摘要：介绍了一种基于usb2．0接口的同步高速数据采集的设计方案及其软硬件的设计方法，对cypress的usb2．0控制芯片cy7c68013和同步数据采集芯片ad7862的特性作了简要说明，同时重点介绍cpip及其驱动软件的设计。

关键词：usb2．0 ez—usb fx2 同步数据采集

随着计算机技术的迅速发展，对外部总线速度的要求越来越高。通用串行总线(universal serial bus，即usb总线)凭借其即插即用、热插拔以及较高的传输速率等优点，成为pc机与外设连接的普遍标准。在许多便携式电脑上，已经找不到rs-232接口。迄今为止，常用的usb总线标准有1998年发布的usbl．1版本和2000年发布的usb2．0版本。其中1．1版本支持两种传输速率：1．5mbps和12mbps，主要应用在低速传输要求的场合；而2．0版本面向高数据率传输的场合，支持480mbps的传输速度，并向下完全兼容usbl．1协议。在实际应用中，通常会遇到一些突发信号，需要对其进行高速采集，对数据进行高速传输，所以usb2．0标准自然成为首选。以cypress公司的ez-usb fx2系列中的cy7c68013芯片作为核心控制器，设计开发了一套符合usb2．0标准的高速同步数据采集器。

1 cy7c68013芯片

cypress公司的ez-usb fx2系列中的cy7c68013，是目前市面上比较少的符合usb2．0标准的usb控制器之一。与其它同类芯片相比，它提供了4kb的fifo和一个功能十分强大的gpif(general programmable interface)模块。后者相当于一个可编程状态机，正是由于它的存在，使得cy7c68013比其它同类芯片具有强大的互联能力。图1是cy7c68013芯片的结构示意图，其主要特点如下：

·cy7c68013内部集成了一个增强型的51内核，其指令集与标准的8051兼容，并且在多方面有所改进。例如：最高工作频率可达48mhz，一个指令周期为4个时钟周期，两个uart接口，三个定时计数器，一个i2c接口引擎等。

·cy7c68013提供了一个串行接口引擎(sie)，负责完成大部分usb2．0协议的处理工作，从而大大减轻了usb协议处理的工作量，并且提供了4kb的fifo保证数据高速传输的需要。

·为了满足与各种不同类型外设的互联需要，芯片中集成了一个gpif模块，让用户可以按照外设的时序进行波形编辑，而不需要复杂的程序描述，就可以保证gpif与内部．fifo的协调工作，实现芯片与高速外围设备之间的逻辑连接和高速数据传输。这对于开发者来说是相当友好的。笔者就是利用这一特性，实现数据的高速同步采集及传输。

图1

2 同步高速数据采集芯片ad7862

2．1 ad7862的结构

ad7862是ad公司推出的高速、低功耗、双极性12位的a／d转换芯片，其中包含了两个独立的快速adc模块(允许同时采样和转换两路信号)、4路模拟输入信号(val、va2、vbl、vb2)、2．5v的内部电压基准以及一个12位的高速并行接口。芯片正常运行时功耗只有60mw，当使用节电方式时，只有50μw，对于自带电源的usb设备这种低功耗无疑是一种优点。该芯片的内部结构如图2所示。每个adc都有一个两通道的多路选择器，芯片通过地址信号a0分别选通val、va2或vbl、vb2，当一个convst信号到来时，同时转换地址a0选中的两路信号。

2．2 ad7862的控制时序

ad7862的控制时序如图3所示。在usb2．0同步高速数据采集器中，利用gpif实现图3所示的时序控制。其中convst是转换开始启动信号，下降沿触发两路adc开始装换；busy信号在convst信号触发后；变成并保持为高电子状态，直到两路adc转换完毕，才又回到低电平；地址a0用于对两路模拟信号的选择，cs信号和rd信号分别是芯片使能信号以及读允许信号。两者第一次同为低电平时，读出第一组adc转换的数据；在第二次为高电平时，读出第二组adc转换的数据。使用ad7862值得注意的一点是该芯片提供了电源管理功能，当芯片将第二组数据读出后，convst信号继续保持低电平，芯片进入休眠模式。这时芯片的功耗只有50μw。这一点对于现在的便携式设备十分重要。

3 同步高速数据采集器的硬件设计

传统的高速数据采集卡一般都采用pci总线设计，但是笔记本电脑以及大部分便携式设备是没有pci插槽的。利用usb2．0技术，不仅保证了较高的数据传输率(传输率最大可以达到480mbps)，同时还具有便携和无需外加电源等优点。图4是系统的结构示意图。