基于FPGA和USB2.0的高速CCD聲光信號采集系統

　　A／D轉換模塊 AD9822是ADI公司的專用CCD信號處理芯片，內部集成CDS，PGA，14位ADC、暗電平自動校準、偏置電壓控制以及串行接口等功能，采樣速度高達15 MHz。ADCCLK的下降沿輸出數據的高8位，ADCCLK的上升沿輸出數據的低6位。AD9822采樣控制時序及寄存器編程都是由EP2C35實現，與RL2048P輸出信號同步，保證采集數據的正確性。采用相關雙采樣模式可以抑制CCD的復位噪聲，本系統設置其寄存器分別為0x0058，0x10C0，0x2000，0x50FF。

　　USB接口傳輸模塊 USB 2．0協議的傳輸速度高達480 Mb／s，且具有接口簡單及誤碼率低等優點，能夠滿足該系統高速傳輸的需要。選用Cypress公司的新一代低功耗CY7C68013A芯片，與之相應的開發包和開發文檔較齊全，縮短了開發周期，降低了開發難度。為了保證數據傳輸的速度，CY7C68013A工作于SlaveFIFO模式，不需要EZ-USB FX2LP的CPU干預，即可完成與FPGA的數據傳輸。EP2C35與CY7C68013A的通信采用了Slave FIFO模式下的異步方式，向大端點EP6寫數據，配置其為512 B四重緩沖區，批量AUTO IN傳輸模式，每次自動提交512 B數據。圖4為EP2C35與CY7C68013A的接口連接。

　　3 系統軟件設計

　　系統軟件設計包括：

　　固件程序(Firmware)設計 設備固件的主要功能是控制CY7C68013A接收并處理USB驅動程序的請求。如請求設備描述符，請求或設置設備狀態，請求或設置設備接口等USB 2．0標準請求；輔助硬件完成設備的重新枚舉、端點配置、控制和監測USB的活動，根據PC主機的命令與外圍電路進行數據交換等。Cy-press公司為用戶提供了一個固件程序框架，是通用性強的模塊化程序。在框架的基礎上，用戶只需要編寫Function．c文件即可完成USB功能開發。主要包括：Slave FIFO模式的初始化和用戶自定義請求。

　　驅動程序開發 系統包括兩個USB驅動程序：一個驅動專用于下載芯片的固件程序CCDloader．sys，另一個通用驅動程序ccdusb．sys用來實現USB設備與應用程序的通信和控制。芯片固件程序在主機上，當系統上電時，前者將其下載到芯片的RAM中，并由增強型8051微處理器執行。當固件下載完成后，模擬一次斷開重新連接，此時下載的固件響應USB枚舉，并加載USB設備通用驅動程序。USB的驅動程序是WDM類型，可以使用Windows DDK，WinDriver，DriverStudio開發。

　　應用程序開發 它的主要任務是與USB驅動程序通信，控制聲光信號采集過程。在此用Visual C++6．0進行程序設計。CyAPI控制函數類為FX2LP系列USB接口芯片提供了十分精細的控制接口，只需在應用程序中加頭文件CyAPI．h和庫文件CyAPI．lib即可調用相應的控制函數，打開USB設備讀取數據并存儲到主機硬盤中的CcdData．txt文件。