基于单片机的USB数据采集系统设计-开题报告

毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000 字左右的文献综述：文 献 综 述数据采集技术是以传感器、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，主要研究信息数据的采集、存储、处理以及控制等，涉及模拟信号调理、模拟信号数字化、数字信号处理等，具有很强的实用性。USB 作为一种传输速率高、即插即用、支持热插拔的通用串行总线，其应用领域变得越来越广泛。一、课题研究的目的和意义随着现代工业生产和科学研究对数据采集系统的要求日益提高,传输速度、纠错能力和操作安装的简易性是人们进行采集数据时一直关注的问题,这使得数据通讯技术不可避免地成为了其中的关键技术,而数据采集系统采用何种接口进行数据通讯是影响系统整体效率的重要因素之一。USB(通用串行总线)总线接口技术由于具有速度快、设备安装和配置容易、易于扩展、能够采用总线供电及使用灵活等优点,已逐渐成为现代数据传输的发展趋势USB（通用串行总线，Universal Serial Bus）近年来开始在计算机外设中得到普及，并逐渐成为计算机标准外设，它的出现使传统数据采集的问题可以得到很好的解决。相对于传统的串行、并行接口，USB 的优势在于文献 1：即插即用，支持热插拔；传输速度快，USB2.0 提供最高达 480Mbps 的传输率；最多可连接 127 个设备；电源可从计算机或集线器获得，不需要外加电源。著者周兴、戴胜华在仪器仪表标准化与计量中所述：USB 设备在 PC 领域的应用目前已经非常普遍，如 USB 数码照相机、USB 摄像头、USB 打印机等；而考虑到 USB 的各种优势基于 USB 总线的数据采集系统也正逐渐成为工控领域的应用热点。目前国内外都已开发出了一些成熟的 USB 数据采集设备产品，可见基于 USB 的数据采集系统具有广阔的应用前景，因此本课题的研究具有现实意义。二、课题的国内外研究现状传统的数据采集设备与主机的通讯口一般采用 RS232、RS422 或 RS485 等标准，当今的设备通讯口大多采用 USB 标准。作为一种新型的串口通信标准，基于 USB 接口的产品具有较高的传输速率，可扩展性好，采用总线供电，支持热插拔和即插即用等。特别是近几年来，USB 大有完全取代上述标准的趋势。其共有 4 种传输模式：控制传输、同步传输、中断传输、批量传输，以适应不同设备的需要。随着 USB 技术的快速发展以及 USB 外设广泛应用，支持 USB 接口技术的芯片也越来越多，而在外部设备设计选型时选用带有 USB 控制器的 MCU，当然是设计开发人员的首选，因为这样不仅可以大大简化硬件电路、减小外设体积，而且还可以提高产品的可靠性 5。USB 在国内的应用已经起步,利用 USB 进行数据采集和工业控制已得到成功应用,特别是随着 USB 协议 1.0的推出,其传输速率必将使 USB 在数据采集中的优势更加体现出来,有助于增大数据的采集量以及适应信息的变化性,也有助于推广便携式数据采集系统。近几年来，由微计算机、传感器和通讯等技术结合而产生的功能强大的传感器数据采集系统可以准确、及时地获得并处理信息，提高了收集环境信息的有效性和速度。智能化、数字化数据采集系统己成为当今科技界研究的热门课题。1994 年，Intel，Compaq，Digital，IBM，Microsoft，NEC，Northern Telecom等 7 家世界著名的计算机和通信公司成立了 USB 论坛，花了近两年的时间形成了统一的意见，于 1995 年 11 月正式制定了 USB 0.9 通用串行总线(Universal Serial Bus)规范。直至 Windows98 推出之前，推出的 USB 功能模块并不多，Windows98 对 USB 驱动软件（USBD）完善，使其可提供对 USB 的强有力的支持，对 USB 技术的发展起到重要推进作用。从国外的发展来看，人们对 USB 有着极大的重视程度，这从 USB 规范的改进速度之快及国际市场上基于 USB 的产品普及的范围可见一斑。从 1994 年公布 V1.0FDR 版本，短短一年时间版本增订了五次。说明技术人员正大力研究改善 USB 的性能。市场上基于 USB 的外设己囊括了所有的数字产品。可见国外在这方面已作了很多工作，并且目前也正以很快的速度发展 6。 国内对于 USB 的研究在这几年才刚刚起步。市场上也可以见到各种 USB 产品，也有少量的专门讨论 USB 开发的国内网站，但因为在前几年还很少有人做这方面的工作，所以在相关网站上开发 USB 的文章量少，更新速度慢。