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，越來越多的應用在各種工業系統中。目前數據采集系統多以PCI，ISA或。

EPP／ECP等完成數據的傳輸，這些方式開發調試比較困難，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總線接口具有安裝方便、高帶寬、易于擴展等優點，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展趨勢之一［2］。

2 EZ-USB FX2以及CY7C68013的特點

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個芯片上集成了USB收發器(USB Transceiver)，串行接口引擎(Serial Interface Engine，SIE)，CPU(增強型8051微控制器)和一個通用可編程GPIF接口(General ProgrammableInterface，GPIF)。集成的LISB收發器通過USB電纜的D+和D一線連接到主機，串行接口引擎(SIE)進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。

最終，SIE傳輸來自或將要到達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間。CPU是具有快速的執行時間和更多特點的增強型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的程序開始運行，這個特征允許固件程序通過主機下載到芯片內部RAM中，從而方便了調試和固件的改寫。

(2)四個可編程。BULK／INTERRUPT／ISOCHRO一NOUS端點，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定義波形；支持多個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個部分組成。整個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：經過調理的模擬信號經過模／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的用戶應用程序發出接收數據的請求，并由設備發出相應的響應決定是否開始傳輸數據。當系統上電后，系統自動識別設備后加載驅動程序，USB控制器的固件程序通過USB電纜從主機自動下載到其內部程序RAM中，并經過列舉和重列舉后開始正常工作，計算機可以通過用戶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CY7C68013 GPIF的波形圖控制ADC的采集和讀取數據的時序。