下面是范文網(wǎng)小編分享的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究論文3篇 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究論文怎么寫，供大家閱讀。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究論文1
FPGA數(shù)據(jù)采集與回放系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文
在個(gè)人成長的多個(gè)環(huán)節(jié)中，大家或多或少都會(huì)接觸過論文吧，論文是我們對某個(gè)問題進(jìn)行深入研究的文章。怎么寫論文才能避免踩雷呢？下面是小編為大家整理的FPGA數(shù)據(jù)采集與回放系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文，歡迎閱讀，希望大家能夠喜歡。
1系統(tǒng)及其原理
基于通用信號處理開發(fā)板，利用FPGA技術(shù)控制AD9233芯片對目標(biāo)模擬信號采樣，再將采樣量化后的數(shù)據(jù)寫入U(xiǎn)SB接口芯片CY7C的FIFO中，F(xiàn)IFO寫滿后采用自動(dòng)觸發(fā)工作方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C機(jī)。利用VC＋＋6．0軟件編寫上位機(jī)實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)交互界面，將傳輸?shù)絇C機(jī)上的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存和實(shí)時(shí)回放。本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下兩大功能：1）ADC模塊對目標(biāo)模擬信號進(jìn)行采樣，利用FPGA技術(shù)將采樣后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)経SB接口芯片CY7C的FIFO中存儲(chǔ)。2）運(yùn)用USB2．0總線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，將雷達(dá)回波信號數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C機(jī)實(shí)時(shí)回放。分為應(yīng)用層、內(nèi)核層和物理層3部分。應(yīng)用層和內(nèi)核層主要由軟件實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用層采用VC＋＋6．0開發(fā)用戶界面程序，為用戶提供可視化操作界面。內(nèi)核層基于DriverWorks和DDK開發(fā)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序，主要起應(yīng)用軟件與硬件之間的橋梁作用，把客戶端的控制命令或數(shù)據(jù)流傳到硬件中，同時(shí)把硬件傳輸過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存。物理層主要以FPGA為核心，對USB接口芯片CY7C進(jìn)行控制，通過USB2．0總線實(shí)現(xiàn)對中頻信號采集。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用自底向上的方法，從硬件設(shè)計(jì)開始逐步到最終的應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)。
2硬件設(shè)計(jì)
FPGA在觸發(fā)信號下，控制ADC采樣輸入信號，并存入FIFO中。當(dāng)存滿時(shí)，將數(shù)據(jù)寫入U(xiǎn)SB接口芯片CY7C，同時(shí)切換另一塊FIFO接收ADC轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)乒乓存儲(chǔ)，以提高效率。FPGA模塊的一個(gè)重要作用是控制USB接口芯片CY7C。當(dāng)ADC采樣后，數(shù)據(jù)進(jìn)入FPGA模塊，F(xiàn)PGA控制數(shù)據(jù)流將其寫入CY7C的FIFO中，以便于USB向PC機(jī)傳輸。CY7C的數(shù)據(jù)傳輸模式采用異步slaveFIFO和同步slaveFIFO切換模式。通過實(shí)測，前者傳輸速度約為5～10Mbit／s，后者傳輸速度最高可達(dá)20Mbit／s，傳輸速度的提高可通過更改驅(qū)動(dòng)程序的讀取方式實(shí)現(xiàn)。
3軟件設(shè)計(jì)
3．1USB驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)
USB2．0總線傳輸技術(shù)最高速率可達(dá)480Mbit／s。本系統(tǒng)采用批量傳輸?shù)膕laveFIFO模式。CY7C芯片內(nèi)部提供了多個(gè)FIFO緩沖區(qū)，外部邏輯可對這些端點(diǎn)FIFO緩沖區(qū)直接進(jìn)行讀寫操作。在該種傳輸模式下，USB數(shù)據(jù)在USB主機(jī)與外部邏輯通信時(shí)無需CPU的干預(yù)，可大大提高數(shù)據(jù)傳輸速度。Cypress公司為CY7C芯片提供了通用的驅(qū)動(dòng)程序，用戶可根據(jù)需求開發(fā)相應(yīng)的固件程序。
3．2FPGA模塊程序設(shè)計(jì)
系統(tǒng)中FPGA模塊的'核心作用是控制AD9233芯片進(jìn)行采樣。AD9233作為高速采樣芯片，其最高采樣速率達(dá)125Mbit／s，最大模擬帶寬為650MHz。通過改變采樣速率可使該系統(tǒng)采集不同速率需求的信號，擴(kuò)展了該系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。描述FPGA控制USB數(shù)據(jù)寫入接口芯片F(xiàn)IFO的狀態(tài)機(jī)如圖6所示。狀態(tài)1表示指向INFIFO，觸發(fā)FIFOADR［1：0］，轉(zhuǎn)向狀態(tài)2；狀態(tài)2表示若FIFO未滿則轉(zhuǎn)向狀態(tài)3，否則停留在狀態(tài)2；狀態(tài)3表示驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)到總線上，通過觸發(fā)SLWR寫數(shù)據(jù)到FIFO并增加FIFO的指針，然后轉(zhuǎn)向狀態(tài)4；狀態(tài)4表示若還有數(shù)據(jù)寫則轉(zhuǎn)向狀態(tài)2，否則轉(zhuǎn)向完成。
3．3上位機(jī)設(shè)計(jì)
為實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，利用VC＋＋MFC在PC機(jī)上編寫了可視化操作界面，即上位機(jī)。上位機(jī)既用于數(shù)據(jù)采集的控制，同時(shí)也用于采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)回放。上位機(jī)界面如圖7所示。上位機(jī)主要功能：
1）按下“檢測USB”按鈕，可檢測USB是否連接正常，并顯示USB基本信息。
2）按下“開始采集”按鈕，可將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C機(jī)并實(shí)時(shí)回放數(shù)據(jù)波形；再次按下“開始采集”按鈕，可暫停數(shù)據(jù)波形回放。
