基于单板电脑多路数据处理系统的设计与实现

摘要

随着现代化工业生产和科学研究领域的发展，数据采集的需求日益增多，在一些要求高速率、高精度的测量领域中，如信号测量和图像处理等方面，都需要进行快速大容量的多路数据采集和传输。USB又称通用串行总线，是一种标准的总线接口，USB2.0协议的总线规范理论速率为480Mbps，实际在高速模式下可达到12Mbps，因此使用USB接口即能保证数据实时地传输到上位机处理平台上。
　　 本文设计了一个基于嵌入式PC104单板电脑多路同步数据存储与处理的系统，整个系统的硬件平台是一块基于FPGA的数据采集卡，软件平台是微软提供的VC++开发工具，之间通过USB接口进行通信。开发的上位机程序能完成对前端数据采集卡的智能控制，接收从采集卡上传输的数据并存储到文档中，然后再对这些数据进行分析处理。
　　 本文首先分析了国内外数据采集卡的现状，并对常用的几种接口和通信方式做出对比，然后提出自己的设计思路。最后分析并确定了了硬件以及软件平台，并介绍了本文的主要工作和章节安排。
　　 其次，介绍了设计系统的参数指标以及硬件平台主要模块的设计思路，在各个硬件电路模块的设计中，主要阐述了数据采集电路、数据存储电路和数据传输电路的设计。
　　 接着，详细阐述了USB通信机制和数据流传输的过程，然后还介绍了USB驱动的安装和常用的USB接口调用函数，设计了数据采集卡与上位机之间的通信命令码，并确定了最终的通信方式。
　　 然后，详细叙述了VC++开发上位机程序的过程。此程序包括三个模块，参数设置，采集控制和数据传输并存储模块，数据处理波形还原显示模块和数据分析运算模块。在参数设置、采集控制和数据上传模块里，叙述了用户如何选择参数，怎样控制采集和传输命令。数据波形还原显示部分介绍了数据转换方法、还原波形过程和绘制图形的手段。数据分析处理部分介绍了一种傅立叶变换的算法，能够计算出频谱值，绘制出时域波形对应的频域图形。
　　 最后，本文对整个系统的性能指标进行实验分析并比较，指出了本设计的不足之处，并提出了几个能改进的方面，对以后的继续扩展做出了展望。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 课题研究的国内外现状

1．3 系统开发平台选择

1．4 课题的主要工作

1．5 本论文的组织结构

1．6 本章小结

第2章 系统硬件平台设计

2．1 系统参数指标

2．2 硬件系统设计

2．2．1 数据采集电路设计

2．2．2 数据存储电路设计

2．2．3 数据传输电路设计

2．3 软件运行的嵌入式平台

2．4 本章小结

第3章 通信协议与接口设计

3．1 CH376S的通信和驱动

3．2 通信协议与命令码格式设计

3．3 本章小结

第4章 上位机应用程序设计

4．1 控制界面程序设计

4．1．1 参数设置模块

4．1．2 设备状态和采集控制模块

4．1．3 数据上传控制模块

4．2 波形显示界面程序设计

4．3 数据分析界面程序设计

4．4 函数的封装成DLL

4．5 系统性能测试分析

4．6 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献