基于USB总线的数据采集系统的设计与实现

摘要

本课题主要针对USB接口的数据采集系统的设计。该数据采集系统充分发挥了USB成本低、热插拔、支持高、中、低速范围的数据传输等优点，满足了目前对数据采集系统不断提高的要求。 本文根据设计需要，分析了USB1.1协议，对USB通信原理、USB系统体系、数据包格式、USB标准描述符进行了深入研究，并在此基础上提出了USB数据采集系统的总体框架设计。依据总体框架设计数据采集系统由两部分组成：硬件设计和软件设计。硬件设计主要由两个功能模块构成：母板模块，业务板模块。其中母板模块主要实现主控制器与PC的通信问题，以TMS470R1A256(ARM7TDMI)为主控制器；业务板模块主要实现数据采样，I/O扩展等电路设计。软件设计主要分为三部分：一是满足系统运行效率和功能要求的固件程序设计；二是提供动态链接库接口功能函数、演示和测试功能的用户服务程序和工程应用实例；三是介绍了设备驱动程序的开发。在论文结尾，结合在系统开发过程遇到的一些实际情况，为今后研究提出了一些建议，并对USB的应用前景进行了展望与总结。

目录

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声明

第一章绪论

1.1前言

1.2数据采集系统常用的数据采集方式

1.2.1并行类接口

1.2.2串行类接口

1.2.3 ISA总线与PCI总线

1.3通用串行总线(USB)

1.4课题的主要研究工作

第二章USB通信原理及系统总体框架设计

2.1 USB通信原理

2.1.1 USB系统构成

2.1.2 USB属性

2.1.3电气特性

2.1.4传输类型

2.1.5数据包格式

2.1.6包的类型

2.1.7事务

2.2 USB数据采集控制系统设计

2.2.1 USB设备的层次对应关系

2.2.2 USB数据采集系统构成

2.2.3 USB数据采集系统功能设计与目标：

2.3本章小结

第三章数据采集系统硬件设计

3.1数据采集系统主要芯片的选型与简介

3.1.1主控芯片的选择

3.1.2 USB通信芯片的选型

3.1.3 AD芯片的选型

3.2母板模块设计：

3.2.1电源管理模块

3.2.2 HET电路模块

3.2.3 AD采样模块

3.2.4接口电路模块：

3.2.5 SL811HS模块

3.2.6 TMS470R1A256主控制器模块：

3.3业务板模块设计

3.3.1多路信号数据采集调理电路

3.3.2压力信号调理电路

3.3.3 AD运算放大电路

3.4本章小结

第四章固件程序设计

4.1 USB设备固件结构

4.2固件程序的实现

4.2.1主程序Main.C

4.2.2命令接口层Init.C

4.2.3中断服务层Isr.C

4.2.4协议层Chap.C

4.3本章小结

第五章USB设备驱动程序

5.1概述

5.2驱动程序的基本概念

5.3 USB驱动程序模型

5.3.1驱动程序的层次结构

5.3.2驱动程序的调用

5.4 USB驱动程序体系

5.4.1 USB设备驱动程序

5.4.2 USB驱动程序(USBD)

5.4.3主控制器驱动程序(HCD)

5.4.4根集线器驱动程序

5.4.5 USB驱动程序装载

5.5本章小结

第六章应用程序设计与工程应用

6.1动态链接库(DLL)

6.1.1功能函数

6.1.2对设备的操作

6.2用户服务程序

6.3工程实际应用

6.4本章小结

第七章总结与展望

7.1本文研究结果

7.2进一步工作的展望

参考文献

附录

致谢

攻读研究生期间发表的论文