CPCI系统中基于USB总线的数据采集系统设计

摘要

随着计算机技术的发展，新技术的不断产生和成熟，许多传统的计算机应用领域中都出现了的新技术。这些新技术的应用使得产品的可靠性、易用性和效率都有所提高。 CPCI(CompactPCI)总线是目前工业控制领域广泛应用的总线，其高速的数据传输率和良好的扩展性适合大多数系统应用的需要。USB(通用串行总线)技术是为实现计算机和通信的集成而提出的一种用于扩充PC体系结构的工业标准。具有使用方便、数据传输率高、连接方式灵活等特点，应用范围十分广泛。 本文作者参加了海军某型号系统的中心控制计算机改进型的设计工作，负责基于CPCI总线的中心控制计算机的数据采集系统设计，并参加了数据采集系统的方案论证。在论证中提出了用USB总线进行数据传输的方法，确定了系统设计方案，并独立完成了数据采集板的硬件、固件设计和采集计算机的采集软件、设备驱动程序以及数据分析程序的设计工作，实现了数据采集的各项指标。USB总线的应用使数据采集系统在可靠性、维修性等方面都有所提高。这是首次将USB总线应用于该型号系统中，并在实际工作中取得了较好的效果。 本文分为五部分，第一部分为数据采集和数据传输的现状分析(第1、2章)；第二部分为数据采集系统的总体设计(第3章)；第三部分为USB协议的掌握(第4章)；第四部分为数据采集系统软、硬件的具体设计(第5、6、7章)；第五部分为结论(第8、9章)。

目录

文摘

英文文摘

引言

1.数据采集现状分析

1.1数据采集

1.2数据采集现状

1.2.1数据采集的分类

1.2.2数据采集设备

1.3数据传输现状

1.3.1传统的通信总线

1.3.2新出现的通信总线

1.3.3高速通信总线的比较

2. USB总线特点

2.1 USB总线的设计目标

2.2 USB总线的特点

2.3 USB总线应用于数据采集系统的优点

3. 数据采集系统设计

3.1 中心控制计算机与外部设备的通信

3.2数据采集系统的基本要求

3.3数据采集系统的设计思想

3.4数据采集系统的总体设计

3.4.1实现对CPCI总线上信息的采集

3.4.2用USB总线进行数据的传输

3.4.3用外接计算机记录数据

3.4.4可靠性指标分配

3.5数据采集系统的工作原理——存储转发

4. USB协议

4.1 USB的几个重要概念

4.2 USB总线拓扑结构

4.3硬件和软件元素

4.3.1 USB设备驱动程序

4.3.2 USB驱动程序

4.3.3 USB主控制器驱动程序

4.3.4 USB主控制器/根集线器

4.3.5 USB集线器

4.3.6 USB设备

4.4 USB的通信模型

4.4.1通信流

4.4.2传输，IRP，时间片和包

4.5设备构架

4.5.1设备描述符

4.5.2设备构架

4.6 USB外围连接

4.7 USB传输类型

4.7.1同步传输

4.7.2中断传输

4.7.3控制传输

4.7.4批量传输

4.8错误恢复

4.8.1信息包错误

4.8.2总线超时

4.8.3错误的EOP

4.8.4数据轮换位出错

4.8.5串扰

4.8.6活动丢失(LOA)

4.8.7四种传输类型的错误检测

4.9小结

5. 数据采集板设计

5.1数据采集板总体设计

5.1.1数据采集板设计目标

5.1.2数据采集板总体设计

5.2硬件设计

5.2.1功能模块

5.2.2主要芯片

5.3固件设计

5.3.1设计工具

5.3.2总体结构

5.3.3主要功能

6. 客户软件设计

6.1设备驱动程序

6.1.1设备驱动程序的设计

6.1.2设备驱动程序的安装

6.2采集软件设计

6.2.1整体结构

6.2.2数据采集过程

7. 数据分析

8. 主要研究成果和存在的问题

9. USB总线的其它应用

参考文献

附录1数据采集板电路图

附录2可编程器件的MAX+PLUSⅡ编程

附录3部分固件程序清单

附录4 INF安装文件DATAACQ.INF

附录5数据采集软件部分代码

5.1 USB通信代码

5.2数据采集过程代码

附录6数据分解过程代码

致谢