（通信与信息系统专业论文）一种基于dspusb的高速数据采集传输系统的设计与实现.pdf

原创性声明 l i i ii iii i i iii ii iir li ii y 17 9 2 8 5 0 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：雅日期：业 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文署t t l 编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：名窖陋导师签名： 山东大学硕士学位论文 目录 中文摘要1 a 1 3 s t r a c t 2 符号说明4 第一章绪论5 1 1 课题提出的背景5 1 2 关键技术的发展和特点6 1 2 1d s p 系统的特点与开发流程6 1 2 2u s b 的发展与特点8 1 3 课题的目的与研究内容一8 1 4 论文的章节安排9 第二章关键技术及器件介绍l l 2 1 数据采集的基本概念。l l 2 1 1 数据采集a d 转换器1 1 2 1 2a d 转换器的主要性能指标1 1 2 1 3a d 转换器的选用1 1 2 2f 2 812 的主要情况12 2 2 1d s p 较其它处理器的优势一l2 2 2 2f 2 8 1 2 的主要特征1 3 2 2 3f 2 8 1 2 存储资源分配情况。1 4 2 3u s b 2 0 接口芯片c y 7 c 6 8 0 1 3 a 1 6 2 3 1u s b 接口基本情况介绍1 6 2 3 2c y 7 c 6 8 0 1 3 a 的内部结构和性能特点1 7 本章小结：l9 第三章系统的实现方案与硬件电路设计2 0 3 1 高速采集传输系统分析2 0 山东大学硕士学位论文 3 2 系统数据采集部分的电路设计2 l 3 3d s p 的外围电路设计2 3 3 3 1 系统电源电路设计2 3 3 3 2 时钟电路设计2 4 3 3 3 复位电路的设计2 5 3 - 3 4j t a g 电路设计。2 5 3 4f 2 8 1 2 与外扩存储器i s 6 1l v 5 1 2 1 6 接口设计2 6 3 5u s b 芯片6 8 0 1 3 a 的外围电路设计2 7 3 5 1f 2 8 1 2 与6 8 0 1 3 a 的接口电路设计2 7 3 5 2 固件存储器e e p r o m 的电路设计2 8 本章小结2 8 第四章系统的d s p 软件设计。3 0 4 1 系统的丌发环境c c s 3 0 4 2d s p 部分的软件设计3 l 4 2 1d s p 程序初始化设计3l 4 2 2a d c 数据采集的软件设计。3 4 4 2 3s c i 异步通信设置3 7 4 2 4f 2 812 与u s b 通信软件设置。3 8 4 2 5c 语言与汇编语言的混合编程设置一4 0 4 2 6 命令文件的编写4 2 4 3d s p 程序烧写4 3 本章小结4 6 第五章系统的u s b 驱动及上位机软件设计4 7 5 1u s b 固件程序设计4 7 5 1 1e z u s bf x 2 固件开发环境4 7 5 1 2e z u s bf x 2 固件架构4 7 5 1 3 数据采集系统固件设计4 9 5 1 4 固件开发调试中的问题5 1 山东大学硕士学位论文 5 2 数据采集系统的u s b 设备驱动程序设计5 2 5 2 1 设备驱动程序的基本概念5 2 5 2 2u s b 设备驱动程序的特点5 2 5 2 3 通用u s b 设备驱动程序的安装文件5 3 5 2 4u s b 设备驱动程序的安装5 4 5 3 上位机软件的程序设计5 5 本章小结5 8 第六章总结与展望。5 9 参考文献6 l 致谢6 5 i 山东大学硕士学位论文 c o n t e n t s c h i n e s ea b s t r a c t l a b s t r a c t 2 s y m b o ln o t e s 4 c h a p t e r li n t r o d u c t i o n 5 1 1b a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eo ft h et h e m e 5 1 2c h a r a c t e r s t i c so f k e r n e lt e c h n o l o g y 6 1 2 1c h a r a c t e r s t i c so fd s pa n dd e s i g nf l o w 6 1 2 2e v o l u t i o na n dc h a r a c t e r s t i c so fu s b 8 1 3p u r p o s ea n dc o n t e n t s 8 1 4o r g n i z a t i o n a ls t r u c t u r e 9 c h a p t e r 2i n t r o d u c t i o no f k e r n e lt e c h n o l o g ya n dc h i p s 11 2 1s u m m a r i z eo f d a t a a c q u i s i t i o n 1 1 2 1 1a n a l o g - d i g i t a lc o n v e r t e r 11 2 1 2c h a r a c t e r s t i c so f a n a l o g - d i g i t a lc o n v e r t e r 11 2 1 3s e l e c t i o no fa n a l o g - d i g i t a lc o n v e r t e r 11 2 2i n t r o d u c