1. 研究目的与意义
随着Internet在诸多领域的广泛应用，促使资源共享的程度不断提高，网络控制逐渐成为一种流行趋势。本课题结合高速通用串行总线(USB)所具有的传输速度快、支持热插拔、即插即用等优点，并利用现场可编程门阵列(FPGA)和高速A/D转换芯片设计了一种高速的数据采集与远程监控系统。 本文阐述了传统的数据采集与数据传输方式的不足之处，确定采用通用串行总线技术这一数据传输方式，并利用FPGA可自由编程、处理速度快的优点，使用硬件描述语言VHDL，采用自顶向下的设计方法，分模块编写USB接口芯片的固件程序及整个数据采集系统的时序控制程序，并将这些程序下载到FPGA，产生其硬件控制电路。讨论了利用设备驱动程序开发工具WinDrivet辅助开发IJSB设备驱动程序。在Visual C 环境下编写应用程序，打开USB设备读取、处理、显示数据，利用基于TCP/IP协议的Socket网络编程原理，编写客户朋艮务器模式的人机界面，实现所采集数据的远程传输与监控。本文完成的基于USB接口的远程数据采集系统，可以使用户通过网络在客户计算机上对运行于控制现场的服务器计算机上的控制系统发出命令，及时调整现场控制系统的运行状况，达到远程控制数据采集、提高资源使用率和削减应用成本的目的。
2. 国内外研究现状分析
通用串行总线usb是1995年康柏、微软、ibm、dec等公司为了解决传统总线不足而推出的一种新型通信标准。该接口具有安装方便、高宽带、易于扩展等优点，已逐渐成为现代数据传输的发展趋势，现在的各种计算机外围设备都逐渐采用usb总线进行数据传送。
国内基于usb的产品品种很多，从低速的鼠标、键盘到mp3/pda/数码相机、高速的数据采集卡等,usb技术已经在信息家电网络产业运用成熟。在工业控制领域，usb的应用也得到了快速发展，许多实时数据采集系统、图像传输系统、数控系统、测控仪、多道分析器等都采用了usb技术。usb以其易用性、兼容性和可扩充性得到了越来越广泛的应用。usb接口数据传输距离不大于5米，目前主要应用于计算机周边外度设备。
目前通用串行总线用于将usb外围设备连接到主机上，通过pci总线与pc内部的系统总线连接，实现数据传送。同时usb又是一种通信协议，支持主系统与其外设间的数据传送。usb总线目前有三种协议，有usb1.0、usb1.1、usb2.0。usb1.0速度较低，usb1.1支持两种传输速度，低速1.5mbps和高速12mbps,在usb2.0中其速度提高到480mbps.
3. 研究的基本内容与计划
本论文在研究usb总线技术的基础上，充分利用当今的网络技术，提出了一种基于usb接口的远程数据采集系统方案。所研究的主要内容如下：
（1）数据采集系统的硬件电路设计，包裹信号输入时的模拟多路开关，信号调理电路，模数转换器和usb接口器件之间的电路的连接，电路连接时对模拟地和数字地的处理，以及根据各个元器件对电源电压的需求，提供匹配的电源
（2）充分了解usb协议，在fpga芯片上利用硬件描述语言vhdl，编写usb接口芯片的固件代码。数据采集通道的软件设计，主要完成对模拟多路开关，a/d转换器和usb接口之间数据传输的时序控制。
4. 研究创新点
论文所设计的基于USB2.0总线技术的数据采集系统具有14位分辨率，单通道250KHz采样频率和30Mbps传输速率。系统不仅实现了数据的采集、传输和保存数据的功能，并且具有热插拔、即插即用、便携式的特点，达到了预期的效果。
