usb电信号测试

usb电信号测试（精选8篇）

usb电信号测试 第1篇

摘要：介绍了基于USB接口的心电信号数据采集系统，给出了该系统的硬件组成原理及软件设计方法。由于该系统使用了高性能的USB专用芯片CY7C64613，因而具有使用方便、即插即用等特点。与笔记本电脑相连即可构成移动式心电信号检测分析仪器，具有较高的实用推广价值。

关键词：USB;心电;数据采集

1引言

心电信号是最广泛的临床检查项目之一。心电信号数据采集系统是心电信号检查的关键部件，它能在较强的噪声背景下，通过电极将0.05～100Hz的微弱心电信号检测出来，然后经放大、A/D转换后送入计算机进行处理。计算机的使用使得该系统在信号分析、储存、打印等方面比传统的心电图机具有明显的优势。但采集系统与计算机的通讯接口都存在插卡插拔麻烦，安全性差，且扩展槽数目有限等不足。为此?本文提出的基于USB接口的心电信号数据采集系统使用了目前最为先进的USB接口技术，能够支持即插即用和热插拔功能。这是其它非USB接口无法比拟的。同时也可以与笔记本电脑相连以构成移动式心电检测分析仪。

2系统的硬件组成

2.1系统组成

图1所示为基于USB接口的心电信号数据采集系统的组成框图。图中?电极传感器检测到的心电信号经输入保护电路进行电压限幅、高频滤波后，再进行前置放大，然后经光电隔离后，再次进行电压放大，最后经干扰抑制电路消除干扰后，在多路模拟开关的控制下将其中某一路信号接入A/D。CY7C64613是带智能USB接口的单片机，通过它可以把A/D转接后的数字信号经USB接口传输到计算机。

下面就数据采集系统的抗干扰措施、信号放大及USB通信等问题进行重点论述。

2.2系统抗干扰

作为医疗器械的心电信号数据采集系统，由于其检测对象是低频、微弱的心电信号，干扰较大，因此?系统的抗干扰能力及安全可靠性至关重要。针对这种情况，本系统采取了多方面措施。图2所示为输入保护电路和高频滤波电路。其中输入保护电路是在每个电极和地之间加入两个并联的硅二极管以进行电压限幅，从而限制输入电压不超过±600mv，确保病人和仪器的.安全。高频滤波电路用于阻止高频干扰信号进入数据采集系统。本设计使用以FX101芯片为核心的低通滤波器。滤波截止频率为：

fc=1/[2p(R1R2C1C2)1/2]

使用光电隔离电路和干扰抑制电路可进一步提高抗干扰能力。干扰抑制电路包括50Hz干扰抑制电路和肌电干扰抑制电路。前者用来滤掉50Hz工频干扰(这是心电信号的主要干扰源)，它是一个无源RC双T网络。后者用来抑制电极与皮肤接触时引进的肌电信号，它是一个高载RC滤波器。

此外，还可采用软件滤波的方法。可通过在软件中设置50Hz干扰滤波和漂移滤波等程序来进一步提高系统的抗干扰能力。

2.3放大电路

放大电路也是设计重点之一。一般情况下，心电信号必须进行放大才能送往计算机进行处理。由于极化电压的影响，放大器的增益不能太高，因而本系统采用了前置放大电路和电压放大电路两级放大的方法。对前置放大电路的要求是：输入阻抗高、失调温漂小、共模抑制比高、输入噪声小。为此笔者选用了INA121芯片。INA121是TexasInstrumentsBB公司生产的低功耗仪器放大电路，性能优越，它的差模输入电阻为1012Ω，共模抑制比为106dB，输入失调电压为±200μv，输入失调温漂为±2μv/℃，输入噪声为20nV?Hz?1/2。前置放大电路的放大倍数设置为50。较小的前置放大倍数可以避免极化电压的影响。电压放大电路的放大倍数设置的较高(取为100倍)，则可以保证总的放大倍数。

2.4USB专用芯片的选择

目前各个厂商推出的USB芯片类型众多，功能各异。本系统选用Cypress半导体公司推出的EZ-USBFX全速系列中的CY7C64613-128NC芯片。EZ-USBFX系列芯片是带智能USB接口的单片机，它以8051为核心。对于复杂与繁琐的USB通信，该器件可提供EZ-USB固件函数库与固件架构，从而可大幅度地降低编写固件程序代码的困难程度。CY7C64613支持USB协议1.1，同时可支持12Mbps的全速传输。此外，它还带有增强版的8051核心和4kB或8kB的RAM，端点数量为32个，可采用智能型的USB核心程序。

3软件设计

本系统的软件设计包括三部分：固件设计、驱动程序设计、应用程序设计。

usb电信号测试 第2篇

（代码：3314）

第一部分考试说明

一、考试性质

《工程测试与信号分析》课程是为培养硕士研究生科学实验能力，提高实验技能，掌握实验理论与方法而设置的。国内许多高校都以学位课或选修课的形式开设了这门课程。因此将它列为博士研究生入学考试的内容之一。