t i o no ff 2 812 12 2 2 1a d v a n t a g e so fd s p 12 2 2 2c h a r a c t e r s t i c so f f 2 8 1 2 1 3 2 2 3m e m o r yr e s o u r c eo f f 2 8 1 2 1 4 2 3u s b 2 0i n t e r f a c ec h i p - c y 7 c 6 8 0 13 a 1 6 2 3 1i n t 棚u c t i o no fu s b 一16 2 3 2s t r u c t u r ea n dc h a r a c t e r s t i c so f c y 7 c 6 8 0 13 a l7 s u m m a r y 19 c h a p t e r 3s y s t e mr e a l i z a t i o ns c h e m ea n dh a r d w a r ed e s i g n 2 0 i v 3 ia n a l y s i so f h i g hd a t aa c q u i s i t i o na n dt r a n s m i s s i o ns y s t e m 2 0 山东大学硕士学位论文 3 2d e s i g no fd a t aa c q u i s i t i o ns y s t e m 21 3 3e x t e r n a lc i r c u i td e s i g no fd s p 2 3 3 3 ip o w e rs u p p l yd e s i g n 2 3 3 3 2c l o c kc i r c u i td e s i g n 2 4 3 3 3r e s e tc i r c u i td e s i g n 2 5 3 3 4c i r c u i td e s i g no f j t a g 2 5 3 4e x t e n d e dm e m o r yi n t e r f a c ed e s i g n 2 6 3 5e x t e r n a lc i r c u i td e s i g no fu s b 2 7 3 5 1i n t e r f a c ed e s i g no f f 2 8 1 2a n d6 8 0 1 3 a 2 7 3 5 2c i r c u i td e s i g no fe e p r o m 2 8 s u m m a r y 2 8 c h a p t e r 4s o f t w a r ed e s i g no fd s p 2 8 4 1c c sd e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t 2 8 4 2s o f t w a r ed e s i g no fd s p 2 9 4 2 1i n i t i a l i z a t i o no f d s p 3 0 4 2 2s o f t w a r ed e s i g no f a d cd a t aa c q u i s i t i o n 31 4 2 3s o r w a r ed e s i g no fs c l 3 2 4 2 4c o m m u n i c a t i o nb e t w e e nd s pa n du s b 3 4 4 2 5m i x e dp r o g r a mw i t hc l a n g u a g ea n da s s e m b l el a n g u a g e 3 7 4 2 6d e s i g no fl i n k e rc o m m a n df i l e s 3 8 4 3f l a s h1 u v i - i t ef o rd s p 4 2 s u m m a r y 4 3 c h a p t e r 5 s o f t w a r ed e s i g no f u s ba n dh o s tc o m p u t e r 4 6 5 1u s bf i r m w a r ed e s i g n 4 7 5 1 1e z u s bf x 2d e v e l o p m e n te n v i r o n m e n to f t h ef i r m w a r e 。4 7 5 1 2e z u s bf x 2s t r u c t u r eo f t h ef i r m w a r e 4 7 5 1 3s y s t e md e s i g no ff i r m w a r e 4 9 5 1 4p r o b l e m si nf i r m w a r ed e s i g n 5 1 v 山东大学硕士学位论文 5 2d e v i c ed r i v e rd e v e l o p m e n to fu s b 5 2 5 2 1c o n c e p to fd e v i c ed r i v e r 5 2 5 2 2c h a r a c t e r s t i c so fu s bd e v i c ed r i v e r 一5 2 5 2 3i n s t a l l a t i o n sf i l eo f t h ec o m m o nu s bd e v i c ed r i v e r 5 3 5 2 4i n s t a l lu s bd e v i c ed r i v e r 5 4 5 3a p p l i c a t i o n sd e s i g n 5 5 s u m m a r y 5 8 c h a p t e 6s u m m a r ya n de x p e c t a t i o n 一5 9 r e f e r e n c e s 6 1 a c k n o w l e d g e m e n t 6 5 v l 山东大学硕士学位论文 中文摘要 随着计算机技术的发展，数字信号处理技术已经成为高速实时处理的一项关 键技术，广泛应用于图形图像处理、语音识别、智能检测、工业控制等各个领域。 