数据采集卡是计算机控制系统的重要组成部分之一,用于实现传感器、执行器等与控制器的连接。基于USB总线的数据采集卡以其快速、通用、即插即用等优点,成为数据采集卡的重要发展趋势之一。本文设计并实现了一款USB2.0数据采集卡,具有集成度高、功能丰富、采样精度较高等优点。论文采用基于C8051F320和C8051F060双MCU的硬件设计方案。C8051F060主要负责数据的采集,C8051F320主要负责USB通信,双MCU之间通过快速I/O口和握手信号线并行通信。C8051F060内部集成有丰富的外设资源,包括两个16位A/D、一个八通道10位A/D、两个12位D/A、多个16位定时／计数器及PCA等。利用厂商提供的交叉开关配置向导工具对上述外设的输入、输出引脚进行了前期规划和配置,为功能的丰富提供硬件基础。采集卡能采集包括模拟电压信号、频率信号和数字开关量信号在内的多种信号,并能输出模拟电压的控制信号和PWM波。利用片内的16位高精度A/D,实现了0-5V标准电压信号的高精度测量。双MCU的设计方案简化了系统的硬件结构,提高了系统集成度,主要设计的电路包括电源电路、USB通信电路、MCU基本工作电路、USB采集卡功能扩展电路、双MCU并口通信电路、信号处理电路及其他通信接口电路等。双MCU的硬件设计方案也降低了软件设计的难度,主要包括下位机双McU的固件程序设计、USB设备驱动程序设计和上位机应用程序设计三部分。利用配置向导工具快速生成了系统初始化代码,实现了多通道模拟电压信号的同时采集和采集结果的初步处理和存储。根据设计的时序,通过握手信号线的配合实现了双MCU并行通信。充分利用USBXpress Development Kit中的下位机固件API函数库、通用设备驱动程序和上位机动态链接库,实现了基于C8051F320的USB设备开发。编写了上位机测试应用程序,将多通道采集的结果同时显示到了上位机。最后对设计的USB数据采集卡进行了实际运行测试,实现了同时采集显示10路模拟电压信号,且.采集实时性较好。借助于Matlab软件工具,利用多项式曲线拟合,以高精度数字多用表为基准,对设计的采集卡的采集误差进行了校正,取得了较好效果。