基于單片機(jī)和USB接口的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
1.1 系統(tǒng)硬件組成
整個(gè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖l所示。AT89C52為主控單片機(jī),負(fù)責(zé)控制A/D轉(zhuǎn)換、上傳采集數(shù)據(jù)、接收并執(zhí)行主機(jī)的命令。CY7C68013為USB接口芯片。A/D轉(zhuǎn)換芯片采用TI公司生產(chǎn)的TLC549,AD780是一款高精度參考電壓芯片,可為TLC549提供2.5 V或 者3.0 V的參考電壓。系統(tǒng)+5 V電源由主機(jī)的USB 接口提供,CY7C68013所需的電源為+3.3 V,由+5 v 電源接穩(wěn)壓芯片APlll7提供,圖中沒(méi)有畫(huà)出。
1.2 TLC549
TLC549是以8位開(kāi)關(guān)電容逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器為基礎(chǔ)而構(gòu)造的CMOS A/D轉(zhuǎn)換器,將其設(shè)計(jì)成能通過(guò)三態(tài)輸出與微處理器或外圍設(shè)備串行接VI。TLC549用輸入/輸出時(shí)鐘(I/O CLOCK)和芯片選擇(CS)輸入作數(shù)據(jù)控制,轉(zhuǎn)換結(jié)果由DATAOUT引腳輸出。I/o CLOCK端的最高頻率可達(dá)1.1 MHz。TLC一549片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘工作在4 MHz(不需要外部時(shí)鐘)。片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘使內(nèi)部器件的操作獨(dú)立于串行輸入/輸出時(shí)序并允許TLC549像許多軟件和硬件所要求的那樣工作。I/O CLOCK和內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘可以實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳送,使得TLc549可實(shí)現(xiàn)40 kHz的采樣頻率。TLC549具有通用控制邏輯及自動(dòng)工作或在微處理器控制下工作的片內(nèi)采樣/保持電路,差分高阻抗基準(zhǔn)電壓輸入端,易于實(shí)現(xiàn)比例轉(zhuǎn)換的高速轉(zhuǎn)換器,定標(biāo)及隔離電路。整個(gè)開(kāi)關(guān)電容逐次逼近轉(zhuǎn)換器電路的設(shè)計(jì)允許在小于17μs的時(shí)間內(nèi),以最大誤差±0.5為最低有效位的精度實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。
1.3 CY7(368013及其固件程序
EZ―USB FX2系列芯片CY7C68013是業(yè)界第一個(gè)支持USB2.0,同時(shí)向下兼容USBl.1規(guī)范的單片機(jī),為描述方便以下簡(jiǎn)稱該芯片為FX2。FX2支持全速傳輸(12 Mb/s)和高速傳輸(480 Mb/s),該芯片將USB2.O收發(fā)器、串行接口引擎SIE、增強(qiáng)的8051內(nèi)核、GPIF等集成于一體。FX2內(nèi)含4 KB的端點(diǎn)緩沖區(qū)F1FO,可以被配置為具有不同大小緩沖區(qū)的IN或OUT端點(diǎn)(EP2,EP4,EP6,EP8),具有USB協(xié)議所規(guī)定的4種傳輸方式,即控制方式、中斷方式、批量傳輸、和同步傳輸方式。Cypress公司為FX2提供了完善的軟件開(kāi)發(fā)工具包,降低了開(kāi)難度,加快了開(kāi)發(fā)進(jìn)度。
FX2可以工作在3種不同的模式下完成USB數(shù)據(jù)的傳輸,即:Ports模式、GPIF模式和Slave FIFO模式。Ports模式下其uSB數(shù)據(jù)的傳輸主要在FX2的8051內(nèi)核參與下完成,數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)執(zhí)行指令實(shí)現(xiàn),因此數(shù)據(jù)的傳輸率比較低,對(duì)大批量數(shù)據(jù)傳輸一般采用后兩種方式。GPIF方式,稱為通用可編程接口方式,在此模式下,F(xiàn)X2的FIFO是由內(nèi)部的GPIF控制的,F(xiàn)X2利用由軟件編程輸出讀寫(xiě)控制波形讀取FIFO標(biāo)志,控制FIFO的選通,并且對(duì)外部設(shè)備提供了用戶專用接口,可以對(duì)許多通用總線接口進(jìn)行訪問(wèn),如ASIC,DSP和存儲(chǔ)器等。文獻(xiàn)利用FX2的GPIF方式構(gòu)建了LISB數(shù)據(jù)傳輸通道。Slave FIFO方式是將FX2的FIFO作為外部控制器(如FPGA或單片機(jī))的從屬FIFO,外部控制器可像普通FIFO操作一樣對(duì)FX2的FIFO進(jìn)行讀寫(xiě),而不考慮該包的大小,傳輸速率可明顯提高,文中FX2在Slave FIFO模式下工作。FX2有3種封裝形式:128引腳、100引腳和56引腳,這里選用FX2的56引腳的封裝形式。
FX2芯片在使用時(shí)必須先下載固件程序,固件程序主要負(fù)責(zé)完成芯片初始化,對(duì)芯片進(jìn)行必要的配置、處理設(shè)備請(qǐng)求、進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)认鄳?yīng)工作。用戶通過(guò)編寫(xiě)適當(dāng)?shù)墓碳绦蛲瓿蓪?duì)FX2的設(shè)置。Cypress公司提供了一個(gè)固件程序開(kāi)發(fā)框架可以大大簡(jiǎn)化FX2芯片固件程序的開(kāi)發(fā)難度。通過(guò)編寫(xiě)用戶初始化函數(shù)TD_Init(),用戶可以規(guī)定各種端點(diǎn)資源的使用以及配置外圍接口的輸入/輸出等。其主要配置語(yǔ)句如下:
評(píng)論