基于USB3.0的数据采集模块硬件设计

摘要

数据采集模块是一种非常常用的测试测量仪器,其中基于USB的数据采集模块,以便携,即插即用等优势得到广泛的应用与推广。过去的产品大部分基于USB2.0接口设计,随着电子技术的高速发展,目前 USB3.0接口开始普及,所以研究一款基于USB3.0接口的数据采集模块对国内市场来说是有一定意义的。
　　本文介绍了一种基于USB3.0接口的数据采集模块的硬件系统设计,重点论述了数据采集控制与波形发生、USB3.0平台的设计及如何实现基于 USB3.0的高速数据接口设计。
　　本文研究的具体内容如下:
　　1、数据采集存储与控制电路设计。数据采集模块将待测的模拟信号转换为数字信号,经过控制模块的处理,最终存储在存储器中。本文中数据采集存储与控制电路是通过FPGA来实现。
　　2、任意波形发生器设计。将波形数据通过 USB接口写入存储器,再通过在FPGA中设计 DDS,通过数模转换器生成波形,最后通过信号调理通道输出用户所需波形。
　　3、USB3.0接口设计。介绍了利用CYUSB3014芯片完成USB3.0接口设计,讨论了两种接口的配置方式,并着重介绍了如何利用GPIF II完成高速数据的读取。
　　经过调试与测试,设计的USB3.0数据采集模块达到了设计指标要求,实现了数据的采集与存储,并且任意波形发生器模块能正常产生0.1Hz~20MHz波形,最终测得USB3.0接口的数据实时传输速率达到100M。

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第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状及发展趋势

1.3课题任务与本文主要工作

第二章 硬件系统总体方案设计

2.1数据采集模块硬件总体方案设计

2.2功能电路设计方案

第三章 数据采集控制与任意波形发生电路设计

3.1信号调理通道设计

3.2控制电路设计

3.3 FPGA其他功能模块设计

3.4任意波形发生电路设计

第四章 USB3.0接口设计与实现

4.1接口硬件电路设计

4.2 USB3.0超高速PCB

4.3 USB3.0配置模式对比及模式选择

4.4 FPGA与USB3.0接口的设计

第五章GPIF II DESIGNER设计

5.1 GPIF II DESIGNER概述

5.2 GPIF II DESIGNER设计

5.3 GPIF II DESIGNER主控模式状态机设计与实现

5.4固件程序的使用

第六章 硬件系统的调试及测试

6.1电源模块

6.2模拟通道

6.3 ADC调试

6.4 FPGA调试

6.5任意波形发生器

6.6 USB3.0接口调试

6.7测试结果

第七章 结论与展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果

附录