EZ-USB FX2的數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)設(shè)計

FPGA提供TLC5510 20 MHz的工作時鐘和使能輸出信號OE，低電平有效，同時接受TLC5510的采樣數(shù)據(jù)。由于系統(tǒng)需要同步的兩路采樣，所以由FPGA輸出的時鐘和使能輸出信號OE同時控制2個TLC5510。這樣FPGA就可以同時收到兩路同時采樣的信號數(shù)據(jù)，將其存入兩個獨立的異步FIFO中。
值的注意的是，實驗中將FPGA產(chǎn)生的工作時鐘和使能輸出信號先輸入74HCT573，然后由74HCT573的輸出去控制兩路的TLC5510。這主要是完成將FPGA的CMOS電平轉(zhuǎn)換成TTL電平的工作。在實驗的初期，未經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換的信號在控制TLC5510時，得不到穩(wěn)定數(shù)據(jù)。后來經(jīng)過改善后，TLC5510能夠穩(wěn)定、準(zhǔn)確地完成采樣和數(shù)據(jù)輸出。
(2)數(shù)據(jù)傳輸模塊
在數(shù)據(jù)傳輸模塊中，為了保證較高的傳輸速度，使用不經(jīng)過CPU的SLAVEFIFO控制工作模式。模塊的基本工作過程為：當(dāng)A／D采樣數(shù)據(jù)存儲滿FPGA中的FIFO后，F(xiàn)PGA根據(jù)SLAVEFIFO的控制時序產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，將在FIFO中的數(shù)據(jù)傳輸給EZ-IJSB FX2的內(nèi)部端點FIFO，而當(dāng)內(nèi)部端點存儲滿后，FX2自動將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C。外部控制器FPGA對FX2的控制進程如下：
①IDLE，當(dāng)寫事件發(fā)生時，轉(zhuǎn)向狀態(tài)1。
②狀態(tài)1，指向EZ-LJSB FX2的內(nèi)部端點IN FIFO，激活FIFOADR[1：0]，轉(zhuǎn)向狀態(tài)2。
③狀態(tài)2，如果內(nèi)部端點FIF0滿標(biāo)志為“假”(FIFO不滿)，則轉(zhuǎn)向狀態(tài)3；否則停留在狀態(tài)2。
④狀態(tài)3，傳送總線驅(qū)動數(shù)據(jù)。產(chǎn)生一個SLWR跳變，轉(zhuǎn)向狀態(tài)4。
⑤狀態(tài)4，如果有更多的數(shù)據(jù)要寫，則轉(zhuǎn)向狀態(tài)2；否則，轉(zhuǎn)向IDLE。
EZ-JSB FX2內(nèi)部端點FIFO異步寫的時序如圖3所示。

2 FPGA的模塊設(shè)計
在系統(tǒng)中，F(xiàn)PGA構(gòu)成了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的“橋梁”，完成對TLC25510的控制和數(shù)據(jù)的存儲，同時也完成對EZ-USB FX2單片機的控制。利用FPGA強大的功能，使電路的結(jié)構(gòu)得到了簡化，不需要利用分立器件來完成對數(shù)據(jù)的存儲。因此，在FPGA中需要構(gòu)成4個模塊：2片F(xiàn)IFO數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)通道選擇模塊、控制模塊和輸出20 MHz時鐘的PLL模塊。
(1)2片F(xiàn)IFO數(shù)據(jù)存儲模塊
FIFO數(shù)據(jù)存儲模塊主要完成對A／D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的存儲。由于需要兩路同時采集數(shù)據(jù)，所以要有2個FIFO模塊，這樣易于對數(shù)據(jù)的存儲和傳輸控制。每個FIFO存儲模塊的存儲容量定為2 048 B，可通過MegaWizard工具來調(diào)用。
(2)數(shù)據(jù)通道選擇模塊
數(shù)據(jù)通道選擇模塊主要是針對兩路的數(shù)據(jù)讀取和傳輸而設(shè)計的。當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換器采集到對應(yīng)的數(shù)據(jù)后，存入兩個異步FIFO存儲模塊中。在兩個異步FIFO存儲模塊存儲滿后，對FIFO存儲模塊數(shù)據(jù)的讀取是關(guān)鍵。數(shù)據(jù)通道選擇模塊的基本原理是在控制模塊對讀取數(shù)據(jù)進行計數(shù)，當(dāng)把其中的一個FIFO存儲模塊讀取完后，由控制模塊發(fā)出通道切換信號，由數(shù)據(jù)通道選擇模塊切換數(shù)據(jù)通道，再讀取另一個FIFO存儲模塊的數(shù)據(jù)。
(3)控制模塊
控制模塊要完成對TLC5510、FIFO存儲模塊、數(shù)據(jù)選擇模塊和EZ―USB FX2的控制，這是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵。根據(jù)系統(tǒng)實現(xiàn)的功能和各個模塊的控制時序，控制模塊將產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，實現(xiàn)系統(tǒng)的采集和存儲的功能。
(4)20 MHz時鐘的PLL模塊
系統(tǒng)提供的FPGA外部時鐘頻率為50 MHz，而TLC5510的最大采樣工作頻率為20 MHz。所以通過對前置分頻參數(shù)N=5、倍頻器參數(shù)M=2的設(shè)置，將50 MHz鐘頻率分頻成20 MHz的時鐘作為采樣時鐘和系統(tǒng)的工作時鐘。

3 EZ―USB FX2的固件設(shè)計
固件程序是指運行在設(shè)備CPU中的程序。只有在該程序運行時，外設(shè)才能稱為具有給定功能的外圍設(shè)備。C2ypress公司為FX2固件開發(fā)提供了一個固件庫和固件框架，都是在Keil C51集成開發(fā)環(huán)境下開發(fā)的。固件庫提供了一些常量、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、宏、函數(shù)來簡化用戶對芯片的使用。固件框架實現(xiàn)了初始化芯片、處理USB標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備請求以及掛起狀態(tài)下的電源管理等功能。該框架不添加任何代碼，編譯后生成的．HEX文件載人芯片就能和主機進行基本的USB通信。用戶主要的工作就是選擇適合的傳輸方式，添加需要使用的端點，在框架預(yù)留的地方(如TD_Init()、TD_Poll()等函數(shù)中)添加初始化代碼和完成特定功能的代碼。這樣大大簡化了用戶對程序的編寫，在不十分了解USB2．O協(xié)議的情況下，也能通過代碼的編寫，實現(xiàn)USB的傳輸功能。