3）按下“保存數(shù)據(jù)”按鈕，可將采集的數(shù)據(jù)以＊．dat文件的形式存儲(chǔ)到PC機(jī)硬盤。
4）按下“結(jié)束采集”按鈕，可關(guān)閉采集系統(tǒng)并退出界面；或按下“確定”和“取消”按鈕，也可直接退出界面。
4系統(tǒng)實(shí)測
為了測試數(shù)據(jù)采集與回放系統(tǒng)，利用通用信號處理開發(fā)板設(shè)計(jì)了DDS模塊。該DDS模塊產(chǎn)生一個(gè)正弦波作為測試信號，通過AD9744芯片轉(zhuǎn)換后變?yōu)槟M信號輸出，并將此輸出信號接至示波器以便驗(yàn)證系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集與回放系統(tǒng)的實(shí)物圖及系統(tǒng)實(shí)測波形與回放波形。
5結(jié)束語
通過實(shí)際測試，基于FPGA的數(shù)據(jù)采集與回放系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)的要求。此系統(tǒng)能夠?qū)δ繕?biāo)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并能對采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回放，且可將數(shù)據(jù)以＊．dat文件的形式存入PC機(jī)硬盤；系統(tǒng)具有高速的采集傳輸功能，上位機(jī)能夠?qū)崟r(shí)、動(dòng)態(tài)地回放數(shù)據(jù)；信號采集板和處理板共用一套硬件，避免了重復(fù)制板，在實(shí)際調(diào)試時(shí)可方便地在信號采集與信號處理的工作模式間來回切換，提高了工作效率。原驅(qū)動(dòng)程序官方版本為了滿足通用性和穩(wěn)定性的要求，限制了傳輸速率，本設(shè)計(jì)開發(fā)了相應(yīng)的USB驅(qū)動(dòng)程序，提高了傳輸速率。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究論文2
目錄
前言..................................................................................................................................................2 正文..................................................................................................................................................2
一、關(guān)鍵技術(shù)...........................................................................................................................2
1、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)技術(shù).................................................................................2
2、多線程技術(shù).................................................................................................................2
3、無線數(shù)傳電臺(tái)技術(shù).....................................................................................................3
4、CRC校驗(yàn)技術(shù)；..........................................................................................................3
5、防止電平觸發(fā)方式下發(fā)生不必要的中斷.................................................................3
二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)...........................................................................................................................3
1、系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案；.............................................................................................4
2、數(shù)據(jù)采集部分解決方案；.........................................................................................4
3、存儲(chǔ)與傳輸部分解決方案.........................................................................................4
4、無線傳輸解決方案.....................................................................................................4
三、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)...........................................................................................................................5
1、采集與存儲(chǔ)部分.................................................................................................................5
2、用戶接口部分.............................................................................................................5
3、數(shù)據(jù)傳輸部分.............................................................................................................6
4、測試分析.....................................................................................................................6
