基于USB 2.0总线的高速数据采集系统的设计.docx

简介：
本文档探讨了基于USB 2.0技术的高速数据采集系统的创新设计，旨在实现高效的数据传输和处理。 高速数据采集系统在现代工业生产和科学研究领域发挥着重要作用，尤其是在瞬态信号测量与图像处理等方面。然而，传统的PCI或ISA卡虽然性能强大，但安装复杂、成本高且扩展性差的问题较为突出。USB（通用串行总线）作为一种新型通信标准，在便捷的安装方式、高速带宽和易于扩展方面具有优势，成为设计高速数据采集系统的理想选择。 本段落主要探讨基于USB2.0总线的高速数据采集系统，并重点介绍Cypress Semiconductor公司的EZ-USB FX2单片机（CY7C68013）。这款芯片集成了收发器、串行接口引擎(SIE)、8051微控制器和可编程外围接口，能够支持高达480Mbps的数据传输速率，完全满足高速数据采集的需求。 FX2的创新之处在于其智能SIE能硬件处理USB协议，减少了开发时间并确保兼容性。此外，通用接口(GPIF)和主从端点FIFO提供了与各种设备（如ATA、UTOPIA、EPP、PCMCIA和DSP）无缝连接的能力。GPIF的自动传输数据模式使得外部设备与主机之间的高效数据传输成为可能，并且CPU无需直接参与。 在硬件设计中，FX2包含三个64字节端点缓冲区（EP0、EP1IN、EP1OUT），其中EP0用于控制传输，而EP1IN和EP1OUT可配置为BULK、INTERRUPT或ISOCHRONOUS传输。此外，还有四个大容量端点缓冲区（每个大小达2KB）——包括EP2、EP4、EP6和EP8，以支持高带宽数据传输，并且无需固件干预。 接口信号是高速数据传输的关键因素。IFCLK提供参考时钟；GPIFADR用于地址线；FD负责数据线与CTL控制信号的数据传输；RDY状态检测信号监控着数据传输的状态变化；而GSTATE调试信号则追踪GPIF波形的执行情况。 例如，AD9238是一款高性能12位模数转换器（ADC），适用于高速数据采集系统。它提供双通道，并支持高达65MSPS至20MSPS的采样速率，在低功耗和宽频带宽方面表现出色，非常适合处理高速信号。 基于USB2.0总线的高速数据采集系统利用EZ-USB FX2芯片高效特性实现了便捷、高带宽的数据采集，并克服了传统PCI与ISA卡的各种局限性。这种设计特别适合电磁干扰较强的测试环境使用。它不仅降低了系统的复杂性和成本，还提高了实时性和准确性，在现代数据采集技术中是一个重要的进步方向。