文献综述
本课题的现状及发展趋势：
数据采集(DAQ)，又称数据获取，是指传感器等设备从系统外部采集如温度、水位、风速、压力等物理量，将被采集数据转换成电讯号，并输入到系统内部的一个接口这一过程[1]。而数据采集系统就是基于计算机软硬件实现这一过程的整个测量系统。数据采集系统涉及数据采集技术、计算机技术、传感器技术和信号处理技术四大信息技术[2]。数据采集系统相比传统模拟系统具有数据采集通用性强、便于系统升级维护、采集精度高、抗干扰能力强、方便存储、可实现网络数据共享等特点[3]。
对数据进行采集，A/D转换，传输并处理已是现代工业生产、控制和科学研究中必不可少的组成部分。它是计算机与外部物理世界连接的桥梁。以数据采集系统为核心的设备在国内外被广泛应用，例如工业生产中的液位、频率、压力温度等数据采集系统；医学方面生物电采集系统；航天遥测、遥控的卫星数据采集系统；还有采集如绝缘介质状态、气象环境等其它信号的科研数据采集系统。 如今，数据采集也已经拓展到互联网及分布式领域，所以可以说数据采集系统渗透到生活的方方面面。
FPGA（Field-Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物[4]。FPGA具有可编程灵活性高、开发周期短、并行计算效率高的核心优点。它是作为专用集成电路领域中的一种半定制电路而出现的，可以快速成品，可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价[5]。既解决了全定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点[6]。自推出以来，FPGA后续的发展速度之快，超出大多数人的想象，近些年FPGA始终引领工艺技术潮流。
USB总线（通用串行总线，Universal Serial Bus）是由Intel、 Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、Northern Telecom等7家世界著名的计算机和通信公司共同推出的一种连接计算机系统与外部设备的总线标准，也是一种输入输出接口的技术规范。它基于通用连接技术，实现外设的简单快速连接，达到方便用户、降低成本、扩展PC连接外设范围的目的，如今已被广泛地应用于个人电脑和移动设备等信息通讯产品及其它相关领域。
最新的USB规范是USB 3.1，最大传输带宽为10.0Gbps，供电电压5V/12V/20V，供电电流1.5A/2A/3A/5A，最大供电100W。而USB3.0的最大传输带宽也高达5.0Gbps。因此USB3.0及3.1的高传输带宽和高功率满足如今扩大到以Gb、甚至Tb为单位的大容量高传输速度数据传输要求。相比USB 2.0接口，USB 3.0在原有4线结构（电源，地线，2条数据）的基础上，再增加了4条线路，用于接收和传输信号。USB 3.0采用异步传输主机控制的方式。利用了双向数据传输模式，而不再是半双工模式，简化了等待引起的时间消耗。因而USB 3.0在保持与USB 2.0的兼容性的同时，极大提高了带宽，实现了更好的电源管理，能够使主机为器件提供更多的功率，能够使主机更快地识别器件，数据处理的效率也更高[7]。
Verilog HDL是一种硬件描述语言，它以文本形式来描述数字系统硬件的结构和行为的语言，用它可以表示逻辑电路图、逻辑表达式，还可以表示数字逻辑系统所完成的逻辑功能。Verilog HDL硬件描述语言作为一种结构化和过程性的语言，其语法结构非常适用于从算法级、门级到开关级的多种抽象设计层次的数字系统建模。一个复杂电路系统的完整Verilog HDL模型是由若干个Verilog HDL模块构成的，每一个模块又可以由若干个子模块构成。利用Verilog HDL这种语言结构，数字系统就可以能够按层次来描述极其复杂的大型设计，并可在相同描述中显式地进行时序建模，对所设计的逻辑电路进行严格的验证。FPGA被称为可编程的“万能芯片”，它就是通过硬件描述语言（Verilog HDL或VHDL）进行电路设计，经过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA上进行测试，是现代IC设计验证的技术主流[8]。
通过设计信号调理电路、采样保持和A/D转换电路、FPGA控制电路、USB 3.0传输控制电路、和支持USB 3.0的计算机及存储设备，就能完成数据采集系统的硬件设计[9] [10]。再通过Verilog HDL进行硬件描述，就能对系统电路进行仿真调试，从而达到数据采集系统应该满足的技术指标，在计算机与外部物理世界之间建立连接的桥梁，最终实现嵌入式系统的实习性、灵活性和PC机强大的数据存储、处理、显示功能相结合[11] [12]。