对 USB 芯片进行开发、技术服务和应用方案设计的公司更是寥寥无几。虽然在网上做调研所得到的信息并不完全，但由此可以看出国内对 USB 技术研究的需求及欠缺。参 考 文 献1赵宏斌，全厚德. 基于 TMS320F2812 和 USB 的数据采集系统的设计. 2009.92王晓宁.基于 051F340 单片机的 USB 数据采集系统. 2008.73张凤江，王兴松.基于 812 和 USB 的数据采集系统的设计. 2007.24黄大勇，李鉴，张建正.采集系统设计. 20075刘军. 基于 USB 接口的数据采集系统设计. 硕士学位论文. 西安军医大学，20086贾宝金.基于 USB 数据采集系统的研究与设计.硕士学位论文. 河北工业大学2007.117王栋.基于 USB 数据采集系统的设计.硕士学位论文. 苏州大学，2009.58曹国梁.基于 USB 接口的数据采集系统. 20099王荣，邱力军，刘军，吴凯.基于 USB 接口的数据采集系统. 2008.110李博，祖静.基于单片机的 USB 数据采集系统研究 2008.711王立萍，吴黎明.基于嵌入式 USB 数据采集系统的设计.电子测量技术, 200712周冲，刘镇明明.基于 AT89S52 的 USB 数据采集系统的设计明.科学技术与工程,2007,713李国柱.基于单片机的 USB 数据采集系统设计. 2009.414 张树明,方昌林.基于 USB 总线的数据采集系统.机床液压,2005(12):13213415贾宝金,王宝珠,李晓玲.基于 USB 的数据采集系统的设计与研究.现代电子技术,2007,30(24):187190.16岳跃平,霍玉晶,何淑芳.基于 USB2.0 技术的高速双路数据采集系统.微计算机信息,2007,2毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：一、课题的主要内容本课题利用 USB 总线传输速度快，支持热插拔的特点，通过 USB 总线完成数据采集系统与 PC 机的通信，课题的研究内容如下：（1）设计系统硬件电路：选择合适的微控制器及 USB 控制器芯片，使采集的数据通过 A/D 转换变为数字量进入微控制器，再通过 USB 总线将数据送到上位机（PC 机）中进行处理，从而完成 USB 数据采集系统的硬件实现。（2）系统固件程序的开发：通过设计基于 USB 接口的设备固件程序，完成 USB 控制器的初始化和 USB 设备枚举，同时实现数据的采集和传输。（3）USB 设备驱动程序设计：通过合适的 USB 驱动程序开发工具设计 USB 设备驱动程序，完成 USB 设备与主机的通信。（4）主机应用程序的设计：通过设计用户界面应用程序，实现数据波形图在 PC机界面上的显示。对系统数据采集功能进行测试，并提出进一步的改进方案。二、本课题拟采用的研究手段USB 数据采集系统主要是应用于大量数据的高速采集。实际应用中，往往同时需要对多个外设的多路数据进行采集，因而对数据传输的实时性要求较高，USB1.0 的出现使这种高速数据传输已成为可能。本系统在实际应用中的硬件设计框图如图 1 所示。图 1 USB2.0 高速数据采集四级应用系统硬件框图以单片机原理，硬件资源的功能应用，PDIUSBD12芯片功能与接口设计，USB1.0协议等理论知识为基础，设计出完整的系统原理图。根据原理图，将硬件系统资源焊上位机USB 接口PDIUSBD12串口通信/程序下载8051单片机蜂鸣器8 路 ADCADC0809接成PCB板。根据系统功能，设计编写固件程序，下载后进行调试，实验板在单片机控制下能单独工作后，然后和上位机进行联机调试，通过USB接口实现与上位机的相互通信。本课题涉及的理论知识主要是USB1.0协议，重点在于硬件设计，难点在于编程和整机的调试。经过论证，在实现设计要求的前提下，为了降低系统的成本，选用接口级芯片PDIUSBD12，控制器选取 8051，它有64k的存储容量，对于固件程序已经足够使用了；而且这款单片机支持在线编程，通过串口下载程序，这给程序的下载和使用带来来方便。程序设计采用C语言进行编程，软件仿真采用Keil C51。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：指导教师： 年 月 日所在系审查意见：教学主任： 年 月 日毕 业 设 计 说 明 书 评 语系名： 信 息 工 程 系 专 业 ： 电 子 信 息 工 程 姓名： 学 号： 题目： USB 数 据 采 集 系 统 答辩委员会评语：该设计主要研究了采用单片机及相