数据采集系统可以通过a d 转换把模拟信号转换成数字信号，并可以方便地实现 数字信号存储、处理及再现，是数字信号处理的重要组成部分，得到了越来越广 泛的应用。 本论文介绍了一种基于数字信号处理器t m s 3 2 0 f 2 8 1 2 和通用高速串行总线 u s b 2 0 的高速数据采集传输系统，具有集成度较高、成本较低、接口简单、使用 方便等特点。本文设计的高速数据采集传输系统采用f 2 8 1 2 作为核心处理器完成 模拟信号的采集、部分处理及电机的控制，并根据存储的需要扩展了内存 i s 6 1 l v 一5 1 2 1 6 。本系统选用c y p r e s s 公司的u s b 2 0 芯片c y 7 c 6 8 0 1 3 a 作为f 2 8 1 2 和上位机通信的接口，实现了采集数据传输以及上位机对d s p 控制。 本文分析论证了系统的特点、工作原理、芯片的选择方法以及固件程序的编 写等，从关键技术、总体方案、硬件电路、软件程序等几个方面给出了详细的设 计实现方法。文中阐述了系统的主程序流程，还详细论述了系统的软件设计和实 现过程，包括：d s p 程序软件、u s b 控制软件、w i n d o w s 环境中上位机程序软件。 在d s p 软件设计中介绍了d s p 初始化设置，a d c 模块的配置，数据采集和转发， 命令的接收以及程序的f l a s h 烧写等。在u s b 固件设计中采用异步串口传递命令 与状态代码，s l a v ef i f o 接口传递大批量数据，从而使u s b 2 0 接口传输带宽得 到充分发挥。在上位机软件部分，介绍了驱动程序的开发、安装，控制和接收数 据应用程序的设计。系统软件设计是本文的重点。 经应用测试，该系统对一次采集数据量小于l m 字节，采集速率不大于 1 2 5 m s p s 的图像等数据采集传输具有很好的实用性。该系统支持即插即用，能满 足高采样率、较大数据量的要求，使用非常方便，具有较好的应用前景。 关键词：f 2 8 1 2 ；u s b 2 0 ；数据采集；数据传输 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g y , d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n g t e c h n o l o g yh a sb e e nak e r n e lt e c h n o l o g yi nh i g h s p e e dr e a l t i m ep r o c e s s i n g i ti s w i d e l yu s e di nm a n yf i e l d ss u c ha sg r a p ha n di m a g ep r o c e s s i n g , v o i c ei d e n t i f i c a t i o n ， i n t e l l i g e n tc h e c k i n g ，i n d u s t r yc o n t r o l ，e t c t h ed a t aa c q u i s i t i o ns y s t e mi sa ni m p o r t a n t p a r to fd s ei nt h i ss y s t e m ，a n a l o gs i g n a l sa let r a n s f o r m e d t od i g i t a ls i g n a l sb y a n a l o g - d i g i t a lc o n v e r t e r s ( a d c ) ，a n dt h e nb es t o r e d ，t r a n s a c t e d a n dr e c u p e r a t e d e a s i l y t h ep a p e ri n t r o d u c e sah i g h s p e e dd a t aa c q u i s i t i o na n dt r a n s m i s s i o ns y s t e mb a s e d o nt h ed i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o rt m s 3 2 0 f 2 812a n du n i v e r s a ls e r i a lb u s2 0 ( u s b 2 0 ) t h es y s t e mh a ss o m ee x c e l l e n tf e a t u r e ss u c ha sh i 曲i n t e g r a t i o nd e g r e e ，l o wc o s t ， s i m p l ei n t e r f a c ea n dc o n v e n i e n c e t h es y s t e mu s e st m s 3 2 0 f 2 8 12t oa c q u i r ea n d p r o c e s ss i g n a l s a n dc o n t r o l e l e c t r o m o t o r , a n de x t e n d st h eo u t s i d em e m o r y i s 61l v - 51216t os t o r ed a t a t h es y s t e