基于FPGA和USB2.0的高速CCD聲光信號采集系統(tǒng)

　　A／D轉(zhuǎn)換模塊 AD9822是ADI公司的專用CCD信號處理芯片，內(nèi)部集成CDS，PGA，14位ADC、暗電平自動(dòng)校準(zhǔn)、偏置電壓控制以及串行接口等功能，采樣速度高達(dá)15 MHz。ADCCLK的下降沿輸出數(shù)據(jù)的高8位，ADCCLK的上升沿輸出數(shù)據(jù)的低6位。AD9822采樣控制時(shí)序及寄存器編程都是由EP2C35實(shí)現(xiàn)，與RL2048P輸出信號同步，保證采集數(shù)據(jù)的正確性。采用相關(guān)雙采樣模式可以抑制CCD的復(fù)位噪聲，本系統(tǒng)設(shè)置其寄存器分別為0x0058，0x10C0，0x2000，0x50FF。

　　USB接口傳輸模塊 USB 2．0協(xié)議的傳輸速度高達(dá)480 Mb／s，且具有接口簡單及誤碼率低等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足該系統(tǒng)高速傳輸?shù)男枰?。選用Cypress公司的新一代低功耗CY7C68013A芯片，與之相應(yīng)的開發(fā)包和開發(fā)文檔較齊全，縮短了開發(fā)周期，降低了開發(fā)難度。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，CY7C68013A工作于SlaveFIFO模式，不需要EZ-USB FX2LP的CPU干預(yù)，即可完成與FPGA的數(shù)據(jù)傳輸。EP2C35與CY7C68013A的通信采用了Slave FIFO模式下的異步方式，向大端點(diǎn)EP6寫數(shù)據(jù)，配置其為512 B四重緩沖區(qū)，批量AUTO IN傳輸模式，每次自動(dòng)提交512 B數(shù)據(jù)。圖4為EP2C35與CY7C68013A的接口連接。

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括：

　　固件程序(Firmware)設(shè)計(jì) 設(shè)備固件的主要功能是控制CY7C68013A接收并處理USB驅(qū)動(dòng)程序的請求。如請求設(shè)備描述符，請求或設(shè)置設(shè)備狀態(tài)，請求或設(shè)置設(shè)備接口等USB 2．0標(biāo)準(zhǔn)請求；輔助硬件完成設(shè)備的重新枚舉、端點(diǎn)配置、控制和監(jiān)測USB的活動(dòng)，根據(jù)PC主機(jī)的命令與外圍電路進(jìn)行數(shù)據(jù)交換等。Cy-press公司為用戶提供了一個(gè)固件程序框架，是通用性強(qiáng)的模塊化程序。在框架的基礎(chǔ)上，用戶只需要編寫Function．c文件即可完成USB功能開發(fā)。主要包括：Slave FIFO模式的初始化和用戶自定義請求。

　　驅(qū)動(dòng)程序開發(fā) 系統(tǒng)包括兩個(gè)USB驅(qū)動(dòng)程序：一個(gè)驅(qū)動(dòng)專用于下載芯片的固件程序CCDloader．sys，另一個(gè)通用驅(qū)動(dòng)程序ccdusb．sys用來實(shí)現(xiàn)USB設(shè)備與應(yīng)用程序的通信和控制。芯片固件程序在主機(jī)上，當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí)，前者將其下載到芯片的RAM中，并由增強(qiáng)型8051微處理器執(zhí)行。當(dāng)固件下載完成后，模擬一次斷開重新連接，此時(shí)下載的固件響應(yīng)USB枚舉，并加載USB設(shè)備通用驅(qū)動(dòng)程序。USB的驅(qū)動(dòng)程序是WDM類型，可以使用Windows DDK，WinDriver，DriverStudio開發(fā)。

　　應(yīng)用程序開發(fā) 它的主要任務(wù)是與USB驅(qū)動(dòng)程序通信，控制聲光信號采集過程。在此用Visual C++6．0進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。CyAPI控制函數(shù)類為FX2LP系列USB接口芯片提供了十分精細(xì)的控制接口，只需在應(yīng)用程序中加頭文件CyAPI．h和庫文件CyAPI．lib即可調(diào)用相應(yīng)的控制函數(shù)，打開USB設(shè)備讀取數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)到主機(jī)硬盤中的CcdData．txt文件。