基于USB总线的数据采集系统设计开题报告

1. 研究目的与意义

高速、便捷、网络化的小型仪器成为当今科学仪器发展的一个重要方向，这需要一种便捷、可靠的接口连接主机和下游仪器，从而实现仪器的智能控制和高速数据采集。 外设与主机的通讯接口以前一般是基于pci总线、isa总线、rs232串行总线或者是以太网。pci总线虽具有高的传输速度，支持“即插即用”功能，但其缺点是插拔麻烦，且扩展槽有限。isa总线显然存在着同样的问题，而且现有的大多数机主板已不支持isa总线。rs232串行总线虽然连接简单，但其缺点是传输速度慢，且主机的串行口数目有限。以太网有较高的传输速度、较远的传输距离且可带多个设备，但是它安装复杂、不支持即插即用和热插拔，同样不适合于便携式仪器的接口。usb具有较高的传输速度，支持即插即用和热插拔功能，同时设备的连接电缆最长可达2米，且通过集线器多层拓扑连接最多127设备，再加上低廉的价格，因此它成为便携式分析仪器微机接口的理想选择。

现代工业生产和科学研究对数据采集的要求日益上升，在瞬态信号测量、图像处理等一些测量中，都需要进行数据采集。现在通用的数据采集卡一般多是利用微机机箱内的pci插槽或isa插槽进行扩展。通过数据采集系统，可以简洁、通用化的硬件配合以相应的软件实现以往专用测试仪器的功能;完成“软件既仪器”的理念。

信息技术与电子技术的迅猛发展，使得计算机和外围设备也得到飞速发展和应用。过去人们单纯追求计算机与外设之间的传输速度，现在纠错能力和操作安装的简易性也成为人们关注的目标。usb通讯技术的出现，使高传输速度、强纠错能力、易扩展性、方便的即插即用，有机的结合在一起。usb设备需要依据usb协议进行数据的解包与打包，底层硬件设备与操作系统之间需要以驱动程序为桥梁。

2. 研究内容与预期目标

研究内容：

实现主机与小型仪器接口的方法，提出利用通用串行总线usb实现主机与小型仪器通信。主要包括以下几个方面：

（1）设计单片机的外围电路

3. 研究方法与步骤

认真研读任务书的要求，调研和收集设计过程中可能使用的资料、例图，熟悉单片机的基本原理，了解该单片机的硬件组成和结构，同时usb总线的运作流程，对照所收集的资料进行整体方案构思，整体系统框架设计，整体方案设计好后着手各部分的设计。对不明白的部分通过查阅资料，向指导老师请教，和同学讨论解决。具体分为以下步骤：

（1）设计整个系统的框架

（2）绘制出电路原理图

4. 参考文献

[1] 李全利，迟荣强，单片机原理及接口技术[m].北京:高等教育出版社，2004

[2] 许永和，usb接口完全解决方案[m].北京:北京航空航天大学出版社，2004.8

[3] 边海龙，贾少华，usb2.0设备的设计与开发[m].北京:人民邮电出版社，2004

5. 工作计划

（1）2022.2.20-2022.3.09查阅资料，撰写开题报告；

（2）2022.3.10-2022.3.30硬件功能分析，熟悉mcs-51系统指令及编程语言；

（3）2022.4.10-2022.5.01设计电路原理图、编制应用程序；