基于USB的数据采集及处理方法的研究-仪器科学与技术专业论文.docx

Classified Index: TP336 U.D.C: 621.3 Dissertation for the Master Degree in Engineering RESEARCH ON THE DATA ACQUICITION AND PROCESSING BASED ON USB Candidate: Supervisor: Academic Degree Applied for: Speciality: Date of Oral Examination: University: Zhang Xiaoning Prof. Ding Xuemei Master of Engineering The Discipline of Instrumentation Science And Technology June, 2006 Harbin Institute of technology 摘 要 通用串行总线（Universal Serial Bus, USB）由于具有高传输速率、即插 即用和易于扩展等优点而被广泛应用于计算机外设、数字设备和仪器仪表等 领域。数字信号处理器（Digital Signal Processor, DSP）因其强大的控制与 数据处理能力而在工业控制和精密仪器中应用广泛。将 USB 与 DSP 相结合 是进行高速数据采集、处理与传输的理想解决方案。 本文在深入研究 USB 总线协议的基础上，设计了以 DSP 主控进行数据 采集和现场数据预处理、以 USB 进行高速数据传输、最终在主机上完成数 据后处理的高速数据采集、传输和处理系统。完成了系统的软件、硬件和数 据处理算法的调试。具体研究工作如下： 1. 深入研究了 USB总线的原理与规范。掌握其电气连接特性、拓扑 结构及四种传输方式在数据格式、数据包容量、总线访问限制等方面各自 不同的特征。 2. 进行了系统硬件电路的设计与调试。以 TMS320F240 为 DSP 主控芯 片，以 ISP1581 为 USB 接口芯片，充分发挥了 DSP 强大的控制、数据处理 及大容量寻址能力和 USB 总线的高速快捷数据传输功能。 3. 编写了 USB 总线控制器的固件程序和基于 Windows 操作系统平台的 驱动程序。固化在控制器中的固件代码能在上电后自动完成 USB 设备的配 置与初始化，并提供总线工作的数据传输中断服务。基于 Windows 平台的 驱动程序为终端上 USB 设备的自动检测、识别与正常工作提供支持。 4. 进行了主机应用程序的设计，并以超精密小孔孔径测量为背景进行 了主机上数据后处理算法的研究。主机应用程序提供了友好的人机界面。 DSP 现场高速数据预处理功能和主机上可实现复杂算法的数据后处理功能 相结合，有效提高了数据处理速度，并实现了处理结果的可视化输出。 5. 最后，对本课题研究内容进行了实验研究。实验结果表明，该系统 运行稳定，能够实现数据的高速采集、可靠传输与处理。 关键词 通用串行总线；数据采集传输；数据处理；固件程序；设备驱动 Abstract Universal Serial Bus (USB) nowadays has been used widely for the peripheral equipment, digital device and the scientific instrument field due to such advantages as Plug and Play, flexible expandability and the high speed on transmitting. And Digital Signal Processor (DSP) has been applied in industrial control and instrument filed because of its powerful ability of data control and processing. Thus, combining USB and DSP is an effective solution to data collection with high speed as well as processing and transmitting. On the basis of comprehensive research about USB Specification, a system possessing the characteristics of data collection with high speed, processing and transmitting is d