總結(jié)..................................................................................................................................................6 致謝..................................................................................................................................................7 參考文獻(xiàn)..........................................................................................................................................7
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前言
目前，國內(nèi)很多企業(yè)和個(gè)人的電能表現(xiàn)場數(shù)據(jù)的獲得還是依靠人工現(xiàn)場抄數(shù)，這種方式工作強(qiáng)度大，獲得數(shù)據(jù)的時(shí)效性差，管理成本高，在邊遠(yuǎn)地區(qū)、無人值守的地方非常不方便，在高壓計(jì)量點(diǎn)更具有一定的危險(xiǎn)性。基于此，自動(dòng)化的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集越來越受到重視。在各種自動(dòng)化量測與控制應(yīng)用系統(tǒng)中，經(jīng)常要實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)距離的現(xiàn)場中各種參數(shù)的監(jiān)測，根據(jù)結(jié)果掌握研究對象或生產(chǎn)過程的運(yùn)行情況，并做出相應(yīng)的分析與控制。在這種過程中，廣泛地使用了現(xiàn)場參數(shù)的遠(yuǎn)程采集技術(shù)，從而確保整個(gè)系統(tǒng)工作過程安全、有效且具有智能化，并且能提高生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本。
正文
一、關(guān)鍵技術(shù)
遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集部分、存儲(chǔ)和傳輸部分、遠(yuǎn)程控制站組成。系統(tǒng)設(shè)計(jì)以基于FPGA的邏輯控制模塊作為數(shù)據(jù)采集部分，嵌入式系統(tǒng)板單片機(jī)作為存儲(chǔ)和傳輸部分、PC機(jī)作為遠(yuǎn)程控制站。嵌入式系統(tǒng)板為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，在該板上使用Linux作為系統(tǒng)軟件。
1、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)技術(shù)
在基于實(shí)時(shí)嵌入式微處理器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，嵌入式軟件必須從傳感器上接收輸入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集的過程也影響嵌入式軟件的設(shè)計(jì)以及執(zhí)行時(shí)間。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的方法是使用入路輸入開關(guān)從不同傳感器上傳輸數(shù)據(jù)。而多路開關(guān)通道的選擇、控制信號的生產(chǎn)和數(shù)據(jù)讀取都是由嵌入式軟件來實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)場可編程陣列(FPGA)的應(yīng)用，可將某些軟件功能由硬件來實(shí)現(xiàn)，從而從邏輯上可以大大簡化嵌入式軟件的設(shè)計(jì)。在可靠性方面，F(xiàn)PGA有很強(qiáng)的優(yōu)勢，與處理器順序執(zhí)行的方式相比，用VHDL設(shè)計(jì)的硬件，如果設(shè)計(jì)得當(dāng)，將不會(huì)存在類似于MCU的復(fù)位不可靠和PC可能跑飛等問題。
2、多線程技術(shù)
進(jìn)程（Process）與線程（Thread）是現(xiàn)代操作系統(tǒng)進(jìn)行多任務(wù)處理的核心內(nèi)容。UNIX操作系統(tǒng)通常以進(jìn)程作為計(jì)算機(jī)資源分配的最小單位，這些資源包括處理器、物理及虛擬內(nèi)存、文件I/O緩沖、通信端口等。為了適應(yīng)多處理器環(huán)境下日益增長的細(xì)粒度并行運(yùn)算的需要，現(xiàn)代操作系統(tǒng)提供了線程支持。線程是進(jìn)程中執(zhí)行運(yùn)算的最小單位，它也是處理器調(diào)度的基本單位，我們可以把線程看成是進(jìn)程中指令的不同執(zhí)行線路。一個(gè)線程同所屬進(jìn)程中其他線程共享該進(jìn)程占有的資源。線程有時(shí)被稱為輕權(quán)進(jìn)程。
在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)這類問題中，采集與存儲(chǔ)一般由兩個(gè)不同的線程來實(shí)現(xiàn)。另外同時(shí)采集不同性質(zhì)的數(shù)據(jù)，可以采集部分也要由多個(gè)線程來實(shí)現(xiàn)。比如本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)來源除了AD采集板外，還有方位儀的數(shù)據(jù)。這樣實(shí)現(xiàn)時(shí)需要三個(gè)線程。
相比進(jìn)程而言，使用線程有著自身的優(yōu)點(diǎn)。首先，可以簡化編程模型，它將
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處理多個(gè)異步事件的編程模型轉(zhuǎn)化為多個(gè)線程來實(shí)現(xiàn)，使得每個(gè)線程處理同步事件的編程模型。其次，線程在共享資源時(shí)更加方便，比如文件的共享，內(nèi)存的共享等等。另外，使用線程模型可以提高整個(gè)系統(tǒng)的吞吐率。最后，交互式的程序利用線程可以提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。
3、無線數(shù)傳電臺(tái)技術(shù)
在本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中需要進(jìn)行短距離無線數(shù)據(jù)傳輸?？梢圆捎媒Ｓ脽o線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)或借用GSM、CDMA等公網(wǎng)信息平臺(tái)兩種方式來實(shí)現(xiàn)。相比較，用無線電臺(tái)建立專用無線數(shù)據(jù)傳輸方式比其它方式具有投資少、開通快、維護(hù)簡單、適應(yīng)性強(qiáng)、擴(kuò)展性好等優(yōu)點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，采用無線數(shù)傳電臺(tái)的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)在油田、水處理、電力、鐵路、煤氣、地震、氣象、環(huán)保、GPS等行業(yè)開始普及應(yīng)用。
4、CRC校驗(yàn)技術(shù)；
