基于USB2.O的軌道電路信號車載采集與分析系統
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2．2 主控芯片的工作方式
本設計采用的主控芯片是Cypress公司的USB2．0控制芯片CY7C68013，它與計算機通過USB接口相連，使設備能在PC機的控制下進行操作。USB主控芯片通過邏輯控制電路連接到FIFO和A／D轉換后的數據傳送至FIFO芯片進行緩沖，緩沖后的數據輸入主控芯片的從FIFO中，
然后從FIFO以DMA(直接內存存取)的方式經由SIE(串行接口引擎)傳給PC機。
為了實現高速數據采集的功能，A／D芯片采用的ADl674，它是一款12位，最高轉換速度可達100kHz的A／D轉換芯片，考慮到對FIFO容量的需求，系統采用GPLD和FIFO來實現。選用IDT7205完成數據緩存。其最高工作頻率為133MHz，容量為8kB，能滿足設計要求。
CY7C68013與外設有兩種接口方式：通用可編程接口GPIF方式和從屬FIFO方式。GPIF的核心就是一個可編程狀態機，可產生6個控制和9個地址輸入信號，并能接收6個外部和2個內部“ready”輸入信號。GPIF向外部接口產生正確的選通信號和握手信號，外部接口用于對FIFO數據的傳進和傳出。GPIF是主機的方式，而從屬FIFO方式是從機方式，它由外部控制器控制，可像對普通FIFO一樣對FX2的多層緩沖FIFO進行讀寫。FX2的從屬FIFO工作方式可設為同步或異步，工作時鐘可選為內部產生或外部輸入，其它控制信號也可根據需要設置為高有效或低有效。
2．3 FlF0的數據緩存作用
由于A／D最高采樣頻率可達100MHz，而主控芯片CY7C68013中的FIFO只有4kB，不能滿足A／D數據轉換器的要求，因此需要在A／D和CY7-C68013之間增加一個高速的FIFO來緩存數據。FIFO是先進先出的數據緩存器，數據在其內部順序寫入、順序讀出，其數據地址由內部讀寫指針自動加1完成。它具有雙口輸入輸出、采集傳送速度快等特點，能滿足高速數據傳輸的要求。由FIFO構成的數據緩沖電路主要部分的接口電路如圖4所示。本文引用地址：http://www.104case.com/article/195304.htm
IDT7205有兩種工作模式，即IDT標準模式和FWFT模式。本設計中采用IDT標準模式，這種模式通過FF、PAF、PAE、HF、EF五個標志位來實現數據的傳輸。／WEN(寫使能端)置為有效時，數據可以寫入FIFO。在WLCK(寫時鐘)的控制下，數據持續寫入FIFO，當第一個數據被寫入時，／EF(空標志)無效，數據不斷地寫入FIFO，即將寫滿時／PAE(將空標志)無效，／PAF(將滿標志)有效，表示FIFO即將寫滿。當FIF0寫滿時，／FF(滿標志)置為有效，控制A／D芯片停止寫數。開始讀數據時的第一個讀操作使／FF置為無效，此時開始持續地讀取數據，當FIFO中數據減少到一定程度，會使／PAF(將滿)和／HF(半滿)兩個標志位置為無效，持續讀出數據，而不寫入數據；當FIFO中只剩下N個字時(N為空狀態的缺省值)，／PAF有效；當FIFO中的數據被全部讀出時，／EF置為有效，此時控制主控芯片停止讀取數據，與此同時A／D也開始下一個讀取數據過程。
3 系統軟件設計
3．1 固件設計
USB固件是運行在FX2芯片CY7C68013中的代碼。在數據采集卡連接到計算機后，通過一個能自動完成固件下載以及設備重枚舉功能的設備驅動程序，即固件下載驅動程序將USB固件下載到FX2的RAM中。
Cypress公司針對FX2系列的USB芯片給出了一個Firmware(固件)庫，用戶只需要在源程序中包含進EZUSB．H和EZREGS．H， 并且把EZU-SB．LIB和USBJMPB．OBJ添加進項目即可。
在設計中還利用了FX2的框架。FX2程序框架用于加速開發芯片外設。框架為FX2的初始化、處理設備標準USB設備請求以及USB掛起時的電源管理提供了現成的805l代碼，只需簡單地提供USB描述符表，編寫完成外設功能的代碼就可以開發一個功能完善的USB外設。
CY7C68013芯片的端點數總共有7個，根據設計需要，我們選擇了其中的3個端點，其中1個控制端點、1個發送端點和1個接收端點。
3．2 驅動程序
在采集卡工作的運行WindowsxF臺的主機上，Cypress公司提供了Windows下的通用驅動程序(GDP)。本采集卡使用這個通用驅動程序，不需要自己另行開發。
3．3 用戶程序設計
用戶程序設計部分則是基于C++Builder開發平臺，設計并實現數據采集系統的功能。系統軟件總體上包括數據采集(通道控制、觸發控制)、波形顯示、參數測量、頻譜分析及波形存儲與回放等五大模塊。軟件界面如圖5所示。
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