基于USB2.O的軌道電路信號(hào)車(chē)載采集與分析系統(tǒng)
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2．2 主控芯片的工作方式
本設(shè)計(jì)采用的主控芯片是Cypress公司的USB2．0控制芯片CY7C68013，它與計(jì)算機(jī)通過(guò)USB接口相連，使設(shè)備能在PC機(jī)的控制下進(jìn)行操作。USB主控芯片通過(guò)邏輯控制電路連接到FIFO和A／D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)傳送至FIFO芯片進(jìn)行緩沖，緩沖后的數(shù)據(jù)輸入主控芯片的從FIFO中，
然后從FIFO以DMA(直接內(nèi)存存取)的方式經(jīng)由SIE(串行接口引擎)傳給PC機(jī)。
為了實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集的功能，A／D芯片采用的ADl674，它是一款12位，最高轉(zhuǎn)換速度可達(dá)100kHz的A／D轉(zhuǎn)換芯片，考慮到對(duì)FIFO容量的需求，系統(tǒng)采用GPLD和FIFO來(lái)實(shí)現(xiàn)。選用IDT7205完成數(shù)據(jù)緩存。其最高工作頻率為133MHz，容量為8kB，能滿足設(shè)計(jì)要求。
CY7C68013與外設(shè)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(gè)可編程狀態(tài)機(jī)，可產(chǎn)生6個(gè)控制和9個(gè)地址輸入信號(hào)，并能接收6個(gè)外部和2個(gè)內(nèi)部“ready”輸入信號(hào)。GPIF向外部接口產(chǎn)生正確的選通信號(hào)和握手信號(hào)，外部接口用于對(duì)FIFO數(shù)據(jù)的傳進(jìn)和傳出。GPIF是主機(jī)的方式，而從屬FIFO方式是從機(jī)方式，它由外部控制器控制，可像對(duì)普通FIFO一樣對(duì)FX2的多層緩沖FIFO進(jìn)行讀寫(xiě)。FX2的從屬FIFO工作方式可設(shè)為同步或異步，工作時(shí)鐘可選為內(nèi)部產(chǎn)生或外部輸入，其它控制信號(hào)也可根據(jù)需要設(shè)置為高有效或低有效。
2．3 FlF0的數(shù)據(jù)緩存作用
由于A／D最高采樣頻率可達(dá)100MHz，而主控芯片CY7C68013中的FIFO只有4kB，不能滿足A／D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的要求，因此需要在A／D和CY7-C68013之間增加一個(gè)高速的FIFO來(lái)緩存數(shù)據(jù)。FIFO是先進(jìn)先出的數(shù)據(jù)緩存器，數(shù)據(jù)在其內(nèi)部順序?qū)懭?、順序讀出，其數(shù)據(jù)地址由內(nèi)部讀寫(xiě)指針自動(dòng)加1完成。它具有雙口輸入輸出、采集傳送速度快等特點(diǎn)，能滿足高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?。由FIFO構(gòu)成的數(shù)據(jù)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.ex-cimer.com/article/195304.htm
IDT7205有兩種工作模式，即IDT標(biāo)準(zhǔn)模式和FWFT模式。本設(shè)計(jì)中采用IDT標(biāo)準(zhǔn)模式，這種模式通過(guò)FF、PAF、PAE、HF、EF五個(gè)標(biāo)志位來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。／WEN(寫(xiě)使能端)置為有效時(shí)，數(shù)據(jù)可以寫(xiě)入FIFO。在WLCK(寫(xiě)時(shí)鐘)的控制下，數(shù)據(jù)持續(xù)寫(xiě)入FIFO，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)數(shù)據(jù)被寫(xiě)入時(shí)，／EF(空標(biāo)志)無(wú)效，數(shù)據(jù)不斷地寫(xiě)入FIFO，即將寫(xiě)滿時(shí)／PAE(將空標(biāo)志)無(wú)效，／PAF(將滿標(biāo)志)有效，表示FIFO即將寫(xiě)滿。當(dāng)FIF0寫(xiě)滿時(shí)，／FF(滿標(biāo)志)置為有效，控制A／D芯片停止寫(xiě)數(shù)。開(kāi)始讀數(shù)據(jù)時(shí)的第一個(gè)讀操作使／FF置為無(wú)效，此時(shí)開(kāi)始持續(xù)地讀取數(shù)據(jù)，當(dāng)FIFO中數(shù)據(jù)減少到一定程度，會(huì)使／PAF(將滿)和／HF(半滿)兩個(gè)標(biāo)志位置為無(wú)效，持續(xù)讀出數(shù)據(jù)，而不寫(xiě)入數(shù)據(jù)；當(dāng)FIFO中只剩下N個(gè)字時(shí)(N為空狀態(tài)的缺省值)，／PAF有效；當(dāng)FIFO中的數(shù)據(jù)被全部讀出時(shí)，／EF置為有效，此時(shí)控制主控芯片停止讀取數(shù)據(jù)，與此同時(shí)A／D也開(kāi)始下一個(gè)讀取數(shù)據(jù)過(guò)程。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3．1 固件設(shè)計(jì)
USB固件是運(yùn)行在FX2芯片CY7C68013中的代碼。在數(shù)據(jù)采集卡連接到計(jì)算機(jī)后，通過(guò)一個(gè)能自動(dòng)完成固件下載以及設(shè)備重枚舉功能的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，即固件下載驅(qū)動(dòng)程序?qū)SB固件下載到FX2的RAM中。
Cypress公司針對(duì)FX2系列的USB芯片給出了一個(gè)Firmware(固件)庫(kù)，用戶只需要在源程序中包含進(jìn)EZUSB．H和EZREGS．H， 并且把EZU-SB．LIB和USBJMPB．OBJ添加進(jìn)項(xiàng)目即可。
在設(shè)計(jì)中還利用了FX2的框架。FX2程序框架用于加速開(kāi)發(fā)芯片外設(shè)?？蚣転镕X2的初始化、處理設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)USB設(shè)備請(qǐng)求以及USB掛起時(shí)的電源管理提供了現(xiàn)成的805l代碼，只需簡(jiǎn)單地提供USB描述符表，編寫(xiě)完成外設(shè)功能的代碼就可以開(kāi)發(fā)一個(gè)功能完善的USB外設(shè)。
CY7C68013芯片的端點(diǎn)數(shù)總共有7個(gè)，根據(jù)設(shè)計(jì)需要，我們選擇了其中的3個(gè)端點(diǎn)，其中1個(gè)控制端點(diǎn)、1個(gè)發(fā)送端點(diǎn)和1個(gè)接收端點(diǎn)。
3．2 驅(qū)動(dòng)程序
在采集卡工作的運(yùn)行WindowsxF臺(tái)的主機(jī)上，Cypress公司提供了Windows下的通用驅(qū)動(dòng)程序(GDP)。本采集卡使用這個(gè)通用驅(qū)動(dòng)程序，不需要自己另行開(kāi)發(fā)。
3．3 用戶程序設(shè)計(jì)
用戶程序設(shè)計(jì)部分則是基于C++Builder開(kāi)發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能。系統(tǒng)軟件總體上包括數(shù)據(jù)采集(通道控制、觸發(fā)控制)、波形顯示、參數(shù)測(cè)量、頻譜分析及波形存儲(chǔ)與回放等五大模塊。軟件界面如圖5所示。
評(píng)論