CRC檢錯(cuò)方法的工作原理是：將要發(fā)送的數(shù)據(jù)比特序列當(dāng)作一個(gè)多項(xiàng)式K（X）的系數(shù)，在發(fā)送端用收發(fā)雙方預(yù)先約定的生成多項(xiàng)式G（x）去除，求得一個(gè)余數(shù)多項(xiàng)式R（x）。將余數(shù)多項(xiàng)式加到數(shù)據(jù)多項(xiàng)式之后發(fā)送到接收端。在接收端用同樣的生成多項(xiàng)式去除接收到的數(shù)據(jù)多項(xiàng)式，如果除得盡，表明無差錯(cuò)；如果除不盡，表明有差錯(cuò)；余數(shù)將指明出錯(cuò)位所在的位置。CRC是一種線性分組碼，具有較強(qiáng)的糾錯(cuò)能力并有許多特殊的代數(shù)性質(zhì)，前k位為信息碼元，后r位為校驗(yàn)碼元，他除了具有線性分組碼的封閉性之外，還具有循環(huán)性。其編碼和繹碼電路很容易用移位寄存器實(shí)現(xiàn)，因而在FEC（前向糾錯(cuò)系統(tǒng)）中得到廣泛的應(yīng)用。
5、防止電平觸發(fā)方式下發(fā)生不必要的中斷
系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，一般采集板的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)滿后，要通知系統(tǒng)板來取走數(shù)據(jù)，這種握手過程用中斷來實(shí)現(xiàn)最為有效。在硬中斷中，需要考慮的一個(gè)十分重要的問題是當(dāng)中斷源申請一次中斷在CPU已響應(yīng)此次中斷請求后如何撤消中斷請求。如果在CPU執(zhí)行完此次中斷服務(wù)程序并在返回原程序斷點(diǎn)處之前尚未撤消中斷請求，則會(huì)引起在CPU返回原程序后再次產(chǎn)生中斷（由此類推，還可能引起更多中斷），而再次產(chǎn)生的這些中斷是不希望的，也是不必要的，因此必須防止其發(fā)生。當(dāng)采用邊沿觸發(fā)方式時(shí)不會(huì)產(chǎn)生這樣的問題，而采用電平觸發(fā)方式時(shí)卻很有可能發(fā)生這樣的問題。
解決這個(gè)問題的方法是由CPU控制撤消請求。假定CUP的中斷請求INTR采用高電平觸發(fā)方式，觸發(fā)器的R復(fù)位端和S置位端均為上跳沿起作用。當(dāng)中斷源申請中斷時(shí)，由產(chǎn)生的上跳變使觸發(fā)器的Q端輸出高電平以向CPU申請中斷，而CPU在進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，利用輸出指令通過輸出接口使觸發(fā)器R端產(chǎn)生上跳變，使Q端復(fù)位，從而撤消了向CPU的中斷請求，保證“申請一次，中斷一次”。此方式既避免了上通用性差的缺點(diǎn)，又避免上使CPU效率降低的弊端，因此是一種很好的方法。
二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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1、系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案；
理論上，完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括：用于切換輸入通道的多路復(fù)用器；為不同輸入范圍提供增益和偏移電壓調(diào)節(jié)的信號調(diào)理電路；模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和電壓基準(zhǔn)，以及處理器、存儲(chǔ)器，通訊接口等部分。
根據(jù)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)際要求，將系統(tǒng)分為三個(gè)部分：數(shù)據(jù)采集部分、存儲(chǔ)和傳輸部分、遠(yuǎn)程控制站。高速的數(shù)據(jù)采集由FPGA來實(shí)現(xiàn)，存儲(chǔ)和傳輸則由ARM9嵌入式系統(tǒng)板來實(shí)現(xiàn)，遠(yuǎn)程控制站為PC機(jī)。FPGA在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)填滿時(shí)向嵌入式系統(tǒng)板發(fā)中斷信號來通知其取走數(shù)據(jù)。在ARM9嵌入式系統(tǒng)板使用DMA技術(shù)將數(shù)據(jù)寫入磁盤，從而提高系統(tǒng)的吞吐率。在從FPGA獲取采樣數(shù)據(jù)的同時(shí)，系統(tǒng)周期性的通過RS232串口從羅磁盤設(shè)備和GPS設(shè)備獲取方位信息和時(shí)間值，這些值和采樣數(shù)據(jù)在一起按照一定的格式打包，然后寫入數(shù)據(jù)文件。數(shù)據(jù)文件通過Internet網(wǎng)絡(luò)傳送到遠(yuǎn)程控制站，在條件不具備時(shí)，可以通過無線方式發(fā)送數(shù)據(jù)，提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性。
2、數(shù)據(jù)采集部分解決方案；
在高性能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，通常采用單片機(jī)或DSP作為CPU，控制ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）、存儲(chǔ)器和其外圍電路和工作。但基于單片機(jī)和DSP設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)都有一定的不足。單片機(jī)的時(shí)鐘頻率較低，各種功能都要靠軟件的運(yùn)行來實(shí)現(xiàn)，軟件運(yùn)行時(shí)間在整個(gè)采樣時(shí)間是占很大的比例，效率低，難以適應(yīng)高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求；DSP的運(yùn)算速度快，擅長處理密集的乘加運(yùn)算，但很難完成外圍的復(fù)雜硬件邏輯控制。
在高速數(shù)據(jù)采集方面，F(xiàn)PGA有單片機(jī)和DSP無法比擬的優(yōu)勢。FPGA時(shí)鐘頻率高，內(nèi)部時(shí)沿小，全部控制邏輯由硬件完成，速度快，組成形式靈活，可以集成外圍控制、譯碼和接口電路；最主要的是FPGA可以采用IP內(nèi)核技術(shù)，通過繼承、共享或購買所需的知識(shí)產(chǎn)權(quán)內(nèi)核提高開發(fā)進(jìn)度。利用EDA工具進(jìn)行設(shè)計(jì)、綜合和驗(yàn)證，加速了設(shè)計(jì)過程，降低了開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，縮短了開發(fā)周期，效率高而且更能適應(yīng)市場。FPGA的IP端口多，且可以自由編程支配、定義其功能，再配以Verilog語言進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)；FPGA的最大優(yōu)點(diǎn)是可在線編程，基于FPGA設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集器可以方便地進(jìn)行遠(yuǎn)程功能擴(kuò)展，可以適應(yīng)不同應(yīng)用場合的需要。
3、存儲(chǔ)與傳輸部分解決方案
存儲(chǔ)和傳輸部分是一個(gè)典型的嵌入式系統(tǒng)。該系統(tǒng)以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
4、無線傳輸解決方案
