基于usb接口的数据采集与传输系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种基于USB接口的数据采集与传输系统，包括数据测量仪与计算机，其不同之处是还进一步包括信号调理电路、模数转换器、可编程逻辑控制器和USB微控制器；其中信号调理电路的输入端连接被测信号的输出端，信号调理电路的输出端经模数转换器连接至可编程逻辑控制器的AD控制接口；可编程逻辑控制器的数据传输控制接口经USB微控制器与计算机的USB接口相连接。本实用新型能够实现大量数据的稳定可靠传输，具有安装方便、扩展性强、支持热插拔、即插即用、传输速度快等优点。
【专利说明】基于USB接口的数据采集与传输系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于数据采集及双向数据传输【技术领域】，具体涉及一种基于USB接口的数据采集与传输系统。
【背景技术】
[0002]随着低成本高性能的计算机资源普及运用、大规模集成电路技术和通讯技术的飞速发展，数字化测量平台逐渐成为测量仪器的基础。所有测量测试仪器的主要功能由数据采集与控制、数据分析与处理、结果的表达与输出三大部分组成。数据采集和传输系统在现代测量仪器及科技研究中发挥着重要作用，对数据传输的实时性和便携性的要求不断提高。计算机具有强大的数据处理能力和显示界面设计能力，配合嵌入式系统的实时性和灵活性设计，通过计算机和嵌入式系统之间的数据互通传输，在多种领域中具有广泛的应用前景，如便携式数据采集卡，视频监控，虚拟仪器测量，工业控制系统等应用，都需要高速实时的数据传输支持。
[0003]为了保证数据测量仪与计算机所构成的数据采集和传输系统之间数据传输的可靠性，目前测量仪器与计算机之间主要采用并行传输接口和串行传输接口等传输可靠性较高的接口来实现数据的传输。虽然串行传输接口和并行传输接口满足了可靠性的要求，但在进行测量数据的传输时，仍然存在着以下不足:1、并行传输接口和串行传输接口的数据传输速率比较低，无法满足高速传输需求；2、并行传输接口和串行传输接口安装不便、扩展性差、不支持热插拔和即插即用；3、随着计算机的更新和普及，大部分已经不配置串行接口和并行接口。
实用新型内容
[0004]本实用新型所要解决的是现有测量数据传输系统传输速率低、扩展性差、不支持热插拔和安装不便的问题，提供一种基于USB接口的数据采集与传输系统。
[0005]为解决上述问题，本实用新型所设计的一种基于USB接口的数据采集与传输系统，包括数据测量仪与计算机，其不同之处是还进一步包括信号调理电路、模数转换器、可编程逻辑控制器和USB微控制器；其中信号调理电路的输入端连接被数据测量仪输出的测信号，信号调理电路的输出端经模数转换器连接至可编程逻辑控制器的AD控制接口 ；可编程逻辑控制器的数据传输控制接口经USB微控制器与计算机的USB接口相连接。
[0006]为了能够直观的显示数据测量仪所采集到的数据，本实用新型还进一步包括输出调理电路和数模转换电路；可编程逻辑控制器的随机存储器经过数模转换电路连接至输出调理电路的输入端，输出调理电路的输出端与外部示波器连接。
[0007]在本实用新型中，所述数据测量仪为USB便携式数据采集卡。
[0008]在本实用新型中，所述可编程逻辑控制器的型号为EP2C5T144C8。
[0009]在本实用新型中，所述USB微控制器的型号为CY7C68013A。
[0010]本实用新型不是简单地将数据测量仪与计算机通过USB 口直接进行连接，而是通过在数据测量仪与计算机之间增设一个以信号调理电路、模数转换器、可编程逻辑控制器和USB微控制器结合而成的硬件桥梁，来保障数据测量仪与计算机之间的数据传输畅通。这样能够将原有运行在计算机中的程序转移到FPGA中运行，即数据测量仪采集到的数据能够在可编程逻辑控制器中进行简单处理和存储后再通过USB微控制器传输至计算机中进行更进一步的处理与分析；这样有效减少了可编程逻辑控制器的负担，提升了数据测量仪与计算机之间的可靠性和数据传输速率，并使得本系统能够实现大量数据的稳定可靠传输；此外，由于本系统采用USB接口实现数据传输，因此也具有USB接口所具有的安装方便、扩展性强、支持热插拔、即插即用、传输速度快等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为一种基于USB接口的数据采集与传输系统的系统原理图。
【具体实施方式】
