USB接口的高速数据收集卡的规划与完结-亚洲ca88官方网站

  现代工业出产和科学研究对数据收集的要求日益进步，在瞬态信号丈量、图画处理等一些高速、高精度的丈量中，需求进行高速数据收集。现在通用的高速数据收集卡一般多是PCI卡或ISA卡，存在以下缺点：装置费事；价格昂贵；受计算机插槽数量、地址、中止资源约束，可扩展性差；在一些电磁搅扰性强的测验现场，无法专门对其做电磁屏蔽，导致收集的数据失真。

  通用串行总线年康柏、微软、IBM、DEC等公司为处理传统总线缺乏而推行的一种新式的通讯规范。该总线接口具有装置便利、高带宽、易于扩展等长处，已逐步成为现代数据传输的发展趋势。根据USB的高速数据收集卡充分使用USB总线的上述长处，有用处理了传统高速数据收集卡的缺点。

  通用串行总线适用于净USB外围设备衔接到主机上，经过PCI总线与PC内部的体系总线衔接，完结数据传送。一起USB又是一种通讯协议，支撑主体系与其外设之间的数据传送。USB器材支撑热插拔，能够即插即用。USB1.1支撑两种传输速度，既低速1.5Mbps和高速12Mbps，在USB2.0中其速度进步到480Mbps。USB具有四种传输方法，既操控方法（Control mode）、中止传输方法（Interrupt mode）、批量传输方法（Bulk mode）和等时传输方法（Iochronous mode）。

  考虑到USB传输速度较高，假如用只完结USB接口的芯片外加一般操控器（如8051），其处理速度就会很慢而达不到USB传输的要求；假如选用高速微处理器（如DSP），尽管满意了USB传输速率，但本钱较高。所以挑选了TI公司内置USB接口的微操控器芯片TUSB3210，开发了具有USB接口的高速数据收集卡。

  TUSB3210的USB接口契合USB1.1协议，有4个输入端点（Input Endpoint）和4个输出端点（Output End-Point），支撑全速和低速传输速率，并具有USB协议所规则的4种传输方法。TUSB3210的USB接口选用串行接口引擎（SIE）编码和解码串行数据，而且进行校验、位填充，履行USB所需求的其他信号。这样选用硬件完结USB协议，简化了

  代码的编制。TUSB3210选用根据内部RAM的处理方案，答应经过I2C总线从串行EEPROM中读入

  或从主机中下载固件程序。这项功用便于设备的开发与在线是MAXIM公司出产的10位、105MSPS、单3.3V电源、低功耗的高速A/D芯片。它选用差分输入，带有高宽带采样/坚持（T/H）的10阶段流水线（pipeline）型结构的ADC，如图2。采样信号每半个时钟周期经过一个流水线段，完结接连转化到数据输出共需5.5个时钟周期。每个流水线位的闪速

  C对输入电压量化，由DAC发生一个对应于量化成果的电压并与输入电压作差，输出电压扩大2倍后送到下一级流水线位的分辨率，并进行过失校对，得到杰出的线性和低失调。

  MAX1449供给一个2.048V的准确带隙基准源，用来设定ADC满量程规模，也能够用外部基准源改动量程规模。MAX1449的最大差分输入电压规模为2V。2.3 输入信号处理电路

  MAX1449芯片的输入信号为差分输入时有最佳的采样作用。在本体系顶用TI的HTS4503作为单端输入到差分输出的转化电路。THS4503高性能的全差分运放，带宽可达270MHz，具有非常好的线位的A/D转化要求，合适作为A/D改换的前端接口电路。详细电路见图3所示。2.4

  来缓冲数据。本体系选用TI公司SN74V293芯片。它的容量为65536×18或131072×9，最快读写周期为6ns，能够满意100MHz采样数据的存储。用户能够挑选输入、输出宽度，当挑选输入、输出宽度为18时，可存储64K×10位的数据。假如挑选输入、输出为9位，则可使存储容量扩大到128×9位，这样对精度要求不高的用户能够获得更多数据。SN74V293有独立的读写时钟操控电路，答应读写操作一起进行。SN74V293内部有满、空、半满输出信号以及可编程设定的简直满和简直空输出信号，经过这些信号操控器能够灵敏操控FIFO的读写操作。

  关于高速数据收集体系，时钟信号很重要。在本体系中选用DALLAS公司的DS1073时钟芯片。DS1073是无需外部元件的频率振荡器。经过DALLAS独有的1-wire技能，能够设定内部的分频器数值，完结输出频率从27.3kHz～100MHz可调，然后便利地改动采样时钟，简化电路规划。MAX1449数据输出时下降沿有用，而FIFO写入时上升沿锁存数据。体系中选用DS90LC028A完结对时钟信号的取反。2.5 PCB板制造

  由所以高速A/D收集，在制造PCB板时有一些需求留意的当地。电路板最好运用多层板，元件尽量选用外表封装器材。这样能够减小元器材之间的间隔，减小寄生电感、寄生电容，一起减小电路板的尺度。一切的旁路电容都要尽量接近芯片的电源管脚。模仿公共地和数字公共地要分隔，选一点经过低值表贴电阻（1～5

  ）、磁珠或直接衔接，避免数字地电流搅扰模仿地。电源最好用线性稳压电源，A/D和前端处理电路要用同一电源地输出，减小电源动摇对收集的影响。

  开发一个USB设备，软件规划是必不可少的。USB运用体系软件规划分为三部分：USB外设端的固件（Firmware）、主机操作体系上的客户驱动程序以及主机运用软件。主机运用软件经过客户驱动程序与体系USBI（USB Device Interface）进行通讯，由体系发生USB数据的传送动作；固件则呼应各种来自体系的USB规范恳求，完结各种数据的交流工作和事情处理。

  3.1 USB接口编程固件程序首要是完结USB通讯。TUSB3210选用SIE来办理USB通讯。当主机与芯片进行USB通讯时，会发生外部中止0，经过中止矢量寄存器判别。Setup_packed_Int、Input_endpoint0_Int、Output_endpoint0_Int这三个中止首要用于与主机树立衔接、进行操控传输或中止传输；Input_endpoint1_Int、Output_endpoint1_Int这两个中止首要在批量传输时运用。在固件中别离履行不同的中止程序来完结USB的数据传输。

  笔者首要开发TUSB3210在主机中的驱动程序。用WinDK3.0开发了Win2000下的驱动程序，完结了操控传输、中止传输和批传输的规范接口函数。

  在运用程序开发中，可用VC++编制运用程序。能够把USB设备当成文件来操作，使用CreateFile得到USB句柄，用DeviceIoControl来进行操控传输，用ReadFile、WriteFile进行批量传输。程序实例如下：

  经过以上规划完结了根据USB数据收集卡的基本功用。但还有一些如信号的触发、事情的捕获功用还需完善；需开发根据USB2.0的体系，进一步进步数据传输的速率。