ISM頻段主要是開放給工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)三個(gè)主要醫(yī)學(xué)使用，該頻段是依據(jù)美國聯(lián)邦通訊委員會(huì)所定義出來，屬于Free License，并沒有所謂使用授權(quán)的限制，所以使用時(shí)不可申請?jiān)S可證。工作于ISM頻段的短距離射頻通信技術(shù)主要有標(biāo)準(zhǔn)，以及近幾年來逐漸成熟的無線數(shù)傳電臺(tái)技術(shù)。
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標(biāo)準(zhǔn)是IEEE（電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）制定的一個(gè)無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)定義了無線節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)中各種接入點(diǎn)間相互通信的接口和協(xié)議，定義了三種不同的物理介質(zhì)：紅外線、跳頻擴(kuò)譜方式以及直擴(kuò)方式。主要用于解決辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中的用戶與用戶終端之間的無線接入。業(yè)務(wù)主要限于數(shù)據(jù)存取，傳輸速率最高只能達(dá)到2Mbps。由于在速率上的不足，已不能滿足數(shù)據(jù)相應(yīng)的需求；因此，IEEE又相繼推出了和兩個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)。三者之間技術(shù)差別主要在媒介訪問控制子層和物理層。
無線數(shù)傳電臺(tái)技術(shù): 通過采用RF收發(fā)IC設(shè)計(jì)的無線數(shù)傳電臺(tái)技術(shù)近幾年逐漸成熟。無線數(shù)傳模塊(電臺(tái))往往發(fā)射、接收、PILL合成、FSK調(diào)制以及高速率和低功耗等功能。其工作頻率主要集中在433M-1OOOMHZ屬于ISM頻段。一般具有透明的數(shù)據(jù)傳輸: 提供透明的數(shù)據(jù)接F31能適應(yīng)任何標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)的用戶協(xié)議。
三、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
1、采集與存儲(chǔ)部分
數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)系統(tǒng)由A/D采集板，系統(tǒng)板，單片機(jī)和PC上位機(jī)構(gòu)成。A/D采集板是面向數(shù)據(jù)采集對象的，負(fù)責(zé)原始數(shù)據(jù)的采集。系統(tǒng)板是整個(gè)系統(tǒng)的核心，也是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件運(yùn)行的硬件平臺(tái)，負(fù)責(zé)將A/D采集板采集的數(shù)據(jù)寫入磁盤，接收PC上位機(jī)的設(shè)置命令并設(shè)置A/D采集板以及設(shè)備的對時(shí)等都在此平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)用來提供工作模式的選擇、顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)，控制系統(tǒng)板的電源，以及處理無線傳輸命令。PC上位機(jī)是面向數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的管理員的，是系統(tǒng)與人的一個(gè)交互界面。管理員可以通過其來設(shè)置系統(tǒng)的參數(shù)。
整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由五大模塊組成：系統(tǒng)0——遠(yuǎn)程控制軟件，系統(tǒng)1——單片機(jī)，系統(tǒng)2——系統(tǒng)板，系統(tǒng)3——上位機(jī)，系統(tǒng)4——A/D采集板。在設(shè)置模式時(shí)，“系統(tǒng)3：上位機(jī)”通過RJ-45網(wǎng)絡(luò)接口和“系統(tǒng)2：系統(tǒng)板”相連，完成參數(shù)預(yù)置、GPS授時(shí)、網(wǎng)絡(luò)傳輸、時(shí)鐘比較等功能。在運(yùn)行模式時(shí)，“系統(tǒng)2：系統(tǒng)板”讀取硬盤上的配置文件后開始工作。工作過程中，“系統(tǒng)0：遠(yuǎn)程控制軟件”可以通過無線方式對“系統(tǒng)2：系統(tǒng)板”進(jìn)行控制，包括獲取少量采樣數(shù)據(jù)、修改參數(shù)設(shè)置、開啟/關(guān)閉系統(tǒng)板電源。
2、用戶接口部分
單片機(jī)在系統(tǒng)中有三個(gè)作用：一是提供用戶操作輸入接口及系統(tǒng)狀態(tài)指示燈等信息；二是當(dāng)嵌入式CPU板在高速采集和存儲(chǔ)時(shí)，可以異步的接收來自控制站的無線命令，并對命令進(jìn)行分析和處理；三是對嵌入式CPU板進(jìn)行電源控制，在不需要采樣時(shí)可以將嵌入式CPU板的電源斷開。
安全關(guān)機(jī)指示燈指示當(dāng)前是否可以安全關(guān)機(jī)。系統(tǒng)工作時(shí)不亮，按下安全關(guān)機(jī)按鈕后變紅，關(guān)機(jī)準(zhǔn)備好后變綠。系統(tǒng)1和系統(tǒng)2工作指示燈為綠色表示系統(tǒng)1或系統(tǒng)2正在工作。無線指示燈為綠色表示正在進(jìn)行無線傳輸。硬盤指示燈為綠色表示硬盤正常上電工作。模式切換有效指示燈綠色表示當(dāng)前可以進(jìn)行模式切換，否則系統(tǒng)暫不會(huì)響應(yīng)。設(shè)置模式指示燈在當(dāng)系統(tǒng)2工作在設(shè)置模式時(shí)變綠。系統(tǒng)2工作在運(yùn)行模 29 式時(shí)運(yùn)行模式指示燈變綠。看門狗定時(shí)器溢出指示燈指示系統(tǒng)2的看門狗狀
宜順論文網(wǎng)www..com5 態(tài)。系統(tǒng)產(chǎn)生故障無法恢復(fù)時(shí)故障指示燈變紅。
3、數(shù)據(jù)傳輸部分
該部分由基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)傳輸部分和無線傳輸部分組成。這里主要關(guān)注后者。
整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)里大量使用到了串口，有必要對串口通信的協(xié)議作專門的設(shè)計(jì)和說明。串口的通訊速度比較慢，一般傳輸當(dāng)中均會(huì)有誤碼產(chǎn)生。傳輸?shù)恼`碼率與傳輸線路質(zhì)量和采用的屏蔽措施有很大關(guān)系。串口傳輸當(dāng)中誤碼是不可避免的，如何識(shí)別誤碼，并重傳這些誤碼是解決此類問題的關(guān)鍵。如果出現(xiàn)一個(gè)錯(cuò)誤就放棄整個(gè)文件，可能會(huì)造成永遠(yuǎn)傳不成功，如果對錯(cuò)誤不理，則會(huì)造成傳輸?shù)奈募c原文件內(nèi)容不同，造成文件錯(cuò)誤[42]。針對這種問題我們研究出一種將文件或命令分成長度可變的多個(gè)包，分包傳送，如果某一包傳輸錯(cuò)誤只重傳出錯(cuò)的包的方法。通信涉及遠(yuǎn)程控制軟件，單片機(jī)和系統(tǒng)板，我們將它們分別記為系統(tǒng)0，系統(tǒng)1，系統(tǒng)2。下面的討論以此為準(zhǔn)。
