工作模式、控制输入衰减继电器、配置程控放大器增益等任务。
2.4 USB接口设计
一个复杂测量系统往往需要进行多通道高速数据采集，能否将数据快速、稳定地传输至上位机将直接影响到后阶段的数据处理。USB总线具有较高的传输速率，支持即插即用和热插拔，使用USB接口的采集卡可方便与笔记本电脑、工业控制计算机、平板电脑等设备相连，具有较大的灵活性。Cypress公司的EZ-USB FX2控制器集成了USB2.0收发器、智能串行接口引擎（SIE）、增强型8051内核、4kB的FIFO存储器、FC接口以及通用可编程接口（GPIF），可以实现USB2.0协议的高速数据传输，理论最快可达480 Mb/s。本应用所选取的控制器型号为CY7C68013。
采集得到的多通道数据写入大容量FIFO中，为高速实时传输奠定了基础，USB数据在上位机和逻辑设备中传输，通常不需要FX2的CPU参与，而是通过FX2内部端点FIFO来传输，以达到较快的传输速率。本应用中数据单方向传送给上位机，因此只需要用同步方式写FIFO即可，接口连接如图4所示。IFCLK为接口时钟，由FPGA提供。FD[15：0l是FIFO的数据总线，FIFOADR[I：0]引脚选择EP2、EP4、EP6、EP8 4个FIFO与FD总线连接。当写入事件发生时FIFOADR[1：0]指向EP6，然后判断FIFO状态，如果满则等待，如果没满则读取数据到FD总线上，SLWR为写选通信号使能，数据在每个IFCLK时钟信号的上升沿被写入到FIFO。
FX2驱动程序使用Keil软件进行编写，提供USB设备的各种接口函数，为了加快开发速度，采用EZ-USB FX2系列的通用驱动程序框架。数据端口选用USB的EP6，命令端口选用EPl。FX2解析上位机传来的命令字，进而通过控制总线对FPGA发送指令，最终完成对硬件的操作。
3系统软件设计
3.1基于VC的动态链接库设计
本设计主要通过调用Windows提供的API函数实现对USB设备的操作，通过固定端点发送命令和接收设备的数据。动态链接库是USB端口和上位机软件之间的桥梁，通用性强。打开设备函数检查硬件并新建一个USB设备，接着初始化采集卡的采样率、采集模式等参数，开启采集之后即可通过获取数据函数读取数据。
3.2基于LabVIEW的上位机软件设计
LabVIEW是一种图形化编程语言的开发环境，被视为—个标准的数据采集和仪器控制软件，专为测量、数据分析、结果显示而设计，在测试测量技术领域得到了非常广泛的应用。本系统使用调用库函数节点模块来调用动态链接库，从而实现对底层的控制，这种方式面向应用设计，不必考虑底层的具体实现过程，尽可能发挥软件的作用，实现“软件即仪器”的思想。
软件系统结构如图5所示，参数设置包括输入衰减设置、程控放大器增益设置、通道数设置、采样率和采样点数设置。采集模式包括连续采集和固定采样点数采集，触发方式可以手动触发也可以由外部信号触发。数据处理部分添加了8阶的Butterworth型带通滤波器，阻带衰减较快，具有较好的通带平坦度，可以分别设置上下限截止频率，根据实际需要滤除带外干扰，方便观察目标通带内的信号。另外，如果希望观察信号的频谱，可以使能FFT分析模块。
软件开始后首先打开USB设备，接着进行采集参数的确认。开始采集之后软件就以包的形式不断读取数据，并将数据排入到队列当中。采用生产者消费者模式进行程序设计，读取数据和记录数据采用两个线程，文件存储模块读取队列将数据以二进制格式写入测量文件，显示模块将多通道数据送给波形图显示控件。
4系统测试
为测试数据能否正确传输，使用信号源产生峰峰值1 v的正弦波，16个采集通道同时采集该信号，采样频率设置为最高的144 kHz，采集软件可实时动态观察采集到的波形，不同通道使用不同颜色区分，16个通道采集波形相互重合，表现出较好的通道一致性。连续采集60 s期间，观察正弦波曲线一直保持连续，没有出现“阶跃”或者“跳点”现象，说明本系统可以保证多通道高速实时传输。
为测试仪器的噪声水平，将仪器输入端短路，设置采样频率32kHz，采样点数102400，不使用输入衰减，增益设置为8。采集得到的时域波形如图6所示，噪声峰峰值低于100μV，并且没有明显的直流偏移，说明采集系统具有较低的噪声水平。
使用Matlab对数据进行快速傅里叶变换（FFT）运算生成频谱如图7所示。除了在50Hz工频干扰点和个别干扰频点噪声幅值较强，本底噪声在100Hz～10kHz范围内优于0.1μV，1-100Hz范围内优于0.3 μV，说明仪器具有较强的弱信号检测能力。
5结束语
设计了低噪声模拟调理电路和24位多通道同步采集电路，经测试表明系统具有较强的弱信号检测能力，在最高144 kS/s的采样率下可以实现16路数据的实时传输、处理和显示。USB接口采集卡结合LabVIEW上位机软件的设计，既兼顾了采集精度的要求，又方便了仪器扩展和二次开发，为工业、医疗等领域的测试测量需求提供了快速、可靠的解决方案。
（编辑：李刚）