低价格、易用性、动态插拔、限定带宽和延迟
高速
·音频、磁盘
·25-500Mb/s
音频、磁盘
高带宽、限定延迟、易用性
2. 支持热插拔和即插即用。所有的USB 设备可以随时的插入和拔离系统,USB 主机能够动态的识别设备的状态,并自动给接入的设备分配地址和配置参数,添加、删除设备完全不用关闭计算机,也不必像过去那样需要手动跳线和拨码开关来设置新的外设。
3. 易于扩展。USB使用的是一种易于扩展的树状结构,通过使用USB Hub扩展可连接多达127个外设。标准USB电缆长度为3米(低速为5米)。通过Hub或中继器可以使外设距离达到30米。
4. 使用灵活。 USB共有4种传输模式:控制传输(control),步传输(synchronization)、中断传输(interrupt)、批量传输(bulk),适应不同设备的需要。
5. 能够采用总线供电。普通使用串口、并口的设备都需要单独的供电系统,而USB设备则不需要,因为USB接口提供了内置电源e USB电源能向低压设备提供最大5V, 500mA 的电源,从而降低了这些设备的成本并提高了性价比。
6. 实现成本低。 USB对系统与PC的集成进行了优化,适合于开发低成本的外设。
本文设计的基于USB总线的数据采集系统正是充分地利用了USB 总线的上述优点,从而有效地解决了传统数据采集系统的缺陷。很方便地就能够实现低成本、高可靠性、实时的数据采集,适用于对瞬态信号进行采集和处理。

本论文所设计的数据采集系统是在单片机89C51控制下进行