虚拟示波器设计—USB高速数据采集器设计

摘 要:
数据采集是信息科学的一个重要分支，它研究信息数据的采集、存储、处理以及控制等，广泛的应用在虚拟仪器、智能仪器、信号处理等领域。计算机的技术发展和在测试仪器领域中的应用带来了虚拟器件的概念，本文设计的基于USB通信的高速数据采集器是虚拟仪器的基础硬件设备。数据采集器通过USB和计算机通信，它的最大采集频率为50MHz，并且采集频率可以调解。数据采集器拥有双路采集通道，每个通道拥有己独立的数据缓冲器，真正的实现了两路数据完全分离。设计过程把基于USB总线的高速数据采集器分成两个大部分设计。一个是数据采集器部分，一个是USB接口部分。
在高速数据采集器的设计中，模数转换器选用ADC0804；数据存储器选用FIFO数据缓存器。由于采集频率的高速特性，普通微处理器无法完成实时控制。因此数据采集器的控制由CPLD来完成。由于CPLD代替普通TTL器件，大大提高了系统的整体性能。CPLD特别适用于实验室的研究和中小批量产品的开发和制作，它的可编程特性也给设计和硬件调试带来了很大的方便。因为数据采集器利用USB通信，所以它也是一个USB设备，它必须遵守USB通信协议，具体的USB通信方式采用了控制传输和中断传输。选用USB100作为数据采集器和计算机的接口芯片，这个芯片支持USB1.0和1.1版本协议。
微处理器是两个大部分之间连接的纽带，一方面作为USB控制器，另一方面要和CPLD通信。选用AT89C51单片机作为微处理器，它具有精简指令和低功耗等优点。把高速数据采集器和USB总线结合，使得数据采集器应用更加便捷。充分的发挥USB总线的优势，必能形成性价比更好的数据采集器，使之成为虚拟测试仪器的坚实硬件基础。

关键词　虚拟仪器 USB总线 数据采集器 CPLD
目 录
摘 要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 虚拟仪器的特点及发展应用 1
1.2 USB－通用串行总线 2
1.3 课题研究内容 3
第2章 高速数据采集器的总体设计 4
2.1 设计思路 4
2.2 数据采集器总体硬件设计 4
2.3 信号调理电路 6
2.4 A/D转换部分的方案选择 6
2.5 ADC0804的工作原理 7
2.6 FIFO缓冲存储器 9
2.7 CPLD的原理和应用设计 9
2.7.1可编程逻辑器件概述 10
2.7.2控制电路的CPLD实现 10
第3章 通用USB总线接口控制器件设计 12
3.1 概述 12
3.2 USB协议简介 12
3.2.1 USB通信基础 12
3.2.2 USB 的容错性能 13
3.2.3 USB 的物理接口 13
3.3 USB100和8051单片机 14
3.3.1 USB100芯片的引脚说明 14
3.3.2 硬件连接 15
3.3.3 单片机软件编程 15
3.4 计算机和数据采集之间的命令通道 18
3.5 虚拟示波器的模拟波形 19
结 论 20
致 谢 21
参考文献 22