首先，通過串口傳輸?shù)膬?nèi)容要有地址信息。從系統(tǒng)框圖上可以看出，系統(tǒng)0與系統(tǒng)1通過串口通信；系統(tǒng)1與系統(tǒng)2也通過串口通信；系統(tǒng)0與系統(tǒng)2不能直接通過串口來通信，而只能由系統(tǒng)1來中轉(zhuǎn)。這樣，系統(tǒng)1在從串口收到數(shù)據(jù)后首先要弄清數(shù)據(jù)是否是發(fā)給自己的，如果是，則自己處理，否則就轉(zhuǎn)發(fā)。于是，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)要添加發(fā)送源和發(fā)送目的信息，以便于處理。
其次，串口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單位大小不固定。根據(jù)工作流程的描述，串口傳輸內(nèi)容包括命令，狀態(tài)信息，數(shù)據(jù)文件，配置文件等，根據(jù)傳輸內(nèi)容的不同，每次傳輸內(nèi)容的長短不一。對于命令或狀態(tài)，幾個(gè)字節(jié)，比較短，一次就可傳完；而文件傳輸過程中，數(shù)據(jù)文件可以達(dá)到幾百兆，一般要分成若干個(gè)小數(shù)據(jù)包來分批傳送。
另外，串口通信速度比較慢，一般傳輸過程中均會(huì)有誤碼產(chǎn)生。如何識(shí)別誤碼并重傳是解決此問題的關(guān)鍵。例如在文件傳輸過程中，如果某個(gè)地方出錯(cuò)而重傳整個(gè)文件，可能造成永遠(yuǎn)都傳不成功。
最后，文件傳輸可能花費(fèi)較長時(shí)間，在傳輸過程中，考慮到用戶可能會(huì)中止傳輸過程，通信協(xié)議要考慮到這種需求。針對以上這些特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出以“長度可變的包”為基本傳輸單位的串口通信協(xié)議。一個(gè)包由同步字段，控制字段和若干個(gè)信息字段組成。
4、測試分析
EP9312(ARM9)嵌入式系統(tǒng)板，連接有一塊用于存儲(chǔ)采集數(shù)據(jù)的小硬盤，對應(yīng)于前面討論的系統(tǒng)2；一塊在設(shè)計(jì)之中的基于FPGA的采集板。主要包括以下工作：測試目的和范圍、測試平臺(tái)的搭建、測試過程、參數(shù)預(yù)置、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)回放。
總結(jié)
本文針對遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)項(xiàng)目，對與之相關(guān)的一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入的研究和實(shí)踐，提出了一整套滿足項(xiàng)目的需求的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。具體來說，主要進(jìn)行了以下工作：介紹了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中所用到的關(guān)鍵技術(shù)，包括現(xiàn)場可編程陣列技術(shù)、多線程技術(shù)、循環(huán)緩沖區(qū)技術(shù)、CRC校驗(yàn)技術(shù)、DMA技術(shù)等等。這些技術(shù)和理論論證了系統(tǒng)的可行性。
宜順論文網(wǎng)www..com6 同時(shí)對下面兩部分進(jìn)行了技術(shù)探討：遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)以基于FPGA的邏輯控制模塊作為數(shù)據(jù)采集部分、EP9312(ARM9)嵌入式系統(tǒng)板和單片機(jī)作為存儲(chǔ)和傳輸部分、PC機(jī)作為遠(yuǎn)程控制站。系統(tǒng)采用無線數(shù)傳電臺(tái)技術(shù)實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸。EP9312嵌入式系統(tǒng)板為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，在該板上使用Linux作為系統(tǒng)軟件。對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行整體的測試。包括測試平臺(tái)的搭建、各功能模塊的測試（系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)回放）。
致謝
首先，我要衷心感謝指導(dǎo)老師高鋒老師！導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)和實(shí)事求是的治學(xué)態(tài)度、淵博的知識(shí)、可敬的學(xué)者風(fēng)范和高昂的工作熱情，深深地影響著我。在此，向?qū)熕o予的所有熱切關(guān)心和巨大幫助表示衷心感謝！
感謝浙江大學(xué)遠(yuǎn)程教育這個(gè)平臺(tái)，在兩年的求學(xué)生涯中，給我提供學(xué)習(xí)與交流的平臺(tái)，給我創(chuàng)造了就業(yè)后續(xù)學(xué)歷的機(jī)會(huì)！
感謝國網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司營銷部的電能表遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)負(fù)責(zé)人，提供了專業(yè)的知識(shí)及相關(guān)資料！
感謝國網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司寧波供電營業(yè)廳的班長，在工作的同時(shí)開展學(xué)習(xí)與探討，給予很大的幫助！
最后，感謝我的家人和所有給予本人關(guān)心、支持和幫助的人們。
參考文獻(xiàn)
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數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究論文3
基于 USB 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)
目前，市場上有幾百種 USB 設(shè)備，包括 USB 集線器、打印機(jī)、掃描儀器、存儲(chǔ)器、數(shù)碼相機(jī)和調(diào)制解調(diào)設(shè)備等。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中應(yīng)用 接口總線，首先計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要支持 協(xié)議。目前計(jì)算機(jī)幾乎都支持 協(xié)議，如果支持 協(xié)議，那么系統(tǒng)的 USB 主機(jī)就必須包含 根集線器，用于給系統(tǒng)提供一個(gè)或多個(gè)設(shè)備端口；同時(shí)，系統(tǒng)還必須安裝相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序。
USB總線的物理連接和電氣特性
