基于FPGA的USB接口高速数据采集系统设计

来源 :北京信息科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:renjie1986
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在现有的强力输送带故障诊断系统中完成数据采集与传输采用较传统的方式,使用的还是分离式元器件,这样的系统,体积大、结构复杂、开发调试周期长,且技术已经落后,而最主要问题还是数据采集速率低,已不能很好现场使用要求。针对强力输送带故障诊断系统,开发一种数据采集速率相对较高的通用数据采集传输系统,既可以解决强力输送带故障诊断系统在实际使用中必须解决的问题,又可以提供一种通用型数据采集与传输接口,研究成果具有较好的实际应用价值和理论价值。  本课题利用通用串行总线(USB)与现场可编程门阵列(FPGA)的优势性能研发出一种高速数据采集传输系统。  本文在课题背景的特殊要求下,通过对计算机通用接口标准的分析比较,确定使用通用串行总线USB2.0接口作为高速数据采集传输系统与PC机的接口。在对USB2.0协议深入地研究基础上,提出了高速数据采集传输系统的总体硬件结构、软件程序设计方法和实现方案。在硬件设计方面,系统主控FPGA芯片采用了Xilinx公司的XC3S400芯片,保证系统具有高速率和高扩展性;USB2.0接口芯片采用Cypress公司的CY7C68013,完成了Slave FIFO接口模式下CY7C68013芯片的电路设计和固件程序设计。软件设计主要包括FPGA芯片中的逻辑、时序控制程序、USB固件程序、客户应用程序及其驱动程序,其中本文CY7C68013固件程序的设计方法,是在综合其他设计方法基础上,提出的一种较实用、高效的方法。本文还对基于USB接口的高速数据采集传输系统的WDM驱动程序和应用程序的开发进行了详细介绍。  最后对设计出的高速数据采集传输系统进行了性能测试,该系统可正确响应PC机的请求,并实现了通过高速数据采集传输系统准确高速地将原始数据传输到PC机的功能,速率达到20MByte/s。将此系统应用到煤矿工程实践中,具有广阔的市场前景。
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