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基于USB2.0的同步高速数据采集器的设计

发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:445

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。

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。

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