它的评价标准是高等学校优秀硕士毕业生能达到的及格或及格以上水平，以保证被录取者具有基本的科学实验能力和理论分析能力。有利于今后进行博士学位的研究。

二、考试形式与考卷结构

（一）答卷方式：闭卷、笔试；试卷中所列题目全部为必答题。

（二）答题时间：180分钟

（三）参考书目：卢文祥、杜润生，机械工程测试·信息·信号分析，（第二版），华中科技大学出版社

第二部分考查要点

一、信号分析基础

测试、信息、信号的概念；信号分析基本内容。

信号分类；信号分析系统；信号的时域、频域分析；卷积与相关定理。

二、信息论基础知识

信号论与广义通讯系统；信源模型、信息熵、离散信源及熵、连续信源及熵；最大熵定理；信息与熵的守恒定律。

三、信息转换与传输

信息探测工程；新型传感器；信息传输过程中的干扰噪声。

四、模拟信号分析

调幅，调频；滤波器；信号的统计误差、均值、均方值的测量；概率密度分析。

五、数字信号分析

模拟信号离散化：采样、最化、编码，频混现象，采样定理，信号复原；截断，能量泄漏现象。

离散Fourier变换，DFT图解推演，数学表达式；DFT与FT之间的关系；FFT算法基本原理。

数字滤波原理；数字滤波器设计。

六、维纳滤波

维纳滤波；反滤波；预测反滤波。

七、同态滤波与时谱技术

同态滤波系统；解同态滤波系统；时谱技术。

八、信号的时频分析

短时傅里叶变换；小波变换。

九、信号分析设备

频谱分析仪；数字信号处理系统，类型，技术性能；频率细化分析方法。

十、机械工程中的信号分析技术

USB总线信号隔离的实现 第3篇

1 正常USB连接部件

一般情况下,一条USB电缆总是连接一个上游端口和一个下游端口。上游端口扮演主机的角色,下游端口扮演设备的角色。每个端口中都有一个USB收发器连接USB总线。即连接方式是:

USB主机电路←-USB收发器←-USB电缆←-USB收发器←-USB设备电路

USB总线隔离,实际上就是在USB正常通信的情况下,实现USB主机与USB设备之间电气绝缘,二者不能有任何电气连接。实现USB总线隔离,需要挑战三大难关:

1)隔离器必须始终是双向的,同时D+/D-也是双向的;

2)USB引擎没有提供任何方法以获得数据的传输方向;

3)隔离器必须兼容USB总线的上/下拉电阻机制。

2 通过RS232实现USB隔离

既然USB隔离很难实现,何不将USB接口整体从需要隔离的电路中分离出来?很多设备使用串行接口---如RS232,如果使用USB-RS232转换器,就可以在RS232总线上很容易地实现隔离:

USB接口←-USB-RS232转换器←-RS232隔离器←-RS232设备

通过这种方式把很难实现的USB隔离转变成很容易实现的RS232隔离。这样做的代价是失去了USB的兼容性,没有充分发挥USB的性能,传输速率不高等。尽管如此,这种方案对低速率的设备来说还是有一定吸引力的。

实现USB-RS232转换器的芯片有PL2303,FT232/245等。

3 通过SPI实现USB隔离

为了提高传输速率,可以不用RS232接口,改用速率更高的SPI接口。许多单片机提供SPI接口,这种接口的信号是高速单方向的,很容易实现隔离。通过使用带SPI接口的USB引擎可以方便地实现USB隔离:

USB接口←-带SPI的USB引擎←-SPI隔离器←-带SPI的单片机

USB引擎负责接收发送USB总线上的数据,也同时管理SPI接口的数据传输。当从USB总线收到数据后,转发到SPI接口;当SPI接口要发送数据时,也会转发到USB总线上。USB引擎内部配有缓存,使得SPI的速率独立于USB总线速率。USB引擎还能调整与USB主机的传输速度,以适应单片机的速度。即使使用非常慢的单片机,也不用担心会丢失数据。

这种方案提高了数据吞吐量,降低了USB隔离的实现难度,但并非真正意义上的USB隔离,USB主机上的USB驱动程序也并非用户设备的驱动程序。虽然有这些缺点,这种隔离方案对许多小型设备来说是非常合适的。

带有SPI接口的USB引擎芯片有MAX3420E等。

4 使用外部USB收发器实现USB隔离

有些单片机允许使用外部USB收发器,这给直接隔离USB总线创造了条件。USB收发器直接与USB总线的D+/D-相连,另外的3个输入信号和3个输出信号,经过隔离后可以直接与单片机的对应管脚相连,如图1所示。

这种方式以最小的延迟实现了USB总线隔离,光耦的数据传输速率等同于USB总线的速率,而且USB驱动程序就是用户设备的驱动程序。这种方案是真正的USB总线隔离,实现难度也不高,能有效降低开发成本。这是因为复杂的USB数据流处理任务由单片机完成了,单片机能直接给出数据传输方向。但是过多的光耦使得硬件成本上升,占用的板上空间也过多,这是该方案的不足之处。

支持外部USB收发器的芯片有PIC18F2455/2550/4455/4550等。

5 直接使用USB隔离芯片实现USB隔离

现在已经有公司在单个芯片上实现USB隔离的所有功能,如Analog Device公司的ADuM4160芯片。使用这样的芯片,可以在任何位置直接隔离USB总线。如在USB主机后面实现隔离,也可以在USB HUB前面实现隔离,甚至在USB电缆中间都可以实现隔离,如图2所示。

USB隔离芯片内部包含两个USB收发器、USB数据流处理部件、光耦等。其基本工作原理是:当一个USB接口出现了数据流,经过USB收发器并转发到数据流处理部件;数据流处理部件对其进行分析,找到SOP,使能数据输出;数据经过光耦耦合到另一侧USB数据处理部件,将其发送到收发器,最后输出到外部USB总线上。一旦数据流处理部件发现了EOP,立即禁止数据输出,收发器的输出驱动被关闭。所有的功能都在一个芯片内实现,占用的板上空间很少,但芯片价格稍高

6 使用无线传输实现USB隔离

无线传输很容易实现USB主机与USB设备的电气隔离,实现方案基本分3类:遵守无线USB规范的;遵守第三方无线规范的(如蓝牙,ZigBee等);自定义无线规范的。不管采用哪一类,基本框架式是相同的,即作为USB设备,通过无线传输实现两个或多个设备之间的数据交换。这种方案的特点是隔离容易,可以实现多点通信,传输距离可远可近,数据传输速率不高,容易被窃听,保密性差。

7 通过以太网实现USB隔离

现在以太网成为最常用的数据传输网络,利用以太网实现USB隔离,尤其是实现USB远距离传输和USB设备分享是很容易做到的。

这种方案的基本思路是:在一台电脑上安装一个服务端软件,把要分享的USB设备插到这台电脑的USB端口;在其它电脑上安装一个客户端软件,即可像访问本地USB设备那样访问远端服务器上的USB设备。

