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

1引 言
數(shù)據(jù)采集作為獲取信息的手段，越來越多的應(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、易于擴展等優(yōu)點，USB 2．O的傳輸速率可達到480 Mb／s，已逐漸成為現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)展趨勢之一［2］。

2 EZ-USB FX2以及CY7C68013的特點

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(增強型8051微控制器)和一個通用可編程GPIF接口(General ProgrammableInterface，GPIF)。集成的LISB收發(fā)器通過USB電纜的D+和D一線連接到主機，串行接口引擎(SIE)進行數(shù)據(jù)的編碼和解碼、完成錯誤校驗、位填充和其他USB需要的信號級任務(wù)。

最終，SIE傳輸來自或?qū)⒁竭_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)兩種速率下運行。為了適應(yīng)USB 2．O增加的帶寬，F(xiàn)X2端點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間。CPU是具有快速的執(zhí)行時間和更多特點的增強型8051，他把內(nèi)部RAM用作程序和數(shù)據(jù)存儲。

CY7C68013有以下主要特征：

(1)軟件。8051從下載到內(nèi)部RAM的程序開始運行，這個特征允許固件程序通過主機下載到芯片內(nèi)部RAM中，從而方便了調(diào)試和固件的改寫。

(2)四個可編程。BULK／INTERRUPT／ISOCHRO一NOUS端點，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定義波形；支持多個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

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

主要工作流程：經(jīng)過調(diào)理的模擬信號經(jīng)過模／數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC0804)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；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)的請求，并由設(shè)備發(fā)出相應(yīng)的響應(yīng)決定是否開始傳輸數(shù)據(jù)。當(dāng)系統(tǒng)上電后，系統(tǒng)自動識別設(shè)備后加載驅(qū)動程序，USB控制器的固件程序通過USB電纜從主機自動下載到其內(nèi)部程序RAM中，并經(jīng)過列舉和重列舉后開始正常工作，計算機可以通過用戶軟件取得系統(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CY7C68013 GPIF的波形圖控制ADC的采集和讀取數(shù)據(jù)的時序。