基于USB2.0的远程电路实验数据采集系统的研究和设计

摘要

随着现代计算机技术的发展以及Internet在诸多领域的广泛应用，以PC机作为平台的数据采集系统已经成为当前数据采集技术发展的重要前进方向。本课题利用通用串行总线USB(Universal Serial Bus)所具有的传输速度快、支持热插拔、即插即用、易于扩展、占用系统资源少等优点，并利用现场可编程门阵列PPGA(Field Programmable Gate Array)芯片设计了一种高速的远程数据采集与监控系统。 本文首先阐述了传统的数据采集控制和传输技术的不足之处，确定采用FPGA作为外围芯片电路的主控制器和USB2.0总线的数据传输方式；然后详细给出了一种基于USB2.0总线的远程电路实验数据采集系统的设计方法，包括硬件设计、固件设计、驱动程序设计、界面应用程序设计几大方面，其中，硬件设计部分包括电源电路、信号调理电路、A/D采样电路和USB2.0接口电路的设计；固件设计部分包括A/D采样控制电路的固件设计和USB2.0接口芯片的固件设计：在驱动程序设计部分，利用Windows驱动开发模型WDM(Windows Driver Model)编制本数据采集系统的设备驱动程序；在界面应用程序设计部分，通过Visual C++集成开发环境，开发了服务器端和客户端的界面应用程序，并通过TCP/IP协议在两者之间进行通信，实现了远程电路实验数据的采集和监控；最后对系统进行了整体测试，验证了系统功能的正确性。 本文设计的基于USB2.0的远程电路实验数据采集系统，可以使用户在远程的客户计算机上通过网络对运行于现场的服务器计算机进行控制，从而达到远程数据采集、减少应用成本的目的。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题的选题背景及研究意义

1.2本系统的特点

1.3本课题研究内容

1.4本系统的技术实现

2 USB2.0总线技术

2.1USB系统

2.1.1USB主机

2.1.2 USB设备

2.1.3 USB互联

2.2 USB接口的物理特性和电气特性

2.3 USB的编码方式

2.4.USB数据传输类型

2.5 USB的设备构架

2.5.1设备

2.5.2配置

2.5.3接口

2.5.4端点

2.5.5管道

2.6 USB事务处理

2.7 USB设备的检测过程

2.7.1USB描述符

2.7.2 USB标准设备请求

2.7.3 USB总线列举

2.8本章小结

3系统总体设计

3.1硬件总体设计

3.2软件总体设计

3.3本章小结

4系统硬件设计

4.1硬件总体结构

4.2电源电路

4.3信号调理电路

4.4 A/D采样电路

4.5 FPGA简介及选型

4.5.1 FPGA的基本结构

4.5.2本设计选型

4.5.3 FPGA的系统开发流程

4.5.4本设计FPGA的配置方法

4.6 USB2.0接口芯片

4.6.1 EZ-USB FX2简介

4.6.2使用从属FIFO进行数据传输

4.7数字地与模拟地

4.8本章小结

5固件程序设计

5.1A/D采样控制模块的设计

5.1.1 A/D转换的时钟频率设计

5.2 CY7C68013接口芯片固件程序设计

5.3本章小结

6 USB设备驱动程序开发

6.1 USB设备驱动程序简介

6.1.1 WDM简介

6.1.2 USB驱动程序结构

6.2 USB设备驱动程序开发

6.2.1 EZ-USB FX2的重列举

6.2.2固件下载驱动程序(loadercaiji.sys)

6.2.3设备驱动程序(usbcaiji.sys)

6.2.4设备信息文件INF(Device Information File)

6.3 USB设备驱动程序的安装

6.4本章小结

7应用程序设计

7.1应用程序和USB设备的通信

7.2远程监控系统

7.2.1基于TCP／IP的网络编程

7.3服务器端应用程序

7.4客户端应用程序

7.5系统测试

7.6本章小结

总结与展望

致 谢

参考文献

附录