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基于USB2.0的高速数据采集系统

作 者: 罗伟林
导 师: 王立欣
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 电气工程
关键词: 数据采集 USB2.0 VISA LPC2888 CY7C68013
分类号: TP274.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2008年
下 载: 478次
引 用: 4次
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内容摘要


USB接口因其易用、真正的热插拔等优点在测量仪器领域广泛应用。本文基于USB2.0高速传输开发了便携式高速数据采集系统,并针对如何提高系统的数据传输速度和USB设备驱动的开发进行了深入研究。首先研制了采用LPC2888作为核心控制器的USB数据采集系统。利用其内部集成USB高速设备控制器完成从数据缓存到USB总线DMA方式的数据传输;利用其GPDMA控制器实现从数据采集模块到数据缓存的DMA传输;并通过数据缓存的半满、全满中断对两个DMA操作进行协调,完成了DMA方式的数据传输流程。经测试,系统工作流程正确,但由于LPC2888从外部IO口到内部缓存的DMA传输过程速度较低成为系统带宽瓶颈,系统实时采样率限制在2Msps。为提高系统整体数据传输速度,重新设计并实现了以FPGA为核心控制器、以CY7C68013为接口芯片的USB数据采集系统。经测试,系统工作稳定可靠,数据采集传输结果正确,系统实时采样率达10Msps。本文以上述两个系统为基础,着重对USB接口系统的数据传输速度进行了测试分析。经过优化设计,两个系统的USB接口数据传输速度分别达到了14.0MB/s和37.4MB/s。使USB数据采集系统中数据传输速度普遍较低的问题得到了解决。最后对影响USB接口数据传输速度的因素进行了分析。在USB设备驱动的开发上,本文在两套系统中成功应用了VISA方法。验证了VISA是一种开发USB接口应用系统的通用方法。在CY7C68013系统上,对VISA生成的驱动和接口芯片生产厂商提供的驱动进行了比较测试。两种驱动均能够实现系统工作流程且系统运行稳定,但VISA驱动的执行效率稍逊于接口芯片厂商提供的驱动。CY7C68013接口芯片使用VISA驱动和Cypress公司提供的驱动所能达到的最大带宽分别为21.9MB/s和37.4MB/s。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-16
  1.1 数据采集系统介绍  10-11
  1.2 USB 数据采集系统的发展状况  11-13
    1.2.1 国内外发展现状  11-12
    1.2.2 目前存在的问题  12-13
  1.3 USB 总线概述  13-14
    1.3.1 USB 总线的基本特点  13
    1.3.2 USB 工作方式  13-14
    1.3.3 USB 协议要点  14
  1.4 设计的主要功能及技术指标  14-15
  1.5 本文主要研究内容  15-16
第2章 基于LPC2888 的USB 数据采集系统设计  16-28
  2.1 总体方案  16-20
    2.1.1 USB 高速设备接口的方案选择  16-17
    2.1.2 LPC2888 芯片介绍  17-19
    2.1.3 系统总体结构及工作方式  19-20
  2.2 关键模块设计  20-27
    2.2.1 USB 接口设计  20-21
    2.2.2 数据采集模块设计  21-27
  2.3 PCB 制板注意事项  27
  2.4 本章小结  27-28
第3章 基于LPC2888 的系统实现及测试结果  28-41
  3.1 数据传输过程DMA 方式的设计与实现  28-31
    3.1.1 从CPLD 到数据缓存的DMA 传输  28-29
    3.1.2 USB 高速设备接口的DMA 传输  29-30
    3.1.3 两个DMA 传输环节的协调  30-31
  3.2 LPC2888 程序设计  31-32
    3.2.1 程序总体流程  31-32
    3.2.2 启动代码的编写  32
    3.2.3 系统时钟的配置  32
  3.3 上位机软件设计  32-35
    3.3.1 设备驱动程序  33-34
    3.3.2 系统应用程序  34-35
  3.4 系统测试结果  35-39
    3.4.1 系统工作流程正确性测试  35-36
    3.4.2 系统整体数据传输速度测试  36-38
    3.4.3 USB 接口数据传输速度测试  38-39
    3.4.4 测试结果分析  39
  3.5 本章小结  39-41
第4章 基于CY7C68013 的USB 数据采集系统设计与实现  41-55
  4.1 引言  41
  4.2 系统设计  41-46
    4.2.1 FX2 接口芯片  41-44
    4.2.2 系统总体结构  44
    4.2.3 系统缓存的设计  44-45
    4.2.4 模拟部分的改进  45-46
  4.3 系统实现  46-48
    4.3.1 系统工作流程  46-47
    4.3.2 FX2 芯片固件程序  47-48
    4.3.3 驱动程序和应用程序  48
  4.4 系统测试结果  48-52
    4.4.1 系统工作流程测试  48-50
    4.4.2 数据传输正确性测试  50-52
    4.4.3 系统数据传输速度测试  52
  4.5 两种驱动测试结果比较  52-54
  4.6 本章小结  54-55
第5章 影响USB 数据传输速度的因素分析  55-61
  5.1 引言  55
  5.2 USB 通信协议开销  55-57
  5.3 USB 带宽的分配  57
  5.4 USB 主机端系统结构  57-60
    5.4.1 USB 在PC 机中的位置  57-58
    5.4.2 USB 主机端系统分层  58-59
    5.4.3 影响因素分析  59-60
  5.5 本章小结  60-61
结论  61-62
参考文献  62-65
附录  65-66
攻读硕士学位期间发表的学术论文  66-68
致谢  68

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 数据收集和处理系统
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