近年来,针对大学机械类专业本科(专科)的《机械制造技术基础》、《机械振动学》、《机械测试技术》等课程开设的实验课程,开发了基于USB 2.0高速接口的机床振动测量实验系统。实验系统中所采用的数据采集模块采用了简单易用、速度快、兼容性强的USB 2.0接口易为广大用户所接受。本文分别从软件和硬件两个部分介绍了该实验系统,软件部分使用VB编写,旨在实现车床主轴箱绝对振动信号测量以及振动信号频谱分析,车床模拟工件与刀架相对振动测量,精确读出车床主轴每分钟的转数;硬件部分主要包括调理电路板、USB2.0接口数据采模块和计算机等部分组成,首先介绍了USB体系结构和数据流的相关内容,然后着重介绍了选用CYPRESS公司生产的USB2.0芯片CY7C68013A来实现数据的传输和采集的模块部分,通过对CY7C68013A的GPIF和模数转换器的硬件接口电路设计,在Keil C51平台下编写CY7C68013A芯片固件程序,以及使用VC++6.0完成了该USB采集模块在Windows2000/XP下的驱动程序的设计和用户通用动态函数库的设计,实现了整个实验系统基于USB2.0接口下的数据高速采集和传输,解决了选用其他数据传输模式传输速度低和安装麻烦以及兼容性的问题。该系统具有以下六个主要的技术特点:①实用性强,针对实验而开发,在实验中可以获得对机床振动现象的初步认识,了解测量机床振动所使用的仪器及使用方法,并且获得对振动信号频谱分析以及对动平衡的概念有初步的认识;②自主设计制作的USB数据采集模块,硬件电路集成度高、功耗低、成本低,即插即用、兼容性强,使用USB总线供电无需外部供电等特点;③USB2.0数据采集模块使用通用可编程接口(GPIF)模式控制外部电路时序完成数据的采集、传输功能,时序控制更加精确,使用图型界面对GPIF接口编程易于调试,大大缩短了开发周期;④把同步信号作为1个数据位和AD转变后的12位的数字量同时通过GPIF接口的16位数据总线读入,确保了同步信号和模拟信号同步采集;⑤USB接口模块采用DMA传输模式,解决了USB芯片的增强型8051对数据传输速度的限制,完全能满足300K～5M频率范围下采集的数据快速稳定的传输;⑥USB2.0数据采集模块与PC机的通讯采用通用函数动态库封装,保证了该模块在不同编程平台下的通用性,易用性。该USB数据采集模块已达到了商品化,批量生产的条件。在深入地研究了机床振动测量、USB总线原理和信号采集和处理的基础上,作者成功研制了基于USB2.0接口的机床振动测量实验系统,并在对USB2.0接口的数据采集模块进行了USB设备兼容性、传输速率、数字I/O等性能的测试,其各项指标都达到了预期的要求。在文章的结尾对课题进行了总结,对整个实验系统软件和硬件部分,尤其是USB2.0接口的数据采集模块在当前设计上提出了一些改进的方法,对实验系统的功能的扩展进行了展望。