基于USB的瞬态信号数据采集系统的设计与实现

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随着计算机、微电子、自动控制等技术的发展,作为信息技术的重要手段,数据采集技术正在向集成化、数字化、标准化方向发展。对于一般的数据采集任务有通用的数据采集系统可供选用,但是考虑到数据源以及用户需求的多样性,目前通用的采集设备不会总能满足所有要求。本文讨论的是一个瞬态信号的数据采集系统。 本设计的初衷是研制一个桩基础无损检测仪。桩基础检测技术是工程界十分关心的问题,也是长期以来国内外学者、研究人员所从事的一个研究课题。从检测设备的角度看,测量精度高、动态范围大的数据采集系统是桩基础检测技术的基础。同时,检测系统设计中要考虑现场测试的条件,使整个系统结构紧凑,携带方便,可与计算机实现快速、简捷的连接。所以,数据采集电路研制和设计数据传输方式是论文工作的主要内容。 在数据采集电路设计中,采用了浮点放大技术来提高系统的动态范围;通过引入可编程逻辑器件来实现触发控制、存储控制;采样过程中应用了时序重叠技术,从而实现了数据采集系统的流水线作业方式。系统采用新型的集成了完整12位数据采集系统的AduC812单片机完成A/D转换任务。 在数据传输部分的设计中,考察了火线(Fire Wire)、PCI、RS232之类的常用微机外部总线的解决方案。最后经过比较,论文采用了具有较高传输速度、支持即插即用和热插拔,还有主机供电(最大500mA)等优良性能的通用串行总线(USB)。论文在USB部分的主要设计任务是开发WDM驱动程序和下位机控制软件以及USB接口电路的设计。 本设计最终实现了一个瞬态信号数据采集系统,它具有以下特点: ·采用USB接口进行高速数据传输,传输速度达100Kbyte/s; ·采用浮点A/D转换技术,动态范围达120dB; ·多种采样触发控制方式; ·最高采样率100KSps; ·12位采样精度: ·32KB数据缓存; ·使用新型大规模电子器件,系统结构紧凑,重量轻,适合野外作业。 该系统综合运用了模拟信号调理技术、浮点A/D转换技术、复杂可编程逻辑器件(CPLD)和USB(Universal Serial Bus)技术。因此,系统采样速率高、动态范围宽、数据传输速度快。而且,由于复杂可编程逻辑器件和ADuC812单片机具有在系统编程(ISP)功能,使得本系统具有灵活的可扩展性和可重配置性。
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