mc h o o s e su s b 2 0c h i pc y 7 c 6 8 013 aa st h e c o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c eb e w e e nh o s tc o m p u t e ra n df 2 812 ，w h i c hc a nb ei m p l e m e n t e d t od a t at r a n s f e r i n ga n dd s p c o n t r o l l i n g t h ep a p e ra n a l y z e st h es y s t e m sc h a r a c t e r i s t i c s ，t h ew o r k i n gp r i n c i p l e , t h e s e l e c t i o no ft h ec h i pa n dt h ef i r m w a r ep r o g r a m m i n g t h ep a p e rb r i n g sf o r w a r dt h e d e t a i l e ds c h e m e sa b o u tt h ek e r n e lt e c h n o l o g y , s y s t e mw h o l ed e s i g n ，h a r d w a r ec i r c u i t s a n ds o f t w a r ep r o g r a m s t h et h e m eg i v e st h ef l o wc h a r to ft h em a i np r o g r a ma n dt h e d e t a i l e dm e t h o d sa b o u tt h es y s t e m ss o f t w a r ed e s i g na n di m p l e m e n t ，w h i c hi n c l u d e s o f t w a r ed e s i g no fd s p , s o f t w a r ed e s i g no fu s ba n dh o s tc o m p u t e rp r o g r a mb a s e do n w i n d o w so p e r a t i n gs y s t e m i ns o f t w a r ed e s i g no fd s p , t h ep a p e ri n t r o d u c e sd s p s i n i t i a l i z a t i o n ，a n a l o g - d i g i t a lc o n v e r t e rs e t t i n g s ，d a t aa c q u i s i t i o na n dc o m m u n i c a t i o n , c o m m a n d r e c e i v i n ga n df l a s hw r i t i n g t h ed e s i g no f u s bf i r m w a r ei sa l s oi n t r o d u c e d i nt h i st h e m e i no r d e rt oi n c r e a s ee f f i c i e n c yo fu s b 2 0i n t e r f a c eb a n d w i d t h ，t h e s y s t e ma d o p t sa s y n c h r o n o u ss e r i a li n f o r m a t i o ni n t e r f a c et ot r a n s m i tc o m m a n d sa n d 2 山东大学硕士学位论文 c o d e so fs t a t u s ，s l a v ef i f oi n t e r f a c et ot r a n s m i tl a r g eq u a n t i t i e so fd a t a i ns o f t w a r e d e s i g no fh o s tc o m p u t e r , t h ep a p e ri n t r o d u c e sd e s i g na n di n s t a l l a t i o no fu s bd e v i c e d r i v e r i ta l s oi n t r o d u c e st h ea p p l i c a t i o np r o g r a mt h a tr e a l i z e st h ec o n t r o la n dt h e r e c e i v i n go fd a t a t h i sp a p e rl a y se m p h a s i so nt h es o f t w a r ed e s i g n t h r o u g ha p p l i c a t i o nt e s t i n g , t h es y s t e mi s f i tt ot h ei m a g ea c q u i s i t i o na n d t r a n s m i s s i o ns y s t e mw h o s ed a t aq u a n t i t yi sl e s st h a n1m x8 b i tf o ro n e a c q u i s i t i o na n d t r a n s f o r ms p e e di sn om o r et h a n1 2 5 m s p s t h es y s t e mh