基于USB总线的DSP与PC通信设计及PC信号处理-材料加工工程专业论文.docx

摘 要 随工业环境越来越复杂，现场工程师对工业现场设备监控仪器的便携 性、数据传输的速度和可靠性要求越来越高。针对这种情况，本文充分利用 USB 总线的即插即用、数据传输可靠性和高速等特点，配合 DSP 强大的控制 与数字信号处理功能，设计了一种新型的便携式数据采集系统解决方案，并 将其应用于焊接过程。 本文主要完成了数据采集与传输单元、USB 固件程序、USB 驱动程序、 PC 机信号显示与处理四大部分任务。 在数据采集与传输方面，采用 DSP 自带高速 ADC 模块，实现了分辨率 10 位，采样速率可达 2MHz 的高速采样。通过扩展 USB 控制芯片，实现了与 PC 机 53MByte/s 的高速数据传输，从而使数据采集系统变得更加便携易用。 在 USB 固件程序方面，采用完全中断驱动的方式完成了设备枚举和数据 采集。CPU 处理前台任务时，USB 的传输可在后台进行。确保了最佳的传 输速率和更好的软件结构，同时简化了编程和调试。 在 USB 驱动程序方面，利用 DriverWorks 开发环境，它以面向对象的思 想完全封装了 DDK（Device Driver Model）的所有库函数，通过 Driver Works 提供的类，轻松地编写出 USB 驱动程序，与采用传统的 DDK 相比，大大缩 短了驱动程序开发周期。 在 PC 机应用程序方面，动态显示模块采用多线程技术和高速数据转储 的形式实现了高速大量数据实时显示和保存，较好地解决了在 Windows 平台 上实现高速、大量数据实时显示时所出现的丢失数据、屏幕刷新等问题。静 态分析模块结合 Matlab 提供的编程接口实现了算法复杂的小波分析。依据 “计算机软件”即是仪器的思想，使本系统完全具备了虚拟仪器的特点。 本课题研究和设计了 USB 技术在数据采集与 PC 通讯系统的应用，并给 出了一套可行的整体开发解决方案。 [关键词] USB； DSP； 固件； USB 驱动开发； 多线程 ABSTRCT The conditions around the machines in the industry field become more and more complicated. The requirement is increasing to make those monitoring and controlling instruments simple and ease of use from the field engineers. To satisfy the demands, with the benefits of USB, such as ease of use, true plug and play, high speed transmission and dependability, this paper provides a new resolution of portable virtual instrument system with USB and DSP(Digital Signal Processor)which has powerful control system and high speed data processing ablity. The main tasks of the paper go as follows: data acquisition and transmission, USB firmware design, USB driver design and application software design on PC. In data acquisition and transmission unit, the paper adopts AD module of DSP, making the system has 10 bit resolution and 2MHz sampling speed. It also realizes 53MByte/s data transmission to PC by expanding USB control chip. Thus the data acquisition system becomes more convenient and easier to be used. In USB firmware design unit, the paper adopts complete interrupt mode to accomplish the enumeration of USB device and A/D conversion. USB transmi