基于USB接口的實(shí)用型數據采集卡設計

摘要: 本文采用一種新型的通信標準USB，研制出一種基于USB接口的實(shí)用型數據采集卡。硬件是一外置式的密封設備，軟件具有很好的用戶(hù)圖形界面。整個(gè)系統功能齊全、操作簡(jiǎn)單，采樣速度24MB/s達到國內先進(jìn)水平。詳細論述了高速數據采集系統的硬件設計，并且對系統所使用的主要芯片和相關(guān)技術(shù)做了說(shuō)明；本文還對USB驅動(dòng)程序、固件程序和應用層程序進(jìn)行了開(kāi)發(fā)。
關(guān)鍵字: 數據采集；USB；數模轉換；CPLD

1 引言

隨著(zhù)低成本高性能的計算機資源普及運用、大規模集成電路技術(shù)和通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，數字化測量平臺逐漸成為測量?jì)x器的基礎。所有測量測試儀器的主要功能由數據采集采集與控制、數據分析與處理、結果的表達與輸出三大部分組成。高質(zhì)量的A/D采集卡及調理放大器是影響其發(fā)展的一個(gè)重要因素。本文實(shí)現了基于USB接口的實(shí)用型數據采集卡的設計。

2數據采集卡的結構設計

本文采用集散型的系統結構，定位為高速、雙通道的數據采集系統。整個(gè)系統采用模塊化技術(shù)，各個(gè)模塊通過(guò)總線(xiàn)連接。設計時(shí)將整個(gè)系統劃分為四個(gè)相互關(guān)聯(lián)的有機部分，即信號調理模塊、數據采集模塊、CPLD控制模塊和軟件操作平臺。模塊間連接關(guān)系如圖1所示。

圖1 模塊間的連接

高速數據采集卡的設計的關(guān)鍵是高速ADC的選擇和經(jīng)采樣得到的高速數據如何被送到計算機里進(jìn)行處理，在本章中將詳細介紹關(guān)于高速數據采集卡的各模塊的設計。高速數據采集卡硬件部分的設計從功能上主要包括信號調理模塊、高速模數轉換模塊、CPLD控制模塊以及與計算機接口部分電路組成。

2.1 信號調理模塊的設計

在高速數據采集系統中，現場(chǎng)輸入信號是高頻的模擬信號，信號變化的范圍都比較大，如果采用單一的增益放大，那么放大以后的信號幅值有可能超過(guò)A/D轉換的量程，所以必須根據信號的變化相應地調整放大器的增益。在自動(dòng)化程度較高的系統中，希望能夠在程序中用軟件控制放大器的增益，AD8321正是這樣一種具有增益可編程功能的芯片。AD8321是美國AD工公司生產(chǎn)的一種增益可編程線(xiàn)驅動(dòng)器，可廣泛應用于多種領(lǐng)域。它具有頻帶寬、噪聲低、增益可編程且易于與單片機進(jìn)行串行通信等優(yōu)點(diǎn)，十分適合在數據采集系統做前置放大。本文的高速數據采集系統原理圖如圖2。

圖2 高速數據采集系統原理圖

在此系統中，高頻模擬信號線(xiàn)輸入到AD8321，經(jīng)程控放大后再輸送到具有采樣保持功能的模數轉換器中，因為采樣頻率為高頻，所以在A(yíng)/D后接在EZ-USB FX2芯片，然后再連到計算機上。