基于DSP的高速數據采集系統設計方案

2.2 USB接口

USB 通用接口芯片可分為3 種。一種是專門為USB 應用設計的USB 芯片，一種是建立在現有芯片系列基礎上的USB 芯片，還有一種是只處理USB 通信，必須被一個外部微控制器所控制的USB 芯片。該設計采用CH372屬于最后一種。

CH372 內置了USB 通訊中的底層協議，具有省事的內置固件模式和靈活的外置固件模式。在內置固件模式下，CH372 自動處理默認端點0 的所有事務，本地端DSP 只要負責數據交換，所以DSP 程序非常簡潔。在外置固件模式下，由外部DSP 根據需要自行處理各種USB 請求，從而可以實現符合各種USB 類規范的設備。

CH372 與 TMS320F2812 之間以非總線方式連接，連接框圖如圖2 所示。CH372 的8 位數據口D0 ~D7 分別掛在TMS320F2812 的GPIOA0 ~ GPIOA7 準雙向I/O 口上，命令數據地址選擇端A0，讀信號選擇端RD，寫信息選擇端WR 和中斷輸出端INT 分別與TMS320F2812的GPIOA9、GPIOA10、GPIOA11 和GPIO8(CAP1)相連，片選引腳CS 接地。

2.3 AD 轉換器

該系統采用MAXIM 公司的MAX1308 型號的AD 轉換器，MAX1308 獨立的采樣保持(T/H)電路為每個通道提供同時采樣，MAX1308 提供±5V 輸入范圍，輸入故障容限為±16.5V。其ADC 在0.9micro;s 內完成2 個通道的轉換，在1.98µs 內完成多達8 個通道的轉換，8 個通道轉換時每通道吞吐率為456kSPS。其他特性包括20MHz 的T/H 輸入帶寬、內部時鐘、內部(+2.5V)或外部(+2.0V 至+3.0V)基準以及低功耗省電模式。20MHz、12 位雙向并行數據總線用來提供轉換結果，并可接受數字輸入分別激活每一路通道。工作在+4.75V 至+5.25V 模擬電源與+2.7V 至+5.25V 數字電源下，全速運行時，總電源電流為57mA，工作溫度為-40℃至+85℃擴展溫度范圍。

3、軟件設計

該數據系統的軟件由USB 驅動程序、DSP 程序和PC 機應用程序3 大模塊構成。

3.1 USB 驅動

USB 設備驅動是應用程序和硬件之間的接口，起著承上啟下的作用。CH372 套件包括CH372 芯片和計算機端的CH372 驅動程序。在本地端，CH372 芯片以內置的固件程序自動處理了USB 通訊中的基本事務；在計算機端，驅動程序以及動態鏈接庫等軟件向計算機應用層提供應用層接口。

它內部提供API 函數供應用程序使用，以實現對USB 設備的打開、關閉、讀寫等操作。此設計中USB 設備驅動采用USB 芯片廠商提供的驅動程序CH372DRV.EXE，安裝驅動程序CH372DRV.EXE 后，在應用程序中調用動態鏈接庫CH375DLL.DLL 提供的API 函數來打開、關閉、和讀寫USB 設備。

DSP 和USB 芯片通信時，CH372 芯片占用兩個地址位，當A0 引腳為高電平時選擇命令端口，可以寫入命令；當A0 引腳為低電平時選擇數據端口，可以讀寫數據。DSP 通過8 位并行口對CH372 芯片進行讀寫，所有操作都是由一個命令碼、若干個輸入數據和若干個輸出數據組成，部分命令不需要輸入數據，部分命令沒有輸出數據。命令操作步驟如下：

①、在A0=1 時向命令端口寫入命令代碼；

②、如果該命令具有輸入數據，則在A0=0 時依次寫入輸入數據，每次一個字節；

③、如果該命令具有輸出數據，則在A0=0 時依次讀取輸出數據，每次一個字節；

④、命令完成，可以暫停或者轉到①繼續執行下一個命令。

CH372 芯片專門用于處理USB 通訊，在接收到數據后或者發送完數據后，CH372 以中斷方式通知DSP 進行處理。DSP 通過CH372 芯片接收數據的處理步驟如下：

①、當CH372 接收到USB 主機發來的數據后，首先鎖定當前USB 緩沖區，防止被后續數據覆蓋，然后將INT 引腳設置為低電平，向DSP 請求中斷；

②、DSP 進入中斷服務程序，首先執行GET_STATUS 命令獲取中斷狀態；

③、CH372 在GET_STATUS 命令完成后將INT 引腳恢復為高電平，取消中斷請求；

④、由于通過上述GET_STATUS 命令獲取的中斷狀態是“下傳成功”，所以DSP 執行RD_USB_DATA命令從CH372 讀取接收到的數據；

⑤、CH372 在RD_USB_DATA 命令完成后釋放當前緩沖區，從而可以繼續USB 通訊；

⑥、DSP 退出中斷服務程序。