随着数据采集系统应用的场景越来越广,测量信号的类型越来越多样化,单一类型的数据采集卡已经不能满足实际需求,而且目前常见的应用在工业控制的采集卡接口都是PCI或CPCI的,不方便用于个人计算机。另外大多数采集系统最终都要重构动态模拟或数字信号,因此数据反馈输出也和数据采集一样重要。所以为了满足数据采集的多样性,本文设计并实现了一种基于FPGA的USB多功能数据采集卡,使数据采集向更多的应用场景渗透。本文设计的低功耗数据采集卡和上位机通过USB总线供电和通信,系统功耗仅1.5W。具体功能和指标如下:能通过16位精度的ADC实现对16个单端(或8个差分)模拟信号输入通道的采集,并支持每个通道独立配置±0.2V～±1OV多种输入范围,信纳比高达88.2dB,单通道最高速率500 kS/s;能通过16位精度的DAC实现2个通道模拟信号输出±1OV电压和偏移量调整;还有16个能配置为多种功能如定时器、计数器、频率发生器的数字输入输出通道。为了方便使用,本文还设计了一套专用的上位机软件,能对模拟和数字信号的输入输出进行配置和控制,能实时显示和储存采集结果和数据波形。本文设计的数据采集系统,在实现和国外数据采集卡例如NI-USB6212比拟的高性能的同时,降低了采集系统价格,可以实现进口替代,弥补国内数据采集系统的不足。本文首先介绍了数据采集系统的研究背景及发展现状。然后,介绍了系统的功能、指标和整体框架,并分析总结了设计中多功能、高性能、低功耗的三大难点。此后,将系统分为ADC、DAC、数字IO、USB四个功能模块详细阐述了不同功能模块的硬件电路设计、FPGA程序设计和上位机软件设计。最后,搭建了系统的软硬件测试平台,利用仪器对各个主要功能和指标都进行了测试,还采集了实际的声音信号,测试结果表明整个系统能够正常工作,满足系统功能和指标要求。