本采集系统的设计构建了一个基于USB接口的多功能通用数据采集、传输平台，将嵌入式系统的实时性、灵活性和PC机强大的数据存储、处理、显示功能结合起来。该采集系统在智能仪器仪表、测控系统、工控系统等领域有广阔的应用前景。
    系统总体结构包括：单片机与USB接口模块、FPGA模块、信号调理及A/D模块。其中，单片机外围电路相对简单，整个系统主要通过PC机的程序界面控制操作；USB接口负责与PC机通信；FPGA模块负责完成数据的采集与缓存。本设计的目的是构建以PC机为平台的数据采集系统，单片机的功能仅限于接收PC机的命令、控制FPGA工作。PC机作为整个系统的人机界面，控制整个数据采集系统进行采集、存储和处理。
    采用FPGA进行采样控制的最大特点是系统具有重构性和通用性。设计中采用了Altera公司的低成本FPGA的Cyclone系列，控制高速A/D芯片以20MSPS的速度采样。FPGA模块的设计具体包括FIFO、单片机接口、A/D控制接口、DMA控制模块和主控制器等子模块的设计。PC机采集程序使用VC++实现，直接调用Philips公司提供的驱动程序进行数据读写，大大降低了开发难度与风险。本设计中，PC机端软件设计包括应用程序的界面设计、多线程数据采集、存储与处理模块的设计，以及与USB底层驱动程序的通信动态链接库的设计。USB接口芯片ISP1581具有体积小、高速、与单片机的接口相对简单等特点。除了控制端点外，ISP1581还有7个输入端点和7个输出端点。
    USB通信完全由PC主机发起。在这种结构下，固件总是一直在等待主机命令，再根据命令去执行相应的程序。固件的基本思想是采用模块化设计，分成 main.c等7个模块。单片机端程序主要包括初始化模块，外围Flash、EEPROM、RAM、液晶显示器、按键等的读写控制模块,USB接口芯片固件模块,A/D采样工作模式、速度以及采样数据的读写的FPGA硬件控制模块等。本设计的指导思想是：充分利用PC机和嵌入式系统的优点，对MCU端的要求尽量简化。USB作为一个通信接口，首先必须完成配置，然后才能进行用户数据的发送/接收，在循环中必须随时检查是否有主机的配置命令。
    FPGA模块划分为A/D接口、FIFO、单片机接口、DMA接口控制、主控制器等模块，其中设置了一些可以单片机写入的寄存器。A/D的采集速度，FIFO的空、满、数据写入、读出速度都可以灵活配置。整个模块以Verilog语言写成，稍加修改可以同各种A/D芯片接口。FPGA在与单片机信号的接口过程中，使用了同步设计的方法。即首先对单片机的I/O信号进行采样同步化，获得各信号上升、下降沿的时刻，输出同步脉冲，然后在这些时刻点处根据同步脉冲的出现与否来控制系统进行动作。
    USB接口具有连接方便、无需外接电源、即插即用、支持热插拔、动态加载驱动程序等特有优点，在主机和数据采集系统之间可以实现简单、快捷、可靠的连接和通信。本设计应用ISP1581USB接口芯片与FPGA技术，构建了一个使用灵活的通用数据采集系统。此系统在智能仪器以及工业自动化等众多领域中必将有广泛的应用前景。