USB數(shù)據(jù)傳輸采用四根電纜，其中兩根（D+、D-）是用來傳送數(shù)據(jù)的串行通道，另兩根（VBUS、GND）是符合標(biāo)準(zhǔn)的電源線，為下游的USB設(shè)備提供電源。其中，D+、D-是串行數(shù)據(jù)通信線，它支持兩種數(shù)據(jù)傳輸速率，對于高速外設(shè)，USB以全速 12Mbps或高速 480Mbps傳輸數(shù)據(jù)；對于低速外設(shè)，USB則以 的傳輸速率傳輸數(shù)據(jù)。USB總線會(huì)根據(jù)外設(shè)情況在不同的傳輸模式中自動(dòng)地轉(zhuǎn)換。VBUS通常是+5V電源，GND是地線。
USB 的電源
USB 的電源主要包括兩方面：
電源分配：即 USB 的設(shè)備如何通過 USB 總線獲得主機(jī)提供的電源； 電源管理：即通過電源管理系統(tǒng)，USB 的系統(tǒng)軟件和設(shè)備如何與主機(jī)協(xié)調(diào)工作。
（1）電源分配
每段 USB 都在電纜上提供了數(shù)量有限的電源。主機(jī)向與它直接相連的 USB 設(shè)備提供電源，并且每個(gè) USB 設(shè)備都有自己的電源。那些完全依靠電纜提供能源的設(shè)備稱作“總線功能”設(shè)備。相反，那些有
另外電源的設(shè)備稱作“自供電”設(shè)備。而且，集線器也可為連接在它上面的 USB 設(shè)備提供電源。
（2）電源管理
USB 主機(jī)與 USB 系統(tǒng)有相互獨(dú)立的電源管理系統(tǒng)。USB 的系統(tǒng)軟件和主機(jī)的電源管理系統(tǒng)相互作用，處理系統(tǒng)的電源事件，如掛起和恢復(fù)等。另外，USB 設(shè)備還有額外的功耗管理特性，允許軟件對他們進(jìn)行功耗管理。USB 總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
USB將USB設(shè)備和USB主機(jī)連接在一起。USB的物理互連是一個(gè)分層的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，集線器在每個(gè)星形的中心。每段線路都是主機(jī)與集線器或功能設(shè)備之間，或者集線器與另一個(gè)集線器或功能設(shè)備之間的點(diǎn)對點(diǎn)連接 USB通信流
USB 在主機(jī)的軟件和 USB 功能設(shè)備之間提供了通信服務(wù)。功能設(shè)備根據(jù)不同的客戶軟件與功能設(shè)備的相互作用對通信流有不同的要求。通過將 USB 功能設(shè)備的各種通信流分離，USB 能更好地全面利用總線。通信流利用總線訪問來完成主機(jī)和功能設(shè)備之間的通信。通信流在設(shè)備的端點(diǎn)中止，設(shè)備的端點(diǎn)可以
識(shí)別所有通信流。
USB 邏輯設(shè)備對 USB 系統(tǒng)來說是一個(gè)端點(diǎn)的集合。接口是端點(diǎn)聚集而成的端點(diǎn)集，是功能設(shè)備的體現(xiàn)。USB 系統(tǒng)軟件用默認(rèn)的控制管道管理設(shè)備。客戶軟件用管道束（與端點(diǎn)集相關(guān)）來管理接口。客戶軟件要求數(shù)據(jù)通過USB在主機(jī)上的緩沖區(qū)和USB設(shè)備上的端點(diǎn)之間移動(dòng)。而在 USB 上移動(dòng)之前，由主機(jī)控制器（或者 USB 設(shè)備，由傳輸方向決定）將數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝。當(dāng)總線訪問是在 USB 上移動(dòng)數(shù)據(jù)包時(shí)，主機(jī)控制器也協(xié)同操作。
設(shè)備端點(diǎn)（Device Endpoint）
端點(diǎn)是 USB 設(shè)備唯一可識(shí)別的部分，是主機(jī)和設(shè)備間通信流的終點(diǎn)，每個(gè) USB 邏輯設(shè)備都由獨(dú)立端點(diǎn)集（這個(gè)集合就是接口）組成。當(dāng)設(shè)備連接時(shí)，系統(tǒng)為每個(gè)邏輯設(shè)備分配了唯一的地址，設(shè)備的每個(gè)端點(diǎn)在設(shè)計(jì)時(shí)就給定了一個(gè)由設(shè)備決定的唯一的標(biāo)識(shí)符—端點(diǎn)號。每個(gè)端點(diǎn)都有由設(shè)備決定的數(shù)據(jù)流方向。設(shè)備地址、端點(diǎn)號和方向的組合允許唯一指定一個(gè)端點(diǎn)，每個(gè)端點(diǎn)都單一的連接，支持一個(gè)方向的數(shù)據(jù)流輸入（從設(shè)備到主機(jī)）或輸出（從主機(jī)到設(shè)備）。
管道
USB管道是設(shè)備端點(diǎn)和主機(jī)軟件之間的聯(lián)系。管道可以通過存儲(chǔ)器的緩沖區(qū)在主機(jī)軟件與設(shè)備端點(diǎn)
之間傳輸數(shù)據(jù)。有兩種相互獨(dú)立的管道通信模式：
1.流：在管道中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)沒有 USB 定義的結(jié)構(gòu)。
2.消息：在管道中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有某些 USB 定義的結(jié)構(gòu)，只能用于控制傳輸。
幀和微幀（Frames and Microframes）
USB 工作在全速/低速狀態(tài)時(shí)，主機(jī)控制器每隔 1 毫秒發(fā)送一幀數(shù)據(jù)；而工作在高速狀態(tài)時(shí)，主機(jī)控制器每隔 125 微秒就發(fā)送一幀數(shù)據(jù)。一幀（或微幀）數(shù)據(jù)可包含幾種事務(wù)。USB 數(shù)據(jù)傳輸類型是從 USB 系統(tǒng)軟件的管理角度來描述的。傳輸（Transfer）是指在客戶軟件和它的功能模塊之間的一個(gè)或多個(gè)信息傳輸?shù)目偩€事務(wù)。傳輸類型決定于客戶軟件和它的功能模塊之間的數(shù)據(jù)流特性。USB 定義了 4 種傳輸類型，以滿足在總線上進(jìn)行不同類型的數(shù)據(jù)的傳輸需要。
USB數(shù)據(jù)傳輸類型
批量傳輸用于傳輸突發(fā)的大量的數(shù)據(jù)，全速模式時(shí)以 8，16，32 或 64 字節(jié)（高速模式時(shí)是 512 字節(jié)）的信息包傳送。由于對出錯(cuò)的數(shù)據(jù)自動(dòng)的進(jìn)行重發(fā)，批量數(shù)據(jù)可確保無誤發(fā)送。
控制傳輸至少有兩個(gè)階段：建立階段和狀態(tài)階段?？刂苽鬏斠部梢愿鶕?jù)不同的情況選擇是否需要在建立階段和狀態(tài)階段包含一個(gè)數(shù)據(jù)階段。
中斷傳輸主要用于定時(shí)查詢設(shè)備是否有中斷數(shù)據(jù)要傳輸，是一種主機(jī)定時(shí)偵聽設(shè)備。設(shè)備的端點(diǎn)
模式器的結(jié)構(gòu)決定了它的查詢頻率，在 1-255ms 之間。中斷傳輸在高速時(shí)的數(shù)據(jù)載荷可達(dá) 1023 字節(jié)，在全速時(shí)的載荷量小于 64 字節(jié)。中斷傳輸主要應(yīng)用于鍵盤、操縱桿和鼠。
同步傳輸用于保證時(shí)間優(yōu)先的數(shù)據(jù)流，如音頻和視頻數(shù)據(jù)流，傳輸?shù)臅r(shí)間對于數(shù)據(jù)來說是非常必要的條件，在全速模式時(shí)，一個(gè)同步包包含 1023 字節(jié)；在高速模式時(shí)，一個(gè)同步包包含 1024 字節(jié)。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在總體上分為硬件和軟件兩大部分。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件部分
