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雙通道同步高速數(shù)據(jù)采集器的設(shè)計(jì)

作者:荊成財(cái),王順杰,王潤(rùn)田 時(shí)間:2012-12-18 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

  摘要:本文設(shè)計(jì)了一種Windows操作系統(tǒng)環(huán)境下通過接口實(shí)現(xiàn)的同步高速數(shù)據(jù)采集器。該采集器利用FT2232H接口芯片完成上位機(jī)口與ADC轉(zhuǎn)換器件之間的數(shù)據(jù)通訊。采集器中設(shè)置有一個(gè)微處理器(),上位機(jī)通過口發(fā)布命令給數(shù)據(jù)采集器,可以控制采樣頻率、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度及數(shù)據(jù)傳輸速率等參數(shù)。該采集器設(shè)置有兩路同步工作的ADC,可實(shí)現(xiàn)信號(hào)高速采集,最高采樣頻率可以達(dá)到10MSPS。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/140190.htm

  引言

  作為信號(hào)處理的第一步,數(shù)據(jù)的采集傳輸成為影響系統(tǒng)性能的重要環(huán)節(jié)。RS232等傳統(tǒng)串口不僅難以滿足高速要求,且被主流筆記本所摒棄,而USB接口具有連接方便,高速,即插即用,支持熱插拔等優(yōu)點(diǎn),使其成為PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置,應(yīng)用范圍越來越廣。很顯然,利用USB標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器儀表輸出的模擬信號(hào)采集和數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)成為趨勢(shì)。梁鴻翔等人利用Cypress公司的USB控制芯片CY7C68013和同步數(shù)據(jù)采集芯片AD7862實(shí)現(xiàn)信號(hào)的同步采集傳輸,但其驅(qū)動(dòng)開發(fā)復(fù)雜,靈活性差等缺點(diǎn),限制了其應(yīng)用范圍。本文采用FT2232H作為USB協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片,連接兩路獨(dú)立的ADC,配套底層驅(qū)動(dòng),避免了驅(qū)動(dòng)開發(fā)的難題,而且靈活性好,可擴(kuò)展性高。

  系統(tǒng)組成

  本文數(shù)據(jù)采集器由,F(xiàn)T2232H接口芯片,兩路ADC(本文為ADC1173)和電源轉(zhuǎn)換電路等組成,其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示?! ?/p>

  本采集器以FT2232H接口芯片為核心,完成并行接口與USB接口之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。為控制單元,執(zhí)行系統(tǒng)初始化設(shè)置并接收由FT2232H下傳的上位機(jī)控制命令,根據(jù)相應(yīng)命令對(duì)兩路ADC進(jìn)行啟動(dòng)和停止采樣等控制,并設(shè)置ADC的采樣頻率。ADC采集的數(shù)據(jù)通過8位并行數(shù)據(jù)總線存入FT2232H的接收緩存FIFO中,經(jīng)協(xié)議轉(zhuǎn)換后通過USB接口傳到上位機(jī)進(jìn)行處理與存儲(chǔ)。MCU自帶的RS232口可以用于外部部件的低速數(shù)據(jù)通訊,比如海洋儀器設(shè)備的GPS接口數(shù)據(jù)等,增強(qiáng)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。

  系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

  系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包括電源部分設(shè)計(jì),各器件之間的接口設(shè)計(jì)和一些輔助電路設(shè)計(jì)。本文采用TPS54140電源芯片,外部24V電壓供電,轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)所需的3.3V。系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是FT2232H與ADC的接口設(shè)計(jì)和FT2232H與MCU的接口設(shè)計(jì)。

  FT2232H與ADC的接口設(shè)計(jì)

  FT2232H是FTDI公司生產(chǎn)的USB與并行接口協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片。其具有兩個(gè)多用途的UART/FIFO控制器,每個(gè)控制器擁有8K字節(jié)緩存(發(fā)送和接收各4K字節(jié)緩存),通過其官網(wǎng)提供的配置軟件可以分別對(duì)其進(jìn)行功能配置,應(yīng)用方便簡(jiǎn)單。該芯片還提供在多種系統(tǒng)下的底層驅(qū)動(dòng),并提供兩種驅(qū)動(dòng)方式,VCP(Virtual Com Port)和D2XX(Direct Drivers)。本文采用D2XX驅(qū)動(dòng)方式,將其配置成兩路相同的FT245異步FIFO接口。

  將FT2232H的兩個(gè)UART/FIFO控制器的數(shù)據(jù)線分別與兩路ADC的數(shù)據(jù)輸出線相連。接口具體連接方法如圖2所示。MCU根據(jù)上位機(jī)命令,設(shè)置CLK信號(hào)輸出頻率,以決定ADC的采樣頻率。由于ADC1173在CLK的下降沿啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集,上升沿輸出采集的數(shù)據(jù),而FT2232H在WR的下降沿將數(shù)據(jù)讀入FIFO緩存,所以只需將CLK信號(hào)設(shè)置相應(yīng)延時(shí)并反相后接入FT2232H的WR(A/B)信號(hào),即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步高速采集傳輸,其時(shí)序如圖3所示?! ?/p>



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