基于USB的数据采集系统的设计与研究

1引 言
数据采集作为获取信息的手段，越来越多的应用在各种工业系统中。目前数据采集系统多以PCI，ISA或。

EPP／ECP等完成数据的传输，这些方式开发调试比较困难，安装不便，通用性和可移植性差；而且PC上的插槽数量、地址、中断资源的有限导致这些方式的可扩展性差［1］。目前广泛应用的USB总线接口具有安装方便、高带宽、易于扩展等优点，USB2．O的传输速率可达到480 Mb／s，已逐渐成为现代数据传输的发展趋势之一［2］。

2 EZ-USBFX2以及CY7C68013的特点

本文选择C2ypress公司LISB接口芯片CY7C268013(56一pin)，该芯片属于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个芯片上集成了USB收发器(USB Transceiver)，串行接口引擎(Serial Interface Engine，SIE)，CPU(增强型8051微控制器)和一个通用可编程GPIF接口(General ProgrammableInterface，GPIF)。集成的LISB收发器通过USB电缆的D+和D一线连接到主机，串行接口引擎(SIE)进行数据的编码和解码、完成错误校验、位填充和其他USB需要的信号级任务。

最终，SIE传输来自或将要到达USB接口的数据。FX2的SIE可以在全速(12 Mb／s)和高速(480 Mb／s)两种速率下运行。为了适应USB 2．O增加的带宽，FX2端点FIFO(First In FirstOut)和Slave FIFO(同外部逻辑或处理器连接的缓冲区)组合在一起，这样可以节省内部数据之间的传送所消耗的时间。CPU是具有快速的执行时间和更多特点的增强型8051，他把内部RAM用作程序和数据存储。

CY7C68013有以下主要特征：

(1)软件。8051从下载到内部RAM的程序开始运行，这个特征允许固件程序通过主机下载到芯片内部RAM中，从而方便了调试和固件的改写。

(2)四个可编程。BULK／INTERRUPT／ISOCHRO一NOUS端点，可以是双缓冲区，三缓冲区或者四缓冲区，这样可以根据外部数据的速率调整缓冲区的宽度和深度，以适应不同的需要。

(3)GPIF。允许直接连接到大多数并行接口：8位和16位；由可编程波形述符和配置寄存器来定义波形；支持多个Ready(RDY)输入和Control(CTL)输出。

(4)3．3 V。电压供电，减小了控制器的功耗。

3数据采集系统的硬件设计

本系统主要由模数部分、通信部分和电源转换3个部分组成。整个数据采集系统完成对信号的采集、传输和存储。图1为本采集系统结构框图。

主要工作流程：经过调理的模拟信号经过模／数转换器(ADC0804)转换为数字信号；USB2．O控制器负责把ADC转换后得到的数据读取到其内部FIFO缓冲区，由程序判断ADC的转换结束；中断信号决定ADC上的数据是否有效。PC的用户应用程序发出接收数据的请求，并由设备发出相应的响应决定是否开始传输数据。当系统上电后，系统自动识别设备后加载驱动程序，USB控制器的固件程序通过USB电缆从主机自动下载到其内部程序RAM中，并经过列举和重列举后开始正常工作，计算机可以通过用户软件取得系统的各种配置信息。USB控制器以GPIF(通用可编程接口)Master模式控制数据采集和读取，并通过CY7C68013 GPIF的波形图控制ADC的采集和读取数据的时序。