[0012]一种基于USB接口的数据采集与传输系统，如图1所示，其主要由数据测量仪、计算机、以及连接在数据测量仪和计算机之间的信号调理电路、模数转换器、输出调理电路、数模转换电路、可编程逻辑控制器和USB微控制器组成。其中信号调理电路的输入端连接数据测量仪被测信号，信号调理电路的输出端经模数转换器连接至可编程逻辑控制器的AD控制接口。可编程逻辑控制器的数据传输控制接口经USB微控制器与计算机的USB接口相连接。可编程逻辑控制器的随机存储器经过数模转换电路连接至输出调理电路的输入端，输出调理电路的输出端与外部示波器连接。
[0013]在本实用新型中，所述可编程逻辑控制器(FPGA)的内部主要由NIOS II软核处理器、以及与NIOS II软核处理器相连的AD控制接口、先入先出阵列(FIFO)、数据传输控制接口、随机存储器(RAM)和DDS控制器组成。其中AD转换器的输出端连接AD控制接口的输入端，AD控制接口的时序控制端与AD转换器连接。AD控制接口的输出端连接先入先出阵列的一输入输出端，先入先出阵列的另一输入输出端与USB微控制器相连。DDS控制器的输出端连接随机存储器的输入端，随机存储器的输出端与数模转换器的输入端连接。本实用新型优选实施例采用Altera公司的CYCLONE II系列FPGA作为核心处理器，型号为EP2C5T144C8。可编辑逻辑控制器使用JTAG接口电路下载程序，采用EPCS4串行配置芯片，具有4Mbit容量，外扩SDRAM作为系统运行内存。50MHz外部时钟进入FPGA后经过锁相环(PLL)模块倍频后，产生IOOMHz时钟作为NIOS II系统的工作时钟。在FPGA内部采用SOPC技术设计NIOS II软核控制器。FPGA内部需要实现的功能模块有A/D数据采集控制模块，FIFO数据存储和读取控制模块，USB数据传输控制模块，DDS波形产生控制模块，在一块芯片内部完成这些模块设计，可以节省设计成本，减少信号干扰，达到良好的设计效果。基于FPGA内嵌NIOS II软核进行传输逻辑控制，简化电路设计，方便系统维护和更新。
[0014]本实用新型所选用的USB微控制器的型号为CY7C68013A。该USB微控制器在上位机的控制下，可以在计算机机和FPGA设备端之间进行大量数据的传输，数据传输速度较快，可靠性高。
[0015]本实用新型可以应用在虚拟智能仪器及便携式通信传输系统等领域中，即本实用新型所使用的数据测量仪可以为多种，但在本实用新型优选实施例中，所述数据测量仪为USB便携式数据采集卡。
[0016]本实用新型通过计算机发出控制命令。可编程逻辑控制器作为系统的主控制器件，负责协调和控制各部件的工作。计算机发出的控制命令通过USB微控制器传送到可编程逻辑控制器控制端，可编程逻辑控制器根据计算机命令执行相关的数据传输任务，即将被测信号经信号调理电路的调理和模数转换器的模数转换后送入可编程逻辑控制器的随机存储器中进行存储，或将可编程逻辑控制器中存储的数据经USB微控制器传输至计算机中。
【权利要求】
1.基于USB接口的数据采集与传输系统，包括数据测量仪与计算机，其特征在于:还进一步包括信号调理电路、模数转换器、可编程逻辑控制器和USB微控制器；其中信号调理电路的输入端连接数据测量仪输出的被测信号，信号调理电路的输出端经模数转换器连接至可编程逻辑控制器的AD控制接口 ；可编程逻辑控制器的数据传输控制接口经USB微控制器与计算机的USB接口相连接。
2.根据权利要求1所述基于USB接口的数据采集与传输系统，其特征在于:还进一步包括输出调理电路和数模转换电路；可编程逻辑控制器的随机存储器经过数模转换电路连接至输出调理电路的输入端，输出调理电路的输出端与外部示波器连接。
3.根据权利要求1或2所述基于USB接口的数据采集与传输系统，其特征在于:所述数据测量仪为USB便携式数据采集卡。
4.根据权利要求1或2所述基于USB接口的数据采集与传输系统，其特征在于:所述可编程逻辑控制器的型号为EP2C5T144C8。
5.根据权利要求1或2所述基于USB接口的数据采集与传输系统，其特征在于:所述USB微控制器的型号为CY7C68013A。
【文档编号】G06F13/38GK203773539SQ201420124931
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年3月19日 优先权日:2014年3月19日
【发明者】江明珠, 李德明, 徐庆富 申请人:桂林电子科技大学信息科技学院