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虚拟仪器技术是仪器技术和计算机技术深层次相结合的产物，由于其灵活的操作方式、测量的准确便捷、强大的数据处理功能和优异的性能价格比而受到越来越广泛的应用。数据采集是信息科学的一个重要分支，在电子技术学科中有着举足轻重的作用。USB是计算机的一种通用串行接口，特别是USB2.0协议的问世以来以其热插拔、传输速率高等特点受到了广泛的欢迎。本设计正是在上述三种技术不断发展的前提下产生的。本文介绍了USB 2.0数据采集卡的基本设计方法，实现了以数据采集为核心的虚拟数据采集系统的软硬件设计，研究了多通道模数转换、实时数据采集和存储、USB接口技术和数字信号处理等方面的问题，并分别从硬件电路设计实现和软件程序编写上对这些问题进行了深入探讨。最后，作出了实际的样机，并通过大量的试验调试最终达到了设计性能指标。文章对USB 2.0实时数据采集卡的硬件设计和实现从多通道采集、逻辑控制器和USB协议相关电路三部分进行了详尽的研究。简化了传统USB数据采集卡的硬件电路，在满足功能的情况下少用了一块控制器和一块存储器芯片，降低了电路的复杂度和成本，更加适合实际的应用。软件部分是虚拟仪器中十分重要的部分，也是虚拟仪器优势之所在。本设计从数字电路控制、USB固件程序、驱动程序以和主机应用程序四个部分的程序编写及相关的算法进行了全面的介绍。数字电路控制部分对多通道选择和对AD、FIFO的控制使用了相互使能的工作方式来协调工作；通过USB固件程序，USB芯片传输数据时工作在Slave FIFO模式下，可以完成USB高速的传输；应用程序除正常的控制、数据处理等功能外，增加了“鼠标电压跟随”、“显示波形”等人性化直观化的功能。最后本文叙述了调试过程中出现的一些问题以及解决方法，并给出了测试的结果，证明了设计满足最初的设计要求。