这种方案可以在局域网内实现,也可以在互联网上实现。这就意味着不同国家的用户可以相互分享对方的USB设备,也许这是USB传输的极限距离。

该方案的另一特点是不需要增加任何硬件,只要安装一个小小的软件即可。尤其值得一提的是这个软件可以在互联网上免费下载,免费使用。有兴趣的读者不妨看看这个网站:www.fabulatech.com。

这种方案的第三个特点是USB设备可以被任意多个用户分享,这是其它方案不具备的功能。

8 结束语

由于USB物理接口的简单性导致USB隔离非常困难,随着技术的不断进步,出现了形形色色的隔离方案,从早期的RS232、SPI间接隔离,到单片机的直接隔离,最后演变为单芯片实现隔离。

摘要：由于USB的物理层过于简单,而数据的传输又是双向的,且没有任何直接的方法得到数据的传输方向,故无法把双向传输的D+/D-信号分离成单向的两路信号,所以USB的隔离实现非常困难。该文讨论了六种USB隔离的实现方法。

关键词：USB,隔离,收发器

参考文献

[1]Compaq,Intel,Microsoft,NEC.Universal Serial Bus Specification 2.0.[J/OL].USB-IF.2000.4.

[2]Jan Axelson.USB Complete.[J/OL].Lakeview Research LLC.1999.

[3]MAXIM Integrated Products Inc.,MAX3420E Datasheet,2007,6.

[4]Microchip Technology Inc.,PIC18F2550 Datasheet,2009,10.

usb电信号测试 第4篇

关键词：USB声卡；LabVIEW；直流信号；I2S

作为多媒体计算机的基本硬件——声卡，其A/D转换功能已经成熟，而且被广泛作为数据采集器应用。目前主流声卡采样精度为16位，比普通12位的数据采集卡的采样精度还要高，而且采样频率也达到44.1K，完全满足低频信号的采集需要。USB声卡是近年流行起来的产品，其通过USB接口与计算机连接进行数据的录制或播放，A/D功能与电脑内置声卡相似。用声卡作为数据采集卡，不仅价格低廉，兼容性好、性能稳定、通用性强，软件特别是驱动程序升级方便，而且在LabVIEW软件中有现成的驱动程序，使用起来也十分方便。但是无论是电脑声卡还是USB声卡，都只能接受音频范围(20Hz~20k Hz)内的交流信号，不能对直流信号进行采集。这是声卡代替专用的数据采集卡的瓶颈所在。

鉴于声卡采集的这一局限，本文介绍了在LabVIEW软件环境下，结合USB声卡，通过添加外围电路实现USB声卡采集直流信号的功能，并给出了实验测试结果。

1 硬件组成与设计

该方法的硬件设计结构原理如图1所示。

硬件设计主要包括USB声卡芯片CM108外围电路、A/D芯片PCM1801电路和信号调理电路等三部分构成。直流信号由信号调理电路进入外置的A/D转换器——PCM1801，把模拟信号转变为I2S格式的数字信号，所得数据通过I2S总线传送给声卡，再经USB总线传送到PC机进行处理、显示，从而达到直流信号采集的功能。

1.1 信号调理电路设计

在信号采集过程中，若直接把直流信号输入到PCM1801的模拟通道，会出现直流信号被“湮没”的现象。因为PCM1801的模拟输入端是采用交流耦合输入，要使得直流信号顺利输入，必须去掉隔离电容。但去掉隔离电容，模拟输入端的电平会发生偏移。在与信号源直接相接时，信号电平不再适合此时PCM1801的输入电平范围要求了。因此需要在信号输入PCM1801之前将输入信号电平进行平移，提高到PCM1801的输入电平范围内。本文利用NE5532运算放大器对输入信号进行电平平移操作，并提供瞬态电流隔离功能，其电路图如图2所示。图中的参考电压VREF由PCM1801内部提供，其中NE5532采用±5V电源供电。

1.2 A/D芯片PCM1801电路设计

鉴于CM108内部只有一个ADC，支持单声道录音，其I2S数据输入也只接受单声道的数据，因此本设计采取了单通道采集。CM108内部ADC嵌入了低通数字滤波器，当直流信号经过滤波器后会完全被滤掉。鉴于这一情况，本文调用外部ADC对直流信号进行采集，含有直流信号的数据由I2S总线从外部传送CM108。I2S总线拥有3条数据线进行传输：1条双向数据传输线，1条命令选择线和1条时钟线。对应有3个主要信号：串行时钟SCLK，命令选择信号WS(LRCK)和串行数据SD。为了实现两个不同设备之间的数据传输同步，还增加一个主时钟信号MCLK。

要实现直流信号的采集，ADC的选择是关键。本文选用了PCM1801芯片作为外部的ADC。该芯片的采样频率为48K，采样位数16位，支持I2S格式数据输出。其最大特点就是可以通过硬件设置，关闭内部低通数字滤波器，允许直流信号通过，从而实现直流信号采集的功能，而且该芯片工作电压为+5V，可由电脑USB电源提供，使用方便。设计中PCM1801工作模式设置为从模式，所需要的时钟信号全部由CM108提供，其工作的外部电路如图3所示。

1.3 CM108音频芯片外围电路设计

CM108是高集成度的USB音频芯片，其内部嵌入了USB2.0接口电路，可把音频数据转变为USB数据流传送到PC机中进行相关处理。该芯片支持即插即用，PC机上无需任何驱动，十分方便。而且CM108可以通过硬件设置，关闭其内部的ADC，调用外部的ADC，可使声卡的采集功能得到进一步扩展，这也是本文的设计思路。CM108芯片支持16位的I2S格式数据输入，工作模式为主模式，能够向外提供I2S数据传输的时钟信号。外部ADC把含有直流信号的模拟信号转变为I2S格式的数字信号，数据再以I2S的数据格式传输到CM108内部由USB总线传送到PC机进行处理和显示。这样含有直流信号的数字信号就可以绕过CM108内部的低通数字滤波器而被采集到并传到PC机。CM108芯片电源直接由PC机USB接口+5V电源提供。

