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基于USB和LabVIEW的数据测控系统设计

作 者: 郭栋
导 师: 张文超
学 校: 杭州电子科技大学
专 业: 电子与通信工程
关键词: 测控系统 USB总线 STM32 LabVIEW
分类号: TP274
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
下 载: 25次
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内容摘要


在科学研究工作中经常需要对被测对象进行定性了解,测控系统是人类实现测量和控制任务的基本工具,研究开发高性能的测控系统具有很高实用价值。总线接口是测控系统重要组成部分,通用串行总线USB(Universal Serial Bus)具有即插即用、使用方便、高传输速率等其他接口总线无法比拟的优点新一代基于Cortex内核的嵌入式微处理器,因其低成本和强大性能,被广泛应用于测控领域。随着计算机技术的发展,虚拟仪器技术也在不断发展,虚拟仪器已经成为测控技术的发展方向。虚拟仪器的发展和应用,为测控系统提供了平台。通过LabVIEW实现数据测控,解决了传统仪器功能单一,灵活性差以及使用不便等缺点。本课题主要阐述了数据测控技术、USB技术、虚拟仪器技术,研究了基于USB总线和LabVIEW的数据测控系统。智能测控系统软件是智能测控系统的核心和关键,直接影响着智能测控系统稳定运行。本文从系统整体方案设计、硬件系统的设计与实现、软件设计分析等阐述了主要研究工作。采用ST公司基于Contex-M3内核的STM32系列微处理器,自行设计多路信号调理电路和传感器电路,实现了集AD转换、实时传输数据、实时控制等功能于一身的数据测控系统,可通过USB接口将数据实时传输至PC机,并能够接收上位机控制命令。通过解析USB CDC(Communications Device Class)类标准通信协议,在STM32处理器上开发了一种USB CDC类的类通信协议。通过LabVIEW的VISA控件实现PC机与USB设备的通信功能。PC作为上位机并用LabVIEW开发应用界面,实现了采集结果可视化输出,并能够对系统实时控制。把LabVIEW软件和USB总线的优点紧密结合起来,是实现数据测控与传输的理想方案。系统能够实现对光线强度、压力、温度、电压等模拟量采集,并能同时实现控制功能。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章 绪论  11-16
  1.1 课题选题背景  11
  1.2 测控系统发展现状、存在问题与发展趋势  11
  1.3 数据测控系统与接口技术介绍  11-14
    1.3.1 数据测控系统的输入和输出信号  12
    1.3.2 计算机接口技术的发展  12-13
    1.3.3 传统测控系统接口及其特点  13
    1.3.4 USB 接口技术发展及其优势  13-14
  1.4 本系统的特点  14
  1.5 论文组织架构  14-16
第2章 系统设计实现方法研究  16-21
  2.1 虚拟仪器概述  16-17
    2.1.1 虚拟仪器的基本结构及特点  16
    2.1.2 虚拟仪器技术与 USB 技术的结合  16-17
  2.2 测控平台总体系统设计  17-19
    2.2.1 数据测控系统构成  18
    2.2.2 USB 控制器选择  18-19
    2.2.3 基于 USB2.0 通用测控系统的设计思路  19
  2.3 STM32 的优势和特点  19-20
  2.4 系统关键性能指标  20
  2.5 本章小结  20-21
第3章 USB 通信协议应用  21-28
  3.1 USB 技术概述  21
  3.2 USB 数据流模型  21-22
    3.2.1 USB 主机和设备  22
    3.2.2 主机软件结构  22
  3.3 USB 通信模型  22-25
    3.3.1 USB 的事务和传输  23-24
    3.3.2 端点和管道  24-25
  3.4 USB 描述符和层次对应关系  25-27
  3.5 数据错误检测和恢复  27
  3.6 本章小结  27-28
第4章 系统的硬件设计  28-37
  4.1 ARM 处理芯片选型  28-29
  4.2 传感器模块电路  29-32
    4.2.1 光照传感器模块设计  29-30
    4.2.2 气体传感器模块设计  30-32
    4.2.3 其他传感器模块设计  32
  4.3 USB 接口电路设计  32-33
  4.4 电源模块、基准参考电压模块电路设计  33-34
  4.5 JTAG 测试接口电路设计  34-35
  4.6 硬件抗干扰设计  35-36
  4.7 本章小结  36-37
第5章 固件程序及驱动程序设计  37-47
  5.1 下位机固件开发环境介绍  37-38
    5.1.1 系统软件程序设计  37
    5.1.2 下位机固件程序设计  37-38
  5.2 USB 通信模块软件设计  38-42
    5.2.1 中断服务程序  41
    5.2.2 USB 通讯的执行过程  41-42
  5.3 A/D 转换程序设计  42-44
    5.3.1 过采样技术  43
    5.3.2 过采样技术在 STM32 上实现  43-44
  5.4 USB 驱动程序设计  44-45
    5.4.1 设备信息文件  44-45
    5.4.2 INF 文件处理过程  45
  5.5 使用 BusHound 查看 USB 通信  45-46
  5.6 本章小结  46-47
第6章 应用界面程序设计  47-60
  6.1 应用软件开发环境  47
  6.2 LabVIEW 开发平台介绍  47-48
    6.2.1 LabVIEW 数据流、数据线和数据类型  48
    6.2.2 LabVIEW 中的控制量与显示量  48
  6.3 上位机软件总体设计  48-55
    6.3.1 数据测控程序多任务运行机制  49-50
    6.3.2 LabVIEW 的生产者消费者循环  50-53
    6.3.3 数据采集模块设计  53-54
    6.3.4 控制模块设计  54
    6.3.5 数据处理模块设计  54
    6.3.6 历史数据回放设计  54-55
  6.4 系统调试  55-59
    6.4.1 单通道数据采集界面  55-57
    6.4.2 八通道数据采集、实时控制  57-58
    6.4.3 USB 通信速度测试  58-59
  6.5 远程发布  59
  6.6 本章小结  59-60
第7章 总结和展望  60-61
致谢  61-62
参考文献  62-65
附录  65

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统
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