传感器输出的模拟信号，经多路开关选通接入信号放大器，信号放大器能自动调整增益的大小，对输入的信号在A/D转换器的量程内进行信号放大，然后由ARM芯片控制进行A/D转换，再将转换后的数字信号送入嵌入式微控制器，由USB接口电路传递给PC机进行数据处理，同时将PC机端的客户应用程序发出的控制信号通过USB接口传送到以ARM芯片为核心的数据采集系统。
1.1 方案选择
1.1.1 USB接口芯片和主控制器芯片的选择
　　USB控制器有两类，一类是集成了USB接口的单片机，如Cypress公司生产的EZ-USB（基于8051）系列芯片CY7C68013、CY7C64613等；另一类是单独的USB控制器，如Philips公司的PDIUSBD12、ISP1581，NetChip公司的NET2888，National公司的USBN9603、USBN9604等。前种芯片虽然编程简单，但需要购置专门的开发系统，投资较大，并且单片机性能有限；后者的特点是价格低廉、连接方便、可靠性高，但其片上不带CPU，必须选择微处理器来进行协议处理和数据交换。本系统选择了片上不带CPU的性价比较高的USB2.0控制芯片ISP1581，它完全符合USB 2.0规范，速度可达480Mbps。采用ISP1581可以快速开发出高性能的USB2.0设备；同时为了满足速度要求，主控器芯片选择了高性能、低功耗的ARM芯片S3C44B0X。
1.1.2 信号放大电路和A/D转换芯片的选择
　　在高速数据采集系统中，现场输入信号是变化范围较大的高频模拟信号，如果采用单一的增益放大，则放大后的信号幅值有可能超过A/D转换的量程，所以必须根据信号的变化来相应地调整放大器的增益。本系统选用了AD8321这种频带宽、噪声低、增益可数控，且十分适合在数据采集系统作前置放大用的高频模拟信号调理芯片。高频模拟信号放大后被送到模数转换器中，S3C44B0X自身虽集成有8路10位ADC，但其内部集成的A/D转换只能输入0～100Hz的模拟信号，且没有采样保持电路，因此需要对其进行扩展。为了满足8路采集，选择了高速A/D转换芯片AD7829，最大转换速率2MSPS，转换时间为420ns。
1.2 硬件接口电路
　　本系统硬件接口电路连接如图2所示。

　　本系统利用S3C44B0X的PD口为双向口进行扩展，将AD7829的CONVST与S3C44B0X的PD1相连，用于产生转换脉冲；AD7829的EOC与S3C44B0X的PD0相连，用于产生转换结束信号。采集信号经A/D转换后，数据先存放在S3C44B0X的寄存器里， S3C44B0X先发控制信号再发数据给ISP1581，在此将ISP1581的缓冲区定义为8个，分别写入8路转换后的数据。而PC机通过USB接口与ISP1581连接，ISP1581负责分类和解释PC机发来的信号，具体操作流程如下：PC机发送给USB设备的数据以包的形式写入ISP1581的缓存中，当缓存被写满或数据发送完毕后，ISP1581就给ARM发中断信号，ARM响应中断信号进入中断服务程序执行相应的包处理。另一方面，USB设备不能主动向主机发送数据，只有当PC机要求USB设备发送数据时，ARM才将主机需要的数据写入ISP1581相应端点的缓存中。
2 软件设计
2.1 数据采集部分
　　数据采集是由S3C44B0X的PD口发出脉冲作为AD7829的转换脉冲CONVST，当AD7829转换结束时，EOC输出有效低电平，S3C44B0X接到有效电平后，发下一路地址，然后读数据。当AD7829的和信号有效时，在数据读入S3C44B0X的数据缓冲区的同时将下一路的地址打入，这样循环采集8路模拟输入，直到数据采集结束，本过程的流程图如图3所示。

2.2 USB部分软件设计
　　USB系统软件由固件程序、USB系统驱动程序和应用程序三部分构成。
2.2.1 固件程序的开发
　　固件程序实际上是置于微控制器内部的程序文件，用来辅助硬件完成通信任务。通过ISP1581的INT中断信号与微控制器S3C44B0X的EINT0中断口相连，当接收数据或发送数据成功时就会产生中断，固件程序的任务就是对这些中断进行响应，完成设备的配置，让USB驱动程序知道设备的能力，接收USB主控制器发来的数据和向主机发送数据。设备固件程序是设备运行的核心，本系统采用Keil C进行编写。SP1581的固件程序采用模块化设计，包括主循环程序、中断服务程序、USB标准请求处理和批量数据传送请求处理四部分。固件模块结构见图4。

2.2.2 应用程序
    应用程序包括Win32DLL程序和用户应用程序。Win32动态连接库包含共享函数库的二进制文件，可以被多个应用程序同时使用。客户应用程序则是实现数据采集系统功能的软件程序，在本系统中采用Visual C++进行编写。
2.2.3 USB系统驱动程序
　　USB系统驱动程序采用分层结构模型(WDM)，该模型定义了分层的驱动程序， USB设备驱动程序不直接与硬件对话，而是通过USB驱动程序接口将USB请求块提交到总线驱动程序进而完成硬件操作。从系统的角度来说，在USB设备插入主机后，主机检测到USB设备，读取设备描述符，然后主机根据设备描述符中提供的厂商ID和产品ID等，启用相应USB设备驱动程序，读取USB设备中的配置描述符、接口描述符和端点描述符，根据需要选择恰当的配置、接口和端点，确定传输方式。这一过程完成后，PC机与USB设备之间就能够进行数据传输了。
    USB总线的特点使其非常适合用作小型仪器与主机之间的通讯接口，实现主机与便携式仪器之间的简单、快速和可靠的连接。将USB接口应用到数据采集系统中，提高了数据采集系统的速度，增强了系统的抗干扰能力和数据传输的可靠性。本文详细介绍了基于ARM芯片S3C44B0X和USB2.0接口控制芯片ISP1581的数据采集系统的软硬件设计开发方案，设计开发过程较为繁杂，涉及到多方面的软件程序与硬件电路的联合使用，通过实验测试，效果良好。