2 软件设计

考虑到USB声卡的软件驱动问题，本文选用NI公司LabVIEW软件来编写PC机采集软件。原因在于LabVIEW软件函数库丰富，配有声卡驱动节点，直接调用即可，无需再次编写，而且开发界面简单，图形语言编程，编程十分方便，再加上界面风格与传统仪器相似，人机交互界面直观友好。

鉴于以上情况，本文使用了基于LabVIEW环境下的虚拟示波器作为PC机的采集软件。它主要实现了数据的采集、存储以及实时信号的显示，其操作界面如图4所示，功能按键类似真实示波器，操作方法与真实示波器一样。

3 测试与结果

实验测试所需的信号由DS345信号发生器来产生，利用PC机上的虚拟示波器对输入信号进行记录、显示以及数据的储存。测试时，在DS345上设置波形、频率、幅度等参数。

首先直接输入直流信号，利用改进后的USB声卡对其进行采集，在电脑得到的图像如图5所示。图5(a)是-0.1V的直流电压信号，图5(b)是+0.1V的直流电压信号。由图可以看到直流电压信号很好地得到了采集，而且图像平直，噪声干扰影响也比较小。图表中每一格代表电压大小为0.1V。

设置Upp—0.2V、f—100 Hz的三角波信号，并在原信号加上0.1V的直流偏置电压，输出混频信号，运行虚拟示波器程序，观察PC机上显示的波形。测试过程中，分别利用原电脑声卡和改进后的USB声卡进行采集，比较所得到两组波形，如图6所示。图6(a)是电脑声卡采集到的波形，可以看到三角波形没发生偏移，因为电脑自身声卡采集不到含有混频三角波信号的直流成分；而图6(b)是改进后USB声卡采集得到的波形，清晰地看到三角波形向上平移了0.1V，说明实现了混频三角波信号的直流成分的采集。

4 结束语

本文设计基于虚拟仪器环境下，采用LabVIEW语言编写PC机的信号采集程序，结合USB声卡芯片CM108，利用I2S总线通过硬件设置扩展了外部ADC——PCM1801，扩展了USB声卡的信号采集功能。改进后的USB声卡与普通声卡相比，采样频率达到了48K，采样精度16位，不仅采样频率和采样精度得到了提高，而且也克服了直流信号被滤掉问题，初步实现了直流信号采集功能。同时本设计结合虚拟仪器的实验平台，安装方便，成本低廉，在采集低频低压信号实验中得到很好的应用。

作者简介

何日光(1989-)，男，硕士研究生，主要研究方向是信息技术在物理实验中的应用。

铁路信号测试系统论文 第5篇

铁路信号测试系统论文【1】

【摘 要】随着铁路技术的飞速发展，铁路信号系统越来越复杂，设备间和信号间的相关性越来越大，这使得实际中出现的故障呈现复杂化和多样化。

为了更好的发现和诊断故障，保障铁路安全、高效运行，因此研究开发一种新型铁路信号测试系统是十分必要的。

【关键词】铁路信号;测试系统;安全

0.引言

铁路信号系统，通常是由多种机电设备组成的复杂控制系统，对铁路运行的安全、高效、快捷起着重要作用。

为了更好的发现和诊断故障，保障铁路安全、高效运行， 因此研究开发一种新型铁路信号测试系统是十分必要的。

信号设备是铁路运输的耳目，对行车安全关系很大。

它分为信号、联锁设备和闭塞设备三类。

为了保证设备质量，铁路信号设备所命名用的器材和配件，必须符合部颁标准。

当变更设备结构时，须经铁道部批准。

1.对各类信号设备安全的共同要求

各种信号均须符合下列各项要求：①除与机车车辆发生直接相互作用的设备如车辆减速器、限界检查器等以外，信号设备的任何部门不得侵入现行国标 GB146-59规定的建筑接近限界(包括曲线部分的加宽)。

②所有信号设备的安装，均须符合批准的安装标准图和设计图的要求。

③信号设备的联锁关系，必 须与批准的联锁图表一致，并满足《铁路技术管理规程》的要求。

④各种基础或支持物不应有影响强度的裂纹，安装稳固，其倾斜限度不得超过10mm。

信号机柱 应垂直安装，其倾斜限度不应超过36mm。

⑤各种信号设备的机械部分和电气特性，都应符合规定的技术标准。

⑥对设有加锁、加封的信号设备，均应加锁、加封 或装设计数器。

⑦铁路信号设备及其电路，应保护在发生故障时导向安全，以免出现危及行车安全的后果。

⑧凡与交流电源引入、架空线(包括架空线电缆接入)及 轨道电路等外线连接的信号设备，必须设置外部防护设施(雷电防护、安全地线等)。

⑨在交流电力牵引区段的防护要求：a为了保证人身安全，信号设备外缘距接 触网带电部分的距离不得少于2m;b距接触网带电部分5m范围内的金属结构如信号机构、梯子、安全栅网以及继电器箱箱体、转辙握柄等均须接地。

c同一设备接地时，严禁既接向牵引轨条或扼流变压器中点，又接向专用地线。

2.对各类信号设备的具体安全要求

2.1对信号(装置或显示)的安全要求

①对信号的基本要求是显示明确，有足够的显示距离，当发生故障时能给出最大限制的显示，保证行车安全。

②信号机(含表示 器，下同)的显示方向，应使接近的列车或车列容易辩认信号显示，并不致被误认为邻线的信号机。

信号机的显示，均应使其达到最远。

曲线上的信号机，应使接近的列车能尽量不间断地看到它的显示。

③各种信号机及表示器的显示距离，在正常情况下应符合下列规定：a.进站、通过、遮断、防护信号机，不得少于 100m;b.出站、进路、预告、驼峰、驼峰辅助信号机，不得少于400m;c.调车、矮型出站、复示信号机，容许、引导信号机及各种表示器，不得少于 200m;在地形、地物影响视线的地方，进站、通过、预告、遮断、防护信号机的显示距离，最少不得少于200m。

