基于USB的數據采集系統的設計與研究

1引 言
數據采集作為獲取信息的手段，越來(lái)越多的應用在各種工業(yè)系統中。目前數據采集系統多以PCI，ISA或。

EPP／ECP等完成數據的傳輸，這些方式開(kāi)發(fā)調試比較困難，安裝不便，通用性和可移植性差；而且PC上的插槽數量、地址、中斷資源的有限導致這些方式的可擴展性差［1］。目前廣泛應用的USB總線(xiàn)接口具有安裝方便、高帶寬、易于擴展等優(yōu)點(diǎn)，USB 2．O的傳輸速率可達到480 Mb／s，已逐漸成為現代數據傳輸的發(fā)展趨勢之一［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(xiàn)連接到主機，串行接口引擎(SIE)進(jìn)行數據的編碼和解碼、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(lái)自或將要到達USB接口的數據。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USB 2．O增加的帶寬，FX2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)組合在一起，這樣可以節省內部數據之間的傳送所消耗的時(shí)間。CPU是具有快速的執行時(shí)間和更多特點(diǎn)的增強型8051，他把內部RAM用作程序和數據存儲。

CY7C68013有以下主要特征：

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

(2)四個(gè)可編程。BULK／INTERRUPT／ISOCHRO一NOUS端點(diǎn)，可以是雙緩沖區，三緩沖區或者四緩沖區，這樣可以根據外部數據的速率調整緩沖區的寬度和深度，以適應不同的需要。

(3)GPIF。允許直接連接到大多數并行接口：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數據采集系統的硬件設計

本系統主要由模數部分、通信部分和電源轉換3個(gè)部分組成。整個(gè)數據采集系統完成對信號的采集、傳輸和存儲。圖1為本采集系統結構框圖。

主要工作流程：經(jīng)過(guò)調理的模擬信號經(jīng)過(guò)模／數轉換器(ADC0804)轉換為數字信號；USB2．O控制器負責把ADC轉換后得到的數據讀取到其內部FIFO緩沖區，由程序判斷ADC的轉換結束；中斷信號決定ADC上的數據是否有效。PC的用戶(hù)應用程序發(fā)出接收數據的請求，并由設備發(fā)出相應的響應決定是否開(kāi)始傳輸數據。當系統上電后，系統自動(dòng)識別設備后加載驅動(dòng)程序，USB控制器的固件程序通過(guò)USB電纜從主機自動(dòng)下載到其內部程序RAM中，并經(jīng)過(guò)列舉和重列舉后開(kāi)始正常工作，計算機可以通過(guò)用戶(hù)軟件取得系統的各種配置信息。USB控制器以GPIF(通用可編程接口)Master模式控制數據采集和讀取，并通過(guò)CY7C68013 GPIF的波形圖控制ADC的采集和讀取數據的時(shí)序。