a sm a n ya d v a n t a g e s ，s u c ha s p l u ga n dp l a y , h i g h - s p e e d ，b u l k yd a t aa n dc o n v e n i e n c e ，e t c a n di t h a sb r o a d a p p l i c a t i o nf u t u r e k e y w o r d s ：f 2 812 ；u s b 2 o ：d a t aa c q u i s i t i o n ；d a t at r a n s m i s s i o n 3 山东大学硕士学位论文 符号说明 a d c ( a n a l o g - t o d i g i t a lc o n v e r t e r ) ：模数转换器 c c s ( c o d e c o m p o s e rs t u d i o ) ：代码设计平台 d p ：数据指针寄存器 d s p ( d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r ) ：数字信号处理器 e c a n 接口( e n h a n c e dc o n t r o l l e ra r e an e t w o r k ) ：增强性总线模块 f i f o ( f i r s ti nf i r s to u t ) 先进现出 g p i f ( g e n e r a lp r o g r a m m a b l ei n t e r f a c e ) ：一个通用可编程接口 i n f ( d e v i c ei n f o r m a t i o nf i l e ) ：设备信息文件 j t a g ( j i o n tt e s ta c t i o ng r o u p ) ：联合测试行动小组，一种国际标准协议( i e e e 1 1 4 9 1 ) m c b s p ( m u l t i c h a n n e lb u f f e r e ds e r i a lp o r t ) ：多通道缓冲串行口 p l l ( p h a s el o c k e dl o o p ) ：锁相环 s c i ( s e r i a lc o m m u n i c a t i o n si n t e r f a c e ) ：串行通信接口 s i e ( s e r i a li n t e r f a c ee n g i n e ) ：串行接口引擎 s p i ( s e r i a lp e r i p h e r a li n t e r f a c e ) ：串行外设接口 s r a m ( s t a t i cr a n d o ma c c e s sm e m o r y ) ：静态随机存储器 s d k ( s o f t w a r ed e v e l o p m e n tk i t ) 软件开发工具包 u s b ( u n i v e r s a ls e r i a lb u s ) ：通用串行接口 w d m ( w i n d o w sd r i v e rm o d e ) w i n d o w s 驱动模型 4 山东大学硕士学位论文 1 1 课题提出的背景 第一章绪论 随着计算机技术及信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到 迅速的发展应用。数字信号处理( d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n g ，d s p ) 是一种通过 使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序 列表示。数字信号处理利用计算机或专用处理器设备，以数字形式对信号进行采 集、变换等处理，以得到符合人们需要的信号形式，是一门涉及并广泛应用于许 多领域的新兴学科。2 0 世纪后期，随着计算机、大规模集成电路( l s i ) 、超大 规模集成电路( v l s i ) 以及微处理器技术的迅猛发展，数字信号处理无论在理论 上还是在工程应用中都得到了巨大的发展。在近三十年时间罩，数字信号处理已 经在通信等领域得到极为广泛的应用。它的强大数据处理能力和高运行速度，是 最值得称道的两大特色。幢1 伴随着数字信号理论的产生与发展，在一些应用领域中需要对相关的数据进 行处理，但由于使用普通的计算机不能满足特殊环境的要求：另一方面，如果使 用工业p c 机，则不能充分发挥其各种性能，并且体积相对较大，增加成本。这就 迫使集成电路生产商开发出可用于数字信号处理的器件，于是就产生了数字信号 处理器d s p ( d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r ，本文中d s p 表示数字信号处理器，下 同) 。 传统的信号处理或控制系统采用模拟技术进行设计和分析，处理设备和控制 器采用模拟器件实现。与模拟信号处理系统相比，数字信号处理技术及设备具有 灵活、精确、抗干扰能力强、设备尺寸小、速度快、性能稳定和易于升级等优点， 所以目前大多设备采用数字技术设计实现。d s p 是一种特别适合于各种数字信号 处理运算的微处理器，也是嵌入式处理器的一种。嵌入式处理器包括微处理器、 微控制器、数字信号处理器和单片机等。随着数字信号处理器的诞生与快速发展， 使各种数字信号处理算法得以实时实现，使得数字信号处理学科在理论和应用上 都获得了迅速发展。【3 1 5 山东大学硕士学位论文 数据采集是获取信息的基本手段，数据采集技术作为信息科学的一个重要分 支，是以传感器、信号测量与处理、微型计算机等技术为基础而形成的一门综合 应用技术，它研究数据的采集、存储、处理及控制等作业，具有很强的实用性。 