④各种信号机开放后，均应按《铁路技术管 理规程》规定的条件，在列车或车列运行的适当时期及时关闭，若恢复定位状态。

⑤进站、出站、进路、通过和防护信号机的灯光熄灭、显示不明或显示不正确时， 均应视为停车信号。

⑥色灯信号机的机构及灯光配列形式，应符合规定的标准。

以两个基本灯光组成一种信号显示时，应在一条垂直线上，并应有一定的间隔。

由两 个同色灯光组成的一种信号显示时，其颜色一致。

2.2对联锁设备的安全要求

为保证站内的列车运行、调车作业安全，站内正线、到发线上的道岔，及联锁区范围内的道岔，均须与有关信号 机联锁。

区间内正线上的道岔，也必须与有关信号机或闭塞设备联锁。

①各种联锁设备均须满足下列安全、要求：a.当进路上的道岔开通位置不正确、或敌对信号 机未关闭时，防护该进路的信号机不能开放;信号机开放后，该进路上的.有关道岔不能扳动，其敌对信号机不能开放。

b.正线上的出站信号机未开放时，进站信号 机不能开放为通过信号;主体信号机未开放时，其预告信号机不能开放;色灯复示信号机应保证不间断地检查主体信号机的开放条件。

c.装有转换锁闭器、电动或 电空转辙机的道岔，当第一连接杆处的尖轨与基本轨间有4mm及其以上间隙时，不能锁闭或开放信号机。

②电气集中联锁设备还应保证下列要求：a.当机车车辆 通过道岔时，该道岔不能转换。

b.向有车占用的线路排列列车进路时，有关信号机不能开放。

c.能监督道岔是否被挤，并能在挤岔的同时，使防护该进路的信号 机自动关闭。

3.对闭塞设备的安全要求

①区间内正线上的道岔必须与闭塞设备联锁，当区间道岔未开通正线时，两端站不得开放有关信号机。

②当列车或后部补机需由区间返回原发车站时，自动闭塞或半自动闭塞应设钥匙路签。

在钥匙路签未放入原设 备以前，掺有钥匙路签的列车或后部补机占用的区间，不得解除闭塞，出站信号机不得开放。

③自动闭塞设备应保证：当闭塞分区被占用或轨道电路失效时，防护该 分区的信号机自动关闭;当进站及通过信号机红灯灭灯时，其前一个信号机应自动显示红灯;当闭塞设备中任何元件或部件发生故障时，不得出现信号的升级显示; 在站内控制台上应有相应的区间情况的表示。

④继电半自动闭塞设备应满足下列要求：①出站(或通过)信号机开放的条件是，单线区间在得到对方站的同意接车信 号后，双线区间在得到对方站的列车到达信号后。

②电锁器联锁的车站，操纵发车手柄(或按钮)后，电气集中联锁的车站，出站信号机开放后，均不能按正常办法 取消闭塞。

③列车从发车站进入区间后，出站信号机应自动关闭，并使双方站闭塞机处于闭塞状态，在列车到达接车站以前不能解除，有关出站信号机，不能开放。

4.基于ARM9的通用铁路信号测试系统的研究

一种基于ARM9的通用铁路信号测试系统，用以帮助 工作人员发现和分析诊断故障。

整个系统分为两大部分，即基于单片机的前端采集部分和基于ARM9的主板部分，两部分之间通过双口RAM进行双机通信。

usb电信号测试 第6篇

实验内容：

实验1：基本信号分析，包括傅里叶变换及相关运算

实验2：传感器测量原理：

活塞压力计实验（必做），按静态标定方式进行3个循环测量并进行数据处理。温度传感器实验，电感式传感器实验，要求从中至少选择1个。

金属箔式应变计实验、光纤光电传感器实验、超声测距实验、电涡流传感器实验、霍尔传感器实验、电容式传感器实验，要求从中至少选择3个。

实验时间：10学时，其中实验一4学时，实验二6学时

实验形式：

实验1：每组不超过2个人

实验2：分组分别使用不同实验台进行实验，完成后，轮换至其他实验台实验，要求每组不超过2个人

各班级实验时间安排：

21班：第5、7、8、9、10周周一上午10:00-12:00

22班：第5、6、7、8、10周周五上午10:00-12:00

23班：第5、7、8、9、10周周一上午08:00-10:00

24班：第5、7、8、9、10周周五晚上18:30-20:30

25班：第4周周一上午08:00-10:00，周五上午10:00-12:00；第7、8、9周周三上午10:00-12:00 26班：第4周周一上午10:00-12:00，周二上午08:00-10:00；第7、8、9周周三下午14:00-16:00

27班：第5、6、7、8、10周周四上午08:00-10:00

28班：第5、6、7、8、9 周周二上午08:00-10:00

实验教师董韶鹏上课班级：21、23、27、28

实验教师张军香上课班级：22、24、25、26

学生实验课上网选择实验组步骤：

1、网址：211.71.14.172/zkzx2、登陆：登陆按钮在网页的右上角。初始用户名和密码均为学号，首次登陆后需更改密码，填写相关信息。密码修改后请牢记，后面上传实验报告，查看实验成绩都需要密码。

3、登陆后，单击主菜单的“选课系统”，可查看与自己相关的实验课程。

4、单击对应实验课程的操作里的“学生选课”，会列出实验课程的所有分组。每个学生会有一个默认的分组，如果实验时间不合适，可以自己调整（仅限第一个实验开始前调整），但需要首先退出原来的实验分组。

信号与系统测试实验心得体会 第7篇

姓名：武庆豪

学号：10210922 经过四周的时间，我们的信号与系统测试实验课画上了一个句号。可以说，信号与系统测试实验课是我们真正的开始接触这个学科，因为以前学的都是理论知识，学懂得仅仅是理论，而信号与系统测试实验课就给了我们这样一个将理论付诸于时间的机会，在这四周的实验课中，我收获了很多很多，也许会了很多很多。

可以说，这是我们第一次真正的进实验室，初中的实验室都是那些很简单的器材，以前也对大学的实验室充满了好奇，很想亲自送到实验室去体验体验。然而，进了实验室我才发现，实验室并不像我的那样好玩，恰恰相反，实验室需要很严肃认真，来不得丝毫的玩笑。每一个实验都要求很严格，只有认真的预习好实验的原理与具体操作方法，然后在实验时按照要求完成每一个步骤，才能够完成实验任务。每一个微小的错误都有可能导致数据不准备，得不到正确的结论，所以在做实验的时候必须有一个严谨的态度。

