基于USB2.O的軌道電路信號車載采集與分析系統(tǒng)

摘要：介紹了一種基于USB2．O的車載采集與分析系統(tǒng)，詳細設(shè)計了系統(tǒng)的硬件和軟件。硬件方面通過對CY7C68013的通用可編程接口(GPIF)控制邏輯的合理設(shè)計和芯片內(nèi)部FIFO的有效運用，實現(xiàn)了在USB設(shè)備和主機之間大量數(shù)據(jù)的高速傳輸。軟件方面采用模塊化設(shè)計實現(xiàn)了信號的數(shù)字濾波、頻譜分析、波形顯示、存儲以及回放。
關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集；數(shù)字信號處理技術(shù)；USB

0 引言
近年來，隨著鐵路建設(shè)的跨越式發(fā)展，對機車信號檢測的準(zhǔn)確性和可靠性提出了越來越高的要求，傳統(tǒng)的手持式信號檢測系統(tǒng)已經(jīng)遠遠不能滿足需要，本文提出的車載信號采集系統(tǒng)采用數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)實現(xiàn)對機車信號波形的頻譜分析。利用可靠的硬件和軟件技術(shù)實
現(xiàn)機車信號檢測的實時性和高精度要求。系統(tǒng)采用USB總線接口有效地解決了傳統(tǒng)總線形式(如RS232、并口、ISA等)傳輸速度低、安裝繁瑣、易受機箱內(nèi)環(huán)境的干擾、計算機系統(tǒng)資源限制等缺點，具有廉價、高速、支持即插即用、使用維護方便等優(yōu)點。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計
本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計主要分為硬件和軟件設(shè)計兩部分。其中硬件設(shè)計主要包括信號調(diào)理、A／D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲、控制部分以及USB接口部分等實現(xiàn)內(nèi)容。
系統(tǒng)軟件設(shè)計分為USBN件(Firmware)、USB設(shè)備驅(qū)動程序以及主機應(yīng)用程序三部分內(nèi)容。在Windows操作平臺下，主機應(yīng)用程序通過USB設(shè)備驅(qū)動程序與系統(tǒng)硬件接口USBDI(USBDeviceInterface)進行通信，然后由系統(tǒng)產(chǎn)生USB數(shù)據(jù)的傳送動作。固件則是運行在接口芯片中的代碼，用以響應(yīng)各種來自系統(tǒng)的USB標(biāo)準(zhǔn)請求，完成數(shù)據(jù)的交換工作和事務(wù)處理。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
USB數(shù)據(jù)采集板硬件電路設(shè)計實現(xiàn)共分為5大部分，它們分別是信號調(diào)理、A／D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲、控制部分以及USB接口部分。
2．1 信號調(diào)理
信號調(diào)理部分由脈沖計數(shù)式鑒頻器完成。它由四部分組成(如圖2所示)，即過零比較器、微分電路、脈沖形成電路和低通濾波器，輸入的調(diào)頻波Ui(t)經(jīng)過零比較器后變成調(diào)頻方波信號U1(t)，調(diào)頻方波信號通過微分電路后變?yōu)槲⒎置}沖序列U2(t)，微分脈沖序列經(jīng)過脈沖形成
電路后變?yōu)榈让}寬的方波脈沖序列U3(t)，等脈寬的方波脈沖序列通過低通濾波器后就輸出調(diào)制信號Uo(t)。鑒頻器各部分的波形如圖3所示。