随着数字信号处理技术及器件的发展，高速数据采集系统已应用于越来越多的场 合，如通信、雷达、生物医学、机器人、语音和图像处理等领域。h 1 d s p 芯片在高速信号处理方面具有速度快、运算性能好等优点，内部采用改进 的哈佛结构，使得微处理器的并行处理能力大大增强。在计算机接口技术方面， 通用串行总线( u n i v e r s a ls e r i a lb u s ，简称u s b ) 具有热插拔、速度快( 包括低、 中、高模式) 和外设容量大( 理论上可挂接1 2 7 个设备) 的特性，使其成为p c 机的 外围设备扩展中应用同益广泛的接口标准，近几年得到了飞速的发展。 本文提出了一种基于d s p + u s b 的高速数据采集传输系统的设计与实现，研究 了d s p 开发、数据采集、u s b 开发应用等几个方面。本系统采用的都是技术成熟、 应用广泛、具备一定先进性的器件，做出了具有一定通用性的实用系统，实现了 高速数据采集传输。 1 2 关键技术的发展和特点 1 2 1d s p 系统的特点与开发流程 d s p 是一种具有特殊结构的嵌入式微处理器，为了达到快速数字信号处理的 目的，d s p 芯片一般具有哈佛结构的并行总线体系、流水线操作功能、快速的中 断处理和硬件i o 支持、低开销循环及跳转的硬件支持、单周期硬件地址产生器、 单周期硬件乘法器以及一套适合数字信号处理的指令集。 一个数字信号处理系统是电子技术、信号处理技术和计算机技术相结合的产 物，系统设计通常分为信号处理部分和非信号处理部分。信号处理部分包括系统 - 的输入和输出、数据的处理、各种算法的实现、数据显示和传输等，非信号处理 部分则包括电源、结构、可靠性和可维护性等。传统的d s p 设计流程大致步骤如 下隋1 ：如图1 1 所示。 1 ) d s p 开发者首先使用诸如m _ a t l a b 这样的数学开发工具对d s p 算法进行优 6 i 山东大学硕士学位论文 化设计和仿真测试，或用s i m u li n k 进行d s p 系统建模，以获得满足功能要求和 适应硬件特点的算法模型。 2 ) 根据d s p 目标系统的功能要求、技术指标、系统升级可行性、性能标准可 能的变化及成本限度等因素，具体确定d s p 处理器数量( 并行使用的) 和型号。 图1 1 传统d s p 系统的典型开发流程 3 ) 根据选定的d s p 处理器和系统功能要求，完成应用系统评估板或测试板的 设计，否则无从调试d s p 软件程序，更无法验证实际系统中各项技术指标的可实 现性及应用系统的可行性。 4 ) 根据m a t l a b 的算法模型和d s p 评估板的硬件结构，编写c 、c + + 程序，或 汇编程序。在d s p 标准开发环境中( 如t i 的c c s ) 进行编译、仿真，然后通过d s p 硬件仿真器在应用板或评估板上进行调试和实时仿真。这一过程中，还能使用基 于c 的标准d s p 功能模块库来加速开发进程。但是如果考虑到系统的实时性，包 括数据运算、采样和输出的高速高效性，就必须使用汇编程序来完成设计，这时 就必须严格考虑具体的器件型号和对应的指令系统，因为不同系列的d s p 器件的 指令系统通常是不兼容的。 5 ) 最后完成实用硬件系统的实现。 7 山东大学硕士学位论文 1 2 2u s b 的发展与特点 u s b 是u n i v e r s a ls e r i a lb u s ( 通用串行总线) 的简称，是1 9 9 5 年c o m p a q 等公司为 了解决传统总线的不足而推广的一种新型串行通信标准。由于u s b 具有易用、热 插拔、高性能和系统造价低廉等优点，在短短不到两年的时问内从书面协议转变 成为产品，迅速被应用在视频会议的摄像采集、扫描仪、监视器、p c 电话设备、 人机交互设备和游戏设备等，在国内也逐渐应用在数据采集系统中。1 9 9 6 年9 月公 布了v e r l 1 ，2 0 0 0 年4 月推出的u s b2 0 是目前普遍采用的标准，现在已发展到3 0 版本。u s b 协议出台后得到各计算机生产商和外设厂商的广泛支持。 u s b 为个人电脑与其外围设备之间的连接提供了一种标准化、单一化的接口。 其主要特征是高速、双向、同步、低成本、可动态连接，并且可以与当今乃至将 来的计算机平台兼容，是对计算机体系结构的一种工业标准扩展。它在具体的实 现上具有以下特点：传输速度快，支持即插即用( 即支持热插拔) ，易于扩展， 抗干扰性强，u s b 设备不涉及主机中断请求冲突问题，良好的兼容性等特点。另 外，u s b 设备一般都比同类设备的成本低。1 6 l u s b 的众多优势使它的应用越来越广泛，未来的p c 所有外设都将通过u s b 与 其他外部接口连接的趋势。 1 3 课题的目的与研究内容 本文目的是设计与实现一种具有一定采样精度的高速数据采集传输系统，实 现对图像等模拟信息的高速采集并将结果上传到计算机处理。本系统采用 t m s 3 2 0 f 2 8 1 2 ( 本文中f 2 8 1 2 专指t m s 3 2 0 f 2 8 1 2 ，下同) 做核心处理器，利用f 2 8 1 2 自带的a d c 模数转换模块完成信号的采集及a d 转换，将转换后的数据存储到片 外扩展r a m 中，再经f 2 8 1 2 进行信号完整性检测后，通过u s b 2 0 接口传送至上位 机，再利用p c 机进行相应处理，得出所需结果信息。文中详细介绍了系统各功能 模块的作用以及软件的设计编程。 本课题研究如何以d s p 和u s b 为核心构建硬件系统平台，完成高速数据采集 传输系统的开发设计，这些核心器件包括f 2 8 1 2 、c y 7 c 6 8 0 1 3 a 、5 1 2 1 6 存储器等。 8 一 山东大学硕士学位论文 研究的主要内容包括：硬件电路设计