主要包括芯片的選擇、數(shù)據(jù)采集和傳輸電路以及電源轉(zhuǎn)換電路等。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件部分主要由三部分組成：USB 固件程序(Firmware)、USB 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序以及應(yīng)用程序；三部分程序之間相互協(xié)作來完成整個(gè)采集系統(tǒng)的功能。
USB芯片選擇
目前 USB 芯片大致分為 5 大類型：
1）單獨(dú)運(yùn)作的 USB 接口芯片；
2）內(nèi)含 USB 單元的微處理器（MPU）；
3）特定的接口轉(zhuǎn)芯片，如 USB 轉(zhuǎn) RS-232 或 USB 轉(zhuǎn) ATA/ATAPI 等；
4）PC 端或主機(jī)端的 USB 控制器；
模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的選擇
目前，隨著數(shù)據(jù)采集應(yīng)用的日益普遍，為了滿足不同場合和分辨率的要求，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片也是種類繁多。選擇 A/D 轉(zhuǎn)換芯片需要考慮器件本身的性能和具體的應(yīng)用要求。選擇 A/D 轉(zhuǎn)換芯片要考慮一些參數(shù)指標(biāo)，如芯片精度、芯片的轉(zhuǎn)換速度和芯片的轉(zhuǎn)換量程等。
1)精度：與系統(tǒng)測量的信號范圍有關(guān)，但估算時(shí)要考慮到其他因素，轉(zhuǎn)換器位數(shù)應(yīng)該比總精度要求的最低分辯率高一位。常見的 AD 器件有 8 位，10 位，12 位，14 位，16 位等。
2)速度：應(yīng)根據(jù)輸入信號的最高頻率來確定，保證轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率要高于系統(tǒng)要求的采樣頻率。
3)模擬信號類型：通常 AD 器件的模擬輸入信號都是電壓信號，而 DA 器件輸出的模擬信號有電壓和電流兩種。
為了匹配 的高速傳輸特性，滿足廣泛的實(shí)際需要，本設(shè)計(jì)選用的是采樣速度快、分辨率高的 A/D 轉(zhuǎn)換器 MAX125。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的固件程序設(shè)計(jì)
固件程序主要負(fù)責(zé)完成兩項(xiàng)任務(wù)：一是作為駐留在設(shè)備中的內(nèi)部應(yīng)用程序，響應(yīng)主機(jī)的列舉請求，實(shí)現(xiàn)配置設(shè)備并將設(shè)備的配置信息(如支持哪些傳輸類型和端點(diǎn))告知主機(jī)，進(jìn)而為主機(jī)和設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信做好準(zhǔn)備工作：二是作為整個(gè)設(shè)備的控制中心，根據(jù)用戶應(yīng)用系統(tǒng)的特定要求，實(shí)現(xiàn)對外圍設(shè)備的具體控制。USB控制器芯片借助CPU執(zhí)行固件程序來控制芯片的活動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能。固件的設(shè)計(jì)就是使在USB總線上的傳輸能獲得快速的、有效的數(shù)據(jù)傳輸速度。它的操作方式與硬件聯(lián)系緊密，包括USB設(shè)備的連接、列舉、重列舉、USB協(xié)議和中斷處理等。
列舉和重列舉
列舉和重列舉是 USB 設(shè)備的一個(gè)非常重要的機(jī)制。是在初始階段必須經(jīng)歷的階段，只有這兩個(gè)過程成功的完成，USB 設(shè)備才可能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的功能，否則，設(shè)備只能是一個(gè)主機(jī)不能識(shí)別的最原始的設(shè)備，或者是功能不完全的設(shè)備。
設(shè)備端點(diǎn)的配置
端點(diǎn)配置是在TD_Init()函數(shù)中實(shí)現(xiàn)的。USB數(shù)據(jù)通過端點(diǎn)緩沖區(qū)進(jìn)入FX2 和從FX2 中取出。為了保證 480Mb/s高速的傳輸速率，外部邏輯經(jīng)常在沒有FX2 內(nèi)嵌的CPU參與的情況下，直接與端點(diǎn)FIFO交換數(shù)據(jù)。USB設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，要配置端點(diǎn)使它獲得足夠的帶寬和FIFO深度，使數(shù)據(jù)傳輸更加平穩(wěn)和高速。
當(dāng)應(yīng)用程序要求CPU處理外部邏輯和USB之間的數(shù)據(jù)流時(shí)（或者根本就沒有連接外部邏輯時(shí)），固件可以將端點(diǎn)緩沖區(qū)作為RAM塊或（使用特定的自動(dòng)增量指針）FIFO訪問。
設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的組成驅(qū)動(dòng)程序是一些例程的集合，它們被動(dòng)的存在，等待主機(jī)系統(tǒng)軟件（PnP管理器、I/O管理器、電源管理器等）來調(diào)用或激活它們。WDM驅(qū)動(dòng)程序的功能模塊基本由五個(gè)部分組成:入口例程，即插即用例程，分發(fā)例程，電源管理例程和卸載例程。
1.入口例程：處理驅(qū)動(dòng)程序的初始化；
2.即插即用例程：處理 PnP 設(shè)備的添加，刪除和停止；
3.分發(fā)例程：處理用戶應(yīng)用程序發(fā)出的各種 I/O 請求；
4.電源管理例程：處理電源管理請求；
5.卸載例程：處理驅(qū)動(dòng)程序的卸載。
USB 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)
目前，用于開發(fā)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的工具大概有以下幾種：
1.直接使用Windows DDK：這種方法開發(fā)難度大，而且有很多煩瑣的工作要作，大部分都是通用的基礎(chǔ)性的工作，但是，使用這種方法，需要對WDM驅(qū)動(dòng)程序的整體結(jié)構(gòu)有一個(gè)很好的認(rèn)識(shí)和把握。
2.使用Driver studio：工具難度會(huì)低一些，工具軟件己經(jīng)作了很多基礎(chǔ)性的工作。也封裝了一些細(xì)節(jié)，使用者只需要專心去執(zhí)行需要的操作。但由于封裝的問題，可能會(huì)帶來一些bug，有可能導(dǎo)致項(xiàng)目的失敗。
3.使用Win Driver：幾乎沒有難度(從開發(fā)驅(qū)動(dòng)的角度)。很容易，但只能開發(fā)硬件相關(guān)的驅(qū)動(dòng)，事實(shí)上所寫的只是定制和調(diào)用了它提供的通用驅(qū)動(dòng)而已，工作效率不是很高。但開發(fā)花費(fèi)的時(shí)間很少。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究論文3篇 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究論文怎么寫相關(guān)文章：
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