基于USB2.0 FPGA的数据采集系统设计开题报告

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1. 研究目的与意义

随着科学技术的快速发展和数据采集系统的广泛应用，人们对数据采集系统的速度、精度、易操作性以及实时性的要求也在不断地提高。通用串行总线USB作为一种新型的微机总线接口规范，以其使用方便、易于扩展、速度快等优点而被广泛地应用于数据采集系统中。现场可编程门阵列FPGA最大的特点是结构灵活，开发周期较短，适合于实时信号处理，己被广泛应用于通信、数据采集、图像处理等诸多领域。本课题拟充分利用USB和FPGA的上述优点，设计一种基于USB2.0技术和FPGA技术的数据采集系统，使系统体型更加小巧，性能更加优越，真正具有高精度，高速率，即插即用的特点。

2. 国内外研究现状分析

数据采集系统起始于20世纪50年代，1956年美国首先研究了用在军事上的测试系统。由于该种数据采集测试系统具有高速性和一定的灵活性可以满足众多传统方法不能完成的数据采集和测试任务，因而得到了初步的认可。大约在60年代后期，国外就有成套的数据采集设备产品进入市场，此阶段的数据采集设备和系统多属于专业的系统。20世纪70年代中后期，随着微型计算机的发展，诞生了采集器，仪表同计算机溶于一体的数据采集系统。20世纪90年代至今，在国际上技术先进的国家，数据采集技术已经在军事，航空电子设备及宇航技术，工业等领域被广泛应用。由于集成电路制造技术的不断提高，出现了高性能，高可靠性的单片数据采集系统（DAS）。目前有的DAS产品精度已达16位，采集速度每秒达到几十万次以上。数据采集技术已经成为一种专门的技术，在工业领域得到了广泛的应用。

3. 研究的基本内容与计划

本课题的研究内容就是设计一款基于FPGA和USB2.0的数据采集系统。该系统充分利用了USB2.0使用方便，易于扩展，速度快的优点以及FPGA结构灵活，开发周期短的优点。研究计划是1.完成数据采集系统的与芯片的选型和硬件设计方案。2.FPGA控制部分的VHDL代码设计。FPGA芯片在整个数据采集系统中起着核心控制的作用，利用FPGA高速灵活的控制特点来完成信号数据的传输、指令控制和时钟信号传送的功能。3.USB2.0驱动程序和部分固件程序及顶层应用软件的设计。4.根据系统的设计方案，绘制整个电路的原理图和PCB文件，最后制作整个系统的硬件平台。5.在硬件和软件平台都具备的条件下，对基于FPGA和USB2.0的高速数据采集系统进行软硬件的联合调试，测试系统的实际工作情况，检测是否满足系统的预期目标。

4. 研究创新点

1.采用USB2.0标准接口，使得数据采集卡具有安装方便、易插拔、高宽带，可扩展性好优点。

2.在充分了解微控制器在数据采集应用中的基础上，本设计采用了现场可编程门阵列FPGA取代传统的微控制器，不但克服了传统微控制器引脚少、处理频率低的缺点，而且使系统具有可编程性，易升级、易维护、信号处理速度快。