USB接口多路高速数据采集系统在LABVIEW平台的设计

　　引言

　　在日常的测试测量中，经常使用数据采集卡采集数据。但是很多数据采集卡往往通过PCI总线完成数据的传输，它有诸多弊端，例如操作不便，受限于计算机插槽数量和中断资源，现场信号对计算机安全有威胁，计算机内部的强电磁干扰对被测信号也会造成很大的影响，最耗时最复杂的数据分析却由用户通过第三方软件(如VC，VB等) 在PC机上编写上位机软件来完成，因此用户不得不在这方面花费大量精力。这些问题都遏制了基于PCI总线的数据采集系统的进一步开发和应用，因此迫切需要设计一种更为简便通用的高速数据采集通信系统来完成数据采集以及与计算机的数据交互。

　　近年来通用串行总线(USB)以即插即用等技术优势得到了广泛的应用，INTEL等公司最近公布了USB 3.0主控制器规范，该标准的数据传输速率有望达5Gbps，且支持双向同时传输，完全可以满足实时数据采集的要求。LABVIEW是美国NI公司基于图形化编程语言的虚拟仪器开发环境，内置信号采集、测量分析与数据显示功能，集开发、调试、运行于一体，其交互式的Express VI 易与各种范围的I/O信号连接，可以非常容易地与各种主流的现场总线通信以及与大多数通用数据库链接，大大简化了开发进程。如果根据DSP本身的特点，把DSP集成到采集卡上，并把数据采集和部分数据处理工作留给DSP来完成，然后计算机再利用LABVIEW强大的数据处理显示功能，这无疑将大大提高测量速度和精度。

　　系统总体设计方案

　　本文提出了一种基于LABVIEW的USB接口高速数据采集系统的设计，充分利用DSP丰富的片上外设以及高性能的数字信号处理能力，将采集的数据经DSP处理后通过高速USB接口传输到PC机上，通过LABVIEW软件按照用户的特定要求来处理并显示。

　　TMS320F2812型DSP芯片是TI公司推出的具有高速处理能力的高精度32位定点数字信号控制器，指令速度高达150MIPS，片内集成了模数转换器(A/D转换器)、脉宽调制电路、捕获单元、光电编码器、串行外设接口等模块，为进一步拓展DSP的应用领域提供了丰富的资源。本设计采用TMS320F2812芯片(DSP)作为数据采集与控制单元，以CYPRESS公司的高速USB接口芯片CY7C68001为基础，利用DSP片上A/D转换器采集数据，经处理后把数据通过USB总线传输至PC机，PC机接收到数据后按照用户的要求通过LABVIEW处理并显示数据。该系统主要有三部分组成：4通道被测信号调理部分、数据采集控制处理部分和上位机控制面板部分，系统总体框图如图1所示。

　　系统硬件设计

　　信号调理模块

　　由于被测输入信号范围为-15V~+15V，而DSP片上高速A/D转换器要求输入信号必须为0～3V,所以需要对被测信号进行调理。