在现代工业生产和科学研究中,对数据采集和频谱分析的要求日益提高,基于USB2.0总线的数据采集卡,由于其具有安装简单,即插即用,抗电磁干扰,不受计算机插槽的限制等优点逐渐得到广泛应用。此外,原来基于傅立叶变换的谱分析方法,由于受到观测点数的限制,无法达到高频谱分辨率,正逐渐被现代谱分析方法中的参数模型和特征值分解算法所取代。因此研究基于USB2.0的数据采集和高分辨率谱分析系统有着重要的理论与实践意义。论文针对振动信号检测中数据采集和频谱分析的需要,设计了一种基于USB2.0的数据采集和谱分析系统。该系统能够多通道连续采样,单通道最高采样率可达400ksps,并具有结构简单、成本低、可靠性高等优点。在硬件电路设计部分,论文首先分析了USB2.0数据传输的基本原理和USB2.0接口芯片CY7C68013的性能和特点,然后给出了具体硬件设计方案,并对AD7899的控制时序及硬件电路设计原理做了深入研究。在软件设计方面,主要从四个方面阐述了该系统软件编程思想:一是配合外围逻辑电路实现最大传输速率和运行效率的固件程序编程;二是主机设备驱动程序和固件下载驱动程序;三是以动态链接库形式封装的方便用户再开发的功能函数和作为数据采集卡演示的主机应用程序;四是作频谱分析使用的软件系统。最后,通过详细分析经典法谱估计分辨率低和现代法提高谱分辨率的根本原因,提出一种基于现代谱估计的改进算法,该方法通过更好的估计自相关矩阵来提高谱分辨率。并通过已知信号对整个系统进行测试,证实了该系统能完成多通道连续采样的可行性和频谱分析的准确性。