在这短短的四周时间了，我们一共做了四个实验。分明是“信号的观察与分类”、“非正弦周期信号的频谱分析”、“信号的抽样与恢复（PAM）”、“模拟滤波器实验”。通过这四个实验，我们基本上将所学的信号与系统的知识得到了全面的应用。

“信号的观察与分类”实验中各种常用的信号，这就要求对常用信号的波形特点及产生方法有所了解。经过第一次的实验课，我不仅对各个常用信号的波形有了更深刻的了解，也对信号的产生有了一定的认识。在这个试验中，还用到了示波器，进过这次试验，基本了解了示波器的使用方法，各个按钮的功能，还有如何利用示波器显示出需要的信号。

“非正弦周期信号的频谱分析”实验中要求我们队非正弦周期信号的离散型、谐波性、频谱特性等有一定的了解，以及如何测试非正弦周期信号。在这个实验中，我接触到了频谱仪和DDS信号源。频谱仪是一个很精密专业的仪器，能在本科阶段就接触到频谱仪我们真的很幸运，经过老师的讲解，对频谱仪的使用有了初步了解，并借助频谱仪得到了非正弦周期信号的频谱；DDS信号源也是以前所没有见到的，现在了解了这是一个产生各种信号的信号源。经过这个实验，对非正弦周期信号的频谱有了深刻的了解，也了解了傅里叶变换的本质。

“信号的抽样与恢复”实验中，了解到了抽样信号的产生过程，以及如何从抽样信号恢复到原信号。在其中还对理想低通滤波器的知识起到了复习的作用。通过实验，了解了完整的PAM电路组成和抽样与恢复的进行过程。

“模拟滤波器实验”实验中，涉及到了有源低通滤波器、高通滤波器、带阻滤波器、带通滤波器，以及各种无源滤波器。在这个实验中主要应用的是巴特沃兹滤波器。通过实验，清楚地认识了各种滤波器的结构还有滤波特性，以及频响特性。

信号与系统测试实验，看似没有什么难度，应用的知识也都是学习过的知识。但是真正的操作起来却一点都不简单，或者说有很多很多的困难。第一次做实验时，连最简单的示波器的使用都不清楚，想要将实验做出来简直不可能，示波器上的按钮很多，只有清楚地了解了每个按钮的功能和应该什么时候使用，才能够正确的使用示波器，同样，在第二次试验中用到了频谱仪，这是我们以前听都没听说过的，现在就要用来进行实验，虽然老师讲解了使用方法，但是初次使用还是会犯各种错误，甚至一些很低级的错误。很多的时候仅仅是一个按钮的错误，就会根本观察不到输出信号，或者输出的信号并不是我们所需要的信号，可见要正确的使用一个仪器是多么的不容易。

我们以前几乎没有进过实验室，刚刚做实验，对一些实验中的技巧还不是很了解，对如何才做不是很熟悉，因此每个实验都要做很长时间，这是对我们耐心的考验，很性情，我们都经受住了考验，我也觉得经过每次三个多小时的实验，我更有耐性了，我知道，做实验要耐得住性子，做任何的科学研究都需要耐得住性子，所以在信号与系统测试实验中得到的锻炼对我们以后的发展很有好处。上理论课是学习知识，上实验课是对动手能力的考察，也是对所学知识的考察，只有掌握了学习过的知识，才能够将学过的知识很好的运用到实验中，并且经过实验对所学知识有更深刻的了解。我认为，实验课比理论课的收获更大，因为理论课基本上是老师一个人在讲，我们是在被动的接受，而在实验中，我们每个人都要亲自动手去做，必须要掌握一定的知识才能进行实验，所以我们会去主动的学习知识，来将实验完成，这样的方式学得的知识更能够牢固的掌握。实验课还锻炼了我们的动手能力，每一个电路的连接，每一个实验器材的使用，每一个数据的记录，每一张图的画出，都需要我们亲自动手去做，这都极大地锻炼了我们的动手能力。在这个过程中，我发现了自己的动手能力很差，画出来的波形图或是频谱图等等都很难看，我也在不断的改进自己，是自己能够有所提升。

理论总是理想化的模型，实验才是真正的实际。在每个实验中，都会出现误差，在这几次的实验中，我学会了数据的处理，学会了误差分析。通过将实验数据与理论值的比较，对一个数据的准确性有了判断。当然，在操作过程中会出现一些错误，得到一些错误的数据，经过理论分析，我知道了要舍去错误数据，保留有效数据。每一次实验的误差分析总能叫自己收获一些，或是学着如何将数据处理求均值，或是将器材如何的改进会使测量更精确。

可以说，实验课是很累的，同时，也是收获最大的。每次实验课都要将近三个半小时，每次的三个半小时，都是对我们对知识的了解程度和动手能力的考察和提升，也是对我们耐性的锻炼。每次上完实验课我都会有很累的感觉，但同时也有很充实的感觉，因为通过这几次的实验课，我对学过的信号与系统的知识有了更加深刻的认识，对很多以前不理解的东西有了一定的理解，也加深的对所学知识的印象。信号与系统的实验课使我第一次对实验室有了了解，对科学实验有了了解，对很多实验器材有了了解，我从中收获了许多许多，有些是知识层面的，有些是其它层面的，但它们无疑会对我以后的发展有很大的帮助。

usb电信号测试 第8篇

关键词：Usb,测试,复合设备,传输模式,驱动

1 引言

一个成功的Usb设备控制器需要完善的Usb测试方案,而完整的测试一个Usb设备控制器,需要分别对功能和性能进行检测。功能是前提,就是测试特定配置下Usb设备能否正常工作,具体到实际上就是数据传输能否完成,传输是否正确;性能建立在功能之上,即Usb设备正常工作情况下数据传输的速度和稳定性,因此主要讨论对Usb设备功能的测试。

