基于USB的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

1引 言
數(shù)據(jù)采集作為獲取信息的手段，越來(lái)越多的應(yīng)用在各種工業(yè)系統(tǒng)中。目前數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)多以PCI，ISA或。

EPP／ECP等完成數(shù)據(jù)的傳輸，這些方式開(kāi)發(fā)調(diào)試比較困難，安裝不便，通用性和可移植性差；而且PC上的插槽數(shù)量、地址、中斷資源的有限導(dǎo)致這些方式的可擴(kuò)展性差［1］。目前廣泛應(yīng)用的USB總線接口具有安裝方便、高帶寬、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，USB 2．O的傳輸速率可達(dá)到480 Mb／s，已逐漸成為現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)展趨勢(shì)之一［2］。

2 EZ-USB FX2以及CY7C68013的特點(diǎn)

本文選擇C2ypress公司LISB接口芯片CY7C268013(56一pin)，該芯片屬于EZ-IJSB FX2系列。Cypress EZ-USBFX2是世界上第一款USB 2．O集成微控制器［3］。其在1個(gè)芯片上集成了USB收發(fā)器(USB Transceiver)，串行接口引擎(Serial Interface Engine，SIE)，CPU(增強(qiáng)型8051微控制器)和一個(gè)通用可編程GPIF接口(General ProgrammableInterface，GPIF)。集成的LISB收發(fā)器通過(guò)USB電纜的D+和D一線連接到主機(jī)，串行接口引擎(SIE)進(jìn)行數(shù)據(jù)的編碼和解碼、完成錯(cuò)誤校驗(yàn)、位填充和其他USB需要的信號(hào)級(jí)任務(wù)。

最終，SIE傳輸來(lái)自或?qū)⒁竭_(dá)USB接口的數(shù)據(jù)。FX2的SIE可以在全速(12 Mb／s)和高速(480 Mb／s)兩種速率下運(yùn)行。為了適應(yīng)USB 2．O增加的帶寬，F(xiàn)X2端點(diǎn)FIFO(First In FirstOut)和Slave FIFO(同外部邏輯或處理器連接的緩沖區(qū))組合在一起，這樣可以節(jié)省內(nèi)部數(shù)據(jù)之間的傳送所消耗的時(shí)間。CPU是具有快速的執(zhí)行時(shí)間和更多特點(diǎn)的增強(qiáng)型8051，他把內(nèi)部RAM用作程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

CY7C68013有以下主要特征：

(1)軟件。8051從下載到內(nèi)部RAM的程序開(kāi)始運(yùn)行，這個(gè)特征允許固件程序通過(guò)主機(jī)下載到芯片內(nèi)部RAM中，從而方便了調(diào)試和固件的改寫(xiě)。

(2)四個(gè)可編程。BULK／INTERRUPT／ISOCHRO一NOUS端點(diǎn)，可以是雙緩沖區(qū)，三緩沖區(qū)或者四緩沖區(qū)，這樣可以根據(jù)外部數(shù)據(jù)的速率調(diào)整緩沖區(qū)的寬度和深度，以適應(yīng)不同的需要。

(3)GPIF。允許直接連接到大多數(shù)并行接口：8位和16位；由可編程波形述符和配置寄存器來(lái)定義波形；支持多個(gè)Ready(RDY)輸入和Control(CTL)輸出。

(4)3．3 V。電壓供電，減小了控制器的功耗。

3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要由模數(shù)部分、通信部分和電源轉(zhuǎn)換3個(gè)部分組成。整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完成對(duì)信號(hào)的采集、傳輸和存儲(chǔ)。圖1為本采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

主要工作流程：經(jīng)過(guò)調(diào)理的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)模／數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC0804)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；USB2．O控制器負(fù)責(zé)把ADC轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)讀取到其內(nèi)部FIFO緩沖區(qū)，由程序判斷ADC的轉(zhuǎn)換結(jié)束；中斷信號(hào)決定ADC上的數(shù)據(jù)是否有效。PC的用戶應(yīng)用程序發(fā)出接收數(shù)據(jù)的請(qǐng)求，并由設(shè)備發(fā)出相應(yīng)的響應(yīng)決定是否開(kāi)始傳輸數(shù)據(jù)。當(dāng)系統(tǒng)上電后，系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別設(shè)備后加載驅(qū)動(dòng)程序，USB控制器的固件程序通過(guò)USB電纜從主機(jī)自動(dòng)下載到其內(nèi)部程序RAM中，并經(jīng)過(guò)列舉和重列舉后開(kāi)始正常工作，計(jì)算機(jī)可以通過(guò)用戶軟件取得系統(tǒng)的各種配置信息。USB控制器以GPIF(通用可編程接口)Master模式控制數(shù)據(jù)采集和讀取，并通過(guò)CY7C68013 GPIF的波形圖控制ADC的采集和讀取數(shù)據(jù)的時(shí)序。