基于USB2.O的軌道電路信號車載采集與分析系統

摘要：介紹了一種基于USB2．O的車載采集與分析系統，詳細設計了系統的硬件和軟件。硬件方面通過對CY7C68013的通用可編程接口(GPIF)控制邏輯的合理設計和芯片內部FIFO的有效運用，實現了在USB設備和主機之間大量數據的高速傳輸。軟件方面采用模塊化設計實現了信號的數字濾波、頻譜分析、波形顯示、存儲以及回放。
關鍵詞：數據采集；數字信號處理技術；USB

0 引言
近年來，隨著鐵路建設的跨越式發展，對機車信號檢測的準確性和可靠性提出了越來越高的要求，傳統的手持式信號檢測系統已經遠遠不能滿足需要，本文提出的車載信號采集系統采用數字信號處理(DSP)技術實現對機車信號波形的頻譜分析。利用可靠的硬件和軟件技術實
現機車信號檢測的實時性和高精度要求。系統采用USB總線接口有效地解決了傳統總線形式(如RS232、并口、ISA等)傳輸速度低、安裝繁瑣、易受機箱內環境的干擾、計算機系統資源限制等缺點，具有廉價、高速、支持即插即用、使用維護方便等優點。

1 系統總體設計
本數據采集系統的設計主要分為硬件和軟件設計兩部分。其中硬件設計主要包括信號調理、A／D轉換、數據存儲、控制部分以及USB接口部分等實現內容。
系統軟件設計分為USBN件(Firmware)、USB設備驅動程序以及主機應用程序三部分內容。在Windows操作平臺下，主機應用程序通過USB設備驅動程序與系統硬件接口USBDI(USBDeviceInterface)進行通信，然后由系統產生USB數據的傳送動作。固件則是運行在接口芯片中的代碼，用以響應各種來自系統的USB標準請求，完成數據的交換工作和事務處理。系統結構框架圖如圖1所示。

2 系統硬件設計
USB數據采集板硬件電路設計實現共分為5大部分，它們分別是信號調理、A／D轉換、數據存儲、控制部分以及USB接口部分。
2．1 信號調理
信號調理部分由脈沖計數式鑒頻器完成。它由四部分組成(如圖2所示)，即過零比較器、微分電路、脈沖形成電路和低通濾波器，輸入的調頻波Ui(t)經過零比較器后變成調頻方波信號U1(t)，調頻方波信號通過微分電路后變為微分脈沖序列U2(t)，微分脈沖序列經過脈沖形成
電路后變為等脈寬的方波脈沖序列U3(t)，等脈寬的方波脈沖序列通過低通濾波器后就輸出調制信號Uo(t)。鑒頻器各部分的波形如圖3所示。