高速USB數據采集系統方案設計
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在圖像處理、瞬態(tài)信號測量等一些高速、高精度的應用中，需要進(jìn)行高速數據采集。USB 2.0接口以其高速率等優(yōu)點(diǎn)漸有取代傳統ISA及PCI數據總線(xiàn)的趨勢，熱插拔特性也使其成為各種PC外設的首選接口。EZ-USB FX2是Cypress公司推出的集成USB 2.0的微處理器，它集成了USB 2.0收發(fā)器、SIE（串行接口引擎）、增強的8051微控制器和可編程的外圍接口。本文將介紹基于EZ-USB FX2系列CY7C68013(＄5.4120)芯片的高速數據采集系統的設計，該系統具有限幅保護功能，固件和驅動(dòng)程序的編寫(xiě)簡(jiǎn)便，能夠完成對數據的高速采集和傳送。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/201710/366704.htm數據采集系統方案設計
數據采集系統的框圖如圖1所示，硬件電路如圖2所示。其中，AD1674(＄17.8680)是l2位模數轉換芯片，采用逐次比較方式工作。CPLD主要用于控制ADC以及FIFO的時(shí)序、控制ADC的啟動(dòng)與停止和查詢(xún)ADC的狀態(tài)等。FIFO主要起著(zhù)高速數據緩沖的作用。
圖1 數據采集系統框圖
圖2 系統硬件電路
CY7C68013和AD1674之間通過(guò)CPLD連接，實(shí)現相關(guān)控制線(xiàn)和數據線(xiàn)的譯碼。在CY7C68013的控制下，首先對AD1674進(jìn)行間隔采樣，然后把結果傳送到FIFO中，當采集到一定量的數據后，CY7C68013將數據打包通過(guò)USB總線(xiàn)傳到PC，由高級應用程序進(jìn)行數據處理。擴展的 RS232(＄780.5000)接口可以和外部設備進(jìn)行通信。上電時(shí)，CY7C68013從外部的E2PROM中通過(guò)I2C總線(xiàn)自動(dòng)裝載到內部的RAM中，便于固件的修改和升級。
數據采集前端的調理電路如圖3所示，本設計采用了限幅、降壓、濾波和增加輸入阻抗的措施來(lái)保護后端的轉換芯片。
驅動(dòng)程序和固件設計
USB設備驅動(dòng)程序基于WDM。WDM型驅動(dòng)程序是內核程序，與標準的Win32用戶(hù)態(tài)程序不同，采用了分層處理的方法。通過(guò)它用戶(hù)無(wú)須直接與硬件打交道，只需通過(guò)下層驅動(dòng)程序提供的接口訪(fǎng)問(wèn)硬件。因此，USB設備驅動(dòng)程序不必具體對硬件編程，所有的USB命令、讀寫(xiě)操作通過(guò)總線(xiàn)驅動(dòng)程序轉給USB設備。但是，USB設備驅動(dòng)程序必須定義與外部設備的通信接口和通信的數據格式，也必須定義與應用程序的接口。Cypress公司提供了完整的 CY7C68013驅動(dòng)程序源碼、控制面板程序及固件的框架，這大大加快了用戶(hù)開(kāi)發(fā)的進(jìn)度。用戶(hù)只需稍加修改或無(wú)須任何修改即可使用現有驅動(dòng)程序，軟件開(kāi)發(fā)者大量的時(shí)間主要集中在應用程序和固件的開(kāi)發(fā)。根據用戶(hù)自己的需求，一般只需修改DeviceIoControl例程。本設計主要增加了控制數據傳輸函數、啟動(dòng)和停止ADC、復位FIFO等。Cypress為CY7C68013提供了開(kāi)發(fā)框架，其中兩個(gè)程序如下。
FW.C：FW.C中包含了程序框架的MAIN函數，管理整個(gè)51內核的運行，因為這部分的功能已經(jīng)進(jìn)行了精心劃分，一般是不用改動(dòng)的。
圖3 調理電路
PERIPH.C：用戶(hù)必須將PERIPH.C實(shí)例化，它負責系統周邊器件的互聯(lián)。固件的設計主要針對這個(gè)文件，用戶(hù)必須根據自己系統的需要，實(shí)例化這個(gè)文件，以實(shí)現所需的功能。在固件程序中，最重要的是TD_init（）和TD_poll（）這兩個(gè)函數。以TD_poll（）函數為例，在 TD_poll（）中主要完成外部FIFO狀態(tài)的檢測和數據的傳輸，程序主體部分如下。固件調試時(shí)，可以使用Cypress提供的EZ-USB control panel。
Void TD_Poll（void）
{
If（GPIFTRIG 0x80） //判斷GPIF是否空閑
{
If（EXTFIFONOTEMPTY ） //判斷外部FIFO是否非空
{
If（?。‥P24FIFOFLGS 0x01）） //判斷FIFO是否不滿(mǎn)
{
IF（enum_high_speed）
{
SYNCDELAY;
GPIFTCB1=0x02; //設置處理計數
SYNCDELAY;
GPIFTCB0=0x00;
SYNCDELAY;
}
Else
{
SYNCDELAY;
GPIFTCB1=0x00;
SYNCDELAY;
GPIFTCB0=0x20;
SYNCDELAY;
}
Setup_FLOWSTATE_Read（）;
SYNCDELAY;
GPIFTRIG=GPIFTRIGRD|GPIF_EP2;
SYNCDELAY;
While（?。℅PIFTRIG 0x80））
{;}
SYNCDELAY;
}
}
}
}
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