2 Usb特性划分

要了解需要测试哪些功能,需要先分析Usb设备控制器的特性,在协议层上,一个Usb2.0的控制器具有如表1所示的特性。

3 测试方案讨论

3.1 Usb设备测试节点划分

由表1中Usb设备特性可以看出,一个Usb设备按功能层次从高到低划分如图1所示。

对Usb设备的功能测试,需要覆盖图1中5个测试节点:

1)速度模式。目前产品应用上主要是高速和全速传输,因此我们把设备配置按速度分成两大类进行测试。

2)端点号。一个Usb控制器最多可以有0~15五个物理端点,其中端点0专用于控制传输,端点1~15另外三种传输模式都支持,并且支持在不同的时间配置成其中任意一种传输模式,所以每个端点在传输模式上面一层监测。

3)控制传输。Usb设备接入主机后即进行设备枚举过程,使主机得到设备的端点和传输模式等配置信息,并使设备得到主机分配的地址。而该过程即为端点0与主机间的控制传输过程,因此通过检测设备枚举正常与否即可判断控制传输是否正常。

4)其余三种传输模式。设备枚举成功后,设备与主机间的数据传输根据设备的具体功能,遵循这三种模式中的一种,比如u盘遵循bulk传输,Usb接口的视频采集设备和音响遵循ISO传输,Usb鼠标键盘都是遵循Intr传输。这样也需要分别对这三种传输模式进行测试。

5)端点传输包大小(MaxPkgSize)。Usb设备端点从主机处接收数据和向主机发送数据是以数据包的形式进行的,而每次发送的数据包的大小就是MaxPkgSize,大多数的Usb设备控制器,端点0的包大小确定为64字节,其余端点都可按照Usb协议的规定,在配置端点传输模式的同时,选择适当的包大小,当然,每次传输数据包越大,整体传输速率就越快。

3.2 Usb测试架构

文中Usb测试主机端选用安装Windows操作系统的PC机,这样整体测试环境就分成了三个部分:

最底层就是运行在测试板上的Usb设备驱动程序,主要完成对Usb控制器的配置并在该配置下与主机进行测试性的数据通讯。例如:可以设计一个设备驱动程序,配置该Usb设备为高速传输,生产商id为开发者想Usb开发者论坛申请的id号,产品id由开发者自己决定,设备类型为自定义类,配置端点0包大小为64字节,并把物理端点1配置成两个逻辑端点,既支持bulk传输的数据收,又支持相应的数据发,包大小为512字节。这样当设备插入主机并与之顺利进行设备枚举,并且主机给设备分配了地址n,那么主机就会知道,该设备的通讯地址是n,而且开启了端点1可以进行bulk传输。但是因为我们开发的是测试模块,规定的设备类是自定义,主机发送数据和向设备要求数据仍然需要再上层测试模块的支持,这样就到了中间层和第一层。

Usb驱动程序分为两类,标准驱动程序和用户自定义驱动程序,标准驱动程序是Usb开发者组织已经规定好并且在通用操作系统上业已嵌入的驱动程序,支持通用Usb设备类比如Usb大容量设备类:u盘,人体工学类:Usb鼠标,键盘,音视频设备类:Usb视频头。这样我们开发时只需要按照相应的协议文档处理主机发来的命令和请求即可实现这些通用设备类的功能了,而这些通用设备都不需要再设计主机驱动,并且只有一部分需要设计应用程序。

用户自定义类,顾名思义是当开发者需要实现特殊的Usb功能时,自己设计主机驱动程序和主机应用程序的设备类。从Usb测试的复杂要求来看,我们只能自己设计主机驱动和应用程序,以实现Usb测试的完整覆盖。

主机驱动和应用程序的实现步骤并非研究的核心内容,因此这里仅简单介绍二者开发的步骤和注意事项。

1)主机驱动:windows系统下的主机驱动开发多采用开发套件win.ddk+win.driver studio,ddk提供主机驱动所需的开发库,而driver studio作为一个友好的图形界面驱动架构生成工具,提供了Usb驱动开发选项,开发者只需填入驱动支持的Usb设备生产商id,产品id,端点0的包大小,启用的其他端点的端点号,启用传输模式,即可生成一个简单的Usb设备驱动框架,供开发者根据自己的要求修改。

2)应用程序:需要采用主机驱动文件中的interface.h头文件,该头文件里提供了驱动程序的类型码DEFINE_GUID,用于得到DevInterface供CreateFile()函数生成设备HANDLE。而应用程序与主机驱动的通讯由DeviceIoControl实现,该接口函数除需要设备HANDLER,还需要interface.h头文件中的操作码,这样通过DeviceIoControl传到主机驱动的数据才能被正确的处理函数收到并进行处理。应用程序除与主机驱动进行通信外,还要设计与设备协商的规范,这个规范就类似于通用Usb设备类的命令规范了。

3.3 测试复杂度给三个测试模块带来的压力

Usb协议规定一个Usb设备逻辑分层为:Usb deviceUsb configurationUsb interfaceUsb endpoint,从Usb device向下每一层都可以包含多个下一层结构,而Usb大多数应用都是采用单configuration,单interface下对应多endpoint的一般性配置结构。

从之前测试节点的分析来看,要完成对一个Usb设备,假定这个设备控制器设计上包含0~4五个端点,支持高速和全速传输,支持所有的传输模式以及相应的包大小,要实现完全覆盖测试,在设备驱动部分:如果采用一般性配置,单接口对应四个端点,并且对高速传输每种传输模式测试四种包大小,全速传输每种模式测试一种包大小,那么需要生成的驱动数目为(高速)((传输模式数目3)*(包大小种类4))+(全速)((传输模式数目3)*(包大小种类1))共15个,也就是说,需要编译至少15个二进制文件下载到测试目标板运行才能实现完全覆盖测试。

如果说设备驱动程序的数目已经说明了Usb控制器测试的复杂度,那么上层的Usb测试主机驱动和主机应用程序的开发则会更加复杂。因为要完整测试三种传输模式,如果采用单接口配置,那么需要准备三个主机驱动程序,每个驱动程序测试一种传输模式,而因为每个驱动程序均需要按照Usb设备的生产商id和产品id号分配DEFINE_GUID,一方面设备驱动向主机传送的产品id号需要按传输模式配置成三种,一方面主机应用程序与任一种主机驱动通讯时都要通过相应的DEFINE_GUID生成设备HANDLE,这样整个测试结构便如图3一样复杂。

