Niosll和USB接口的高速數(shù)據(jù)采集卡設計
引 言
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/151090.htm隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學研究對數(shù)據(jù)采集的要求日益提高,在瞬態(tài)信號測量、圖像信號處理等一些高速、高精度的測量中,都迫切需要進行高速數(shù)據(jù)采集(如雷達信號分析、超音波信號分析);而進行數(shù)字處理的先決條件是將所研究的對象數(shù)字化,因此數(shù)據(jù)采集與處理技術日益得到重視。在圖像信號處理、瞬態(tài)信號檢測、工業(yè)過程檢測和監(jiān)控等領域,更是要求高速度、高精度、高實時性的數(shù)據(jù)采集與處理技術?,F(xiàn)在的高速數(shù)據(jù)采集處理卡一般采用高性能數(shù)字信號處理器(DSP)和高速總線技術的框架結構。DSP用于完成計算量巨大的實時處理算法,高速總線技術則完成處理結果或者采樣數(shù)據(jù)的快速傳輸。DSP主要采用TI和ADI公司的產(chǎn)品,高速總線可以采用ISA、PCI、USB等總線技術。其中PCI卡或ISA卡安裝麻煩,價格昂貴,受計算機插槽數(shù)量、地址、中斷資源的限制,可擴展性差,在一些電磁干擾性強的測試現(xiàn)場,無法專門對其做電磁屏蔽,易導致采集的數(shù)據(jù)失真。通用串行總線USB是為解決傳統(tǒng)總線不足而推廣的一種新型的通信標準。該總線接口具有安裝方便、高帶寬、易于擴展等優(yōu)點,已逐漸成為現(xiàn)代數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢?;?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/USB">USB的高速數(shù)據(jù)采集卡充分利用USB總線的上述優(yōu)點,有效地克服了傳統(tǒng)高速數(shù)據(jù)采集卡的缺陷。
1 系統(tǒng)硬件設計
本系統(tǒng)主要是基于USB2.O的S1ave FIFO模式,在FPGA控制下完成雙通道、不同速率的數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送,全兼容USB2.O總線接口標準,其數(shù)據(jù)的采樣率可高達65 Msps;適用于較高速動態(tài)信號的實時記錄采集,其硬件系統(tǒng)總體結構框圖如圖1所示。
該系統(tǒng)主要由信號調理模塊、A/D轉換模塊、觸發(fā)模塊、基于FPGA的主控模塊、USB收發(fā)控制模塊、片外存儲器及其他輔助電路組成。調理電路與A/D轉換器,將傳感器采集的模擬信號進行相關的信號調理后送入AD9244芯片轉換為數(shù)字信號。處理后的數(shù)據(jù)送往FPGA主控模塊,根據(jù)相關的控制信息,選擇通過直接傳輸給上位機,或者先存儲在外部SDRAM,然后經(jīng)過相關的數(shù)字處理后再傳輸給上位機。
2 系統(tǒng)模塊介紹
2.1 USB2.0專用微處理器CY7C68013A
CY7C68013A是Cypress Semiconductor公司生產(chǎn)的一款集成USB2.O的微處理器。它有3種封裝形式——56SSOP、100TQFP和128TQFP,其結構框圖如圖2所示。
CY7C68013集成了USB2.O收發(fā)器、SIE、增強的8051微控制器和可編程的外圍接口部件。其SIE可在全速(12 Mb/s)和高速(480 Mb/s)兩種模式下運行,同樣可以使用內部RAM來進行程序和數(shù)據(jù)的存儲。GPIF和Master/Slave端口FIFO為ATA、UTOHA、EPP、PCM—CIA和DSP等提供了簡單和無需附加邏輯的連接接口。其編程可以根據(jù)設計的需要進行,不需要CPU的干預,只需通過CPU的一些標志和中斷即可進行通信。CY7C68013共有7個輸入輸出端口:EP0、EPlOUT、EPlIN、EP2、EP4、EP6、EP8,其中EP2、EP4、EP6、EP8可以分別被配置為批量/中斷/同步傳輸模式,傳輸方向均可配置為I/O,端口EP2、EP6的緩沖區(qū)大小可編程為512或1 024字節(jié),深度可編程為2/3/4倍大?。欢丝贓P4、EP8的緩沖區(qū)大小固定為512字節(jié),深度為2倍,采用不同的配置方式,可實現(xiàn)特定帶寬和速率要求的數(shù)據(jù)傳輸。
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