基于USB2.0的高速同步数据采集系统设计

本数据采集系统只用到了两个输出控制ＣＴＬ０、ＣＴＬ１和一个外部输入ＲＤＹ０，它们分别接ＭＡＸ１１５的ＣＯＮＶＳＴ＃、ＷＲ＃和ＩＮＴ＃。数据总线用双字节，其中ＦＤ０～ＦＤ１１接ＭＡＸ１１５的数据输入端Ｄ０～Ｄ１１，ＦＤ１２和ＦＤ１３接控制字输入端的Ａ２和Ａ３，ＦＤ０和ＦＤ１复用做控制字输入端的Ａ０和Ａ１。ＭＡＸ１１５的采样基准时钟由ＦＸ２的输出时钟经三分频得到，为１６ＭＨｚ。对应四种数据传输方式（八种不同的采样模式），ＧＰＩＦ的控制及握手信号波形有所不同。四通道同步采样的时序图如图３所示。

在第一个判决点，若采样数据已准备就绪，ＭＡＸ１１５传给ＧＰＩＦ一个负脉冲信号ＲＤＹ０；根据此信号，波形按顺序转入２、３、４、５状态，使指向内部ＦＩＦＯ的指针在每个时钟上升沿加１，依次读取四个数据，取完数据后利用ＣＴＬ０的上升沿启动下一次采样。若在状态１时没有出现负脉冲，则直接跳转到状态６，之后重复执行此波形描述符。

三通道同步采样时，读取数据的状态只需要持续三次。其它采样模式控制波形的设计依此类推。javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>

２．３ 固件程序设计

固件程序是指运行在设备ＣＰＵ中的程序。只有在该程序运行时，外设才能称之为具有给定功能的外部设备。固件程序负责初始化各硬件单元，重新配置设备及Ａ／Ｄ采样控制。固件代码的存储位置有三种：第一种是存在主机中，设备加电后由驱动程序把固件下载到片内ＲＡＭ后执行，即“重新枚举”；第二种方法是把固件代码固化到一片ＥＥＰＲＯＭ中，外设加电后由ＦＸ２通过Ｉ２Ｃ总线下载到片内ＲＡＭ后自动执行；最后一种方法是把程序固化到一片ＲＯＭ中，使之充当外部程序存储器，连在ＦＸ２三总线上。笔者选用第一种方式，这种方式便于系统的调试和升级。固件程序框图如图４所示。

３ 用户程序和驱动程序

３．１ 驱动程序的编写

该系统需要两个驱动程序，即通用驱动和下载固件的驱动。通用驱动完成与外设和用户程序的通信及控制；而下载固件的驱动则只负责在外设连接ＵＳＢ总线后把特定的固件程序下载到ＦＸ２的ＲＡＭ中，使ＦＸ２的ＣＰＵ重启，模拟断开与ＵＳＢ总线的连接，完成对外设的重新设置。主机根据新的设置安装通用驱动程序，重新枚举外设为一个新的ＵＳＢ设备。

通用驱动程序一般不需要重新编写，用Ｃｙｐｒｅｓｓ公司已经编好的驱动ｅｚｕｓｂ．ｓｙｓ；而下载固件的驱动则必须定做，其详细操作过程见参考文献[２]。

３．２ 用户程序的编写

用户程序是系统与用户的接口，它通过通用驱动程序完成对外设的控制和通信。在编写用户程序时，首先要建立与外设的连接，然后才能实施数据的传输。启动采样后，为了保证不丢失数据，用户程序应该建立一个新的工作线程专门获取外设传来的数据。程序中主要用到两个ＡＰＩ函数：ＣｒｅａｔｅＦｉｌｅ（）和ＤｅｖｉｃｅＩｏＣｏｎｔｒｏｌ ()。ＣｒｅａｔｅＦｉｌｅ（）取得设备句柄后，ＤｅｖｉｃｅＩｏＣｏｎｔｒｏｌ ()根据该句柄完成数据传输。程序代码简要如下：

ｈＤｅｖｉｃｅ ＝ ＣｒｅａｔｅＦｉｌｅ(″＼＼＼＼．＼＼ＥＺＵＳＢ－０″)

ＧＥＮＥＲＩＣ＿ＲＥＡＤ ｜ ＧＥＮＥＲＩＣ＿ＷＲＩＴＥ,

ＦＩＬＥ＿ＳＨＡＲＥ＿ＷＲＩＴＥ,

ＮＵＬＬ,

ＯＰＥＮ＿ＥＸＩＳＴＩＮＧ,

ＦＩＬＥ＿ＡＴＴＲＩＢＵＴＥ＿ＮＯＲＭＡＬ,

ＮＵＬＬ);

Ｉｆ (ｈＤｅｖｉｃｅ ＝＝ ＩＮＶＡＬＩＤ＿ＨＡＮＤＬＥ＿ＶＡＬＵＥ)

{

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－＞ＭｅｓｓａｇｅＢｏｘＡ(“无法创建设备，请确认设备是否连上！”,ＮＵＬＬ,ＩＤＯＫ);

}

ｅｌｓｅ

{

ＤｅｖｉｃｅＩｏＣｏｎｔｒｏｌ (javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>

ｈＤｅｖｉｃｅ,

ＩＯＣＴＬ＿ＥＺＵＳＢ＿ＢＵＬＫ＿ＷＲＩＴＥ,

＆ｂｌｋｃｔｌ,

ｓｉｚｅｏｆ(ＢＵＬＫ＿ＴＲＡＮＳＦＥＲ＿ＣＯＮＴＲＯＬ),

＆ｉｎＢｕｆｆｅｒ, ／／定义的数据缓冲区

ｓｉｚｅｏｆ(ｉｎＢｕｆｆｅｒ),

＆ｎＢｙｔｅｓ,

ＮＵＬＬ);

……

}

程序框图如图５所示。

在该高速同步数据采集系统的设计中，ＣＹ７Ｃ６８０１３芯片灵活的接口和可编程特性简化了外部硬件的设计，提高了系统的可靠性，也利于ＰＣＢ板的制作与调试。另外，ＵＳＢ设备的可热插拔特性使得该系统具有便携式的特点，使用方便，无需关机重启或打开机箱进行安装。该数据采集系统已成功地应用于某型雷达的便携式故障检测与维修系统，取得了良好的效果。