4 Usb复合设备简化测试的讨论

如此复杂的测试结构必然带来更复杂的测试流程,对于一次流片几千片的产量不具有可实施性。分析测试复杂性原因,关键点在于设备的三种传输模式,当设备任一端点的传输模式确定后,在主机层,由于主机驱动的数据传输是通过Usb urb(即每次传输的数据块)的形式进行的,包大小和速度模式均与主机驱动无关,只要设计urb大小大于等于该速度和传输模式最大包大小就可以了,而对速度和包大小的测试完全可以通过主机命令的形式传递给设备驱动让设备驱动去设置。可以看出,问题的突破点在于能否让一个主机驱动集成三种传输模式,或者说,可以在三种传输模式中做任意选择。

因此考虑使用Usb协议的多接口特性,即Usb composite device(Usb复合设备),根据Usb协议的定义,一个Usb设备可以被配置成多个接口,而每个接口又可以配置成多个Alternate Setting,该特性体现到Usb设备枚举过程中传递的Usb描述符上就是Usb InterfaceAssociation描述符和Usb Interface描述符,InterfaceAssociation描述符中bInterfaceCount项告诉主机该设备接口数目,而Interface描述符中的bInterfaceNumber和bAlternateSetting分别告诉主机存在接口号为bInterfaceNumber和该接口下配置号为bAlternateSetting的配置。整个Usb设备枚举过程如下:Get Usb Device Desc(without Addr)–Set Addr–Get Usb Device Desc(with Addr–Get just Config Desc–Get All Config Desc(Config Desc+InterfaceAssociation Desc(告诉主机有4个接口)+Interface Desc(接口0,配置0)+Endpoint Desc(端点1,传输模式ISO)+Interface Desc(接口0,配置1)+Endpoint Desc(端点1,传输模式BULK)+Interface Desc(接口0,配置2)+Endpoint Desc(端点1,传输模式INTR)++Interface Desc(接口3,配置0)+Endpoint Desc(端点4,传输模式ISO)+Interface Desc(接口3,配置1)+Endpoint Desc(端点4,传输模式BULK)+Interface Desc(接口3,配置2)+Endpoin Desc(端点4,传输模式INTR)–[+Get String Desc]--Set Config。这样4个接口分别对应4个端点,而每个接口的三个配置分别对应需要测试的三种传输模式,当主机需要测试任一端点的任一种传输模式时,只需要发送Usb标准主机命令Set_interface让设备在驱动层调整寄存器配置满足相应传输模式,就可以进行数据传输测试。

设备驱动层的简化带来上层主机驱动结构的改变,最大的改善就是只需要一个主机驱动即可以实现覆盖测试了,这里要提到几个必需的ddk库函数:

1)KUsbLowerDevicE类中m_Lower.Initialize(this,Pdo),初始化一个KUsbLowerDevice类m_Lower;KUsbInterface类中的m_Interface.Initialize(KUsbLowerDevice,InterfaceNumber,ConfigurationValue,Initial Interface Alternate Setting),初始化一个KUsbInterface类m_Interface,接口号为InterfaceNumber,属于配置ConfigurationValue,初始化接口配置号是Initial Interface Alternate Setting;这几个函数都在在Usb主机驱动加载后即运行。

2)KUsbInterface类中的m_Interface.SelectAlternate(AlternateSetting),使能接口m_Interface的配置AlternateSetting。

在主机驱动初始化函数中,通过上述第一组函数创建并初始化四个接口类,那样就可以通过四个驱动操作码调用第二组函数对相应四个接口的配置进行选择,在主机应用程序上层,可以自行设计协商过程通过主机驱动对设备驱动进行操作,图4是一个自定义协商示例,当然开发者也可以根据自己的情况做相应调整。

如果按照这种测试方案,重新分析之前的Usb测试,测试四个端点,并且对高速传输每种传输模式测试四种包大小,全速传输每种模式测试一种包大小,整体测试程序架构就为:

设备驱动:1个;主机驱动:1个;应用程序:只需要从一个驱动classid创建驱动处理handler;

可见采用优化的方案后测试代码复杂度大大简化,实际操作性也得到了体现。

5 测试拓展分析

5.1 测试数据选择

Usb数据包传输过程中,实际最可能发生的是crc错误,Usb控制芯片开发中常常出现设备给主机发送数据或者设备从主机接收数据过程中crc16错误导致数据传输失败的情况,因此可以对包大小为PkgSz的数据传输准备(216*PkgSz)的数据,即从第1个包到第216个包的crc16结果可以顺序覆盖所有0到0xffff的数据,这样可以实现对Usb crc16的完全覆盖。

5.2 从测试功能向产品开发的实现

Usb composite设备实现测试的优势同样可以体现在产品的开发上,如果开发者用心设计测试主机的自定义协商过程,使其具备健壮性和可移植性,那么在产品开发时完全可以以测试架构为蓝本做进一步设计,这无疑缩短了产品开发的周期。

6 结论

成熟的产品开发需要完善的产品测试体系,Usb设备作为一种协议复杂,功能多样化的设备,如何实现对其功能性的完整测试是每个Usb开发者需要认真思考的问题,探讨应用Usb复合设备的概念简化了整个Usb测试的架构,为Windows测试平台上Usb测试提供了一个选择,而Linux平台上的测试方案,仍然值得去进一步探讨。

参考文献

[1]Intel,Lucent,Microsoft,NEC,Philips.Universal Serial Bus Specification Revision2.0[S].2000.

[2]Intel Corporation.USB Interface Association Descriptor Device Class Code and Use Model.Revision1.0[S].2003.

[3]Intel Corporation.USB ENGINEERING CHANGE NOTICE.Title:Interface Association Descriptors,Applies to:Universal Serial Bus Specification,Revision2.0[S].2004.