基于USB2．0接口的沥青拌和站数据采集系统设计

1 引言
    数据采集是指采集温度、压力、流量、位移等信号量．再由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程。相应的系统称为数据采集系统。目前在统一的USB接口上实现了中低速外设的通用连接，例如键盘、鼠标、游戏杆、显示器、数字音箱及MODEM等。USBl．0的数据传输率可达到12 Mb／s．USB2．0的数据传输速率可达480 Mb，s，对于数据采集系统，有着不可比拟的优点。如何将USB2．0接口应用到高速数据采集系统中，是今后数据采集系统的一个研究方向。

2 系统总体设计
    系统的任务是实现一个数据采集系统，该采集系统采集沥青拌和站主机送往打印机的数据，并将其传到计算机供数据处理，如图1所示。

3 系统硬件实现
    图2给出了现有的沥青拌和站数据采集系统框图,是以8051单片机作为控制器，利用拌和站主机送往打印机的数据同步信号/STROBE，将打印数据暂存在采集系统的FIFO中．之后保存在FLASH AM29F040中，再利用标准串行接口传送到主机。

    该设计对现有的系统进行了改进，并提出一种基于USB2．0的高速数据采集系统，采用EZ_USB FX2系列器件CY7C68013，将串口改为USB2．0接口，同时充分利用EZ-USB的特性，在采集系统中去掉FIFO。其系统硬件框图如图3所示。

    在系统中，USB接口器件EZ_USB FX2与主机的数据传输方式采用块传输(BULK rrransfer)的方式。设计中EZ_USBFX2的工作模式选用端口模式。去掉了FIFO，充分利用EZ-USB FX2内部资源，将其内部端点2作为数据缓冲区．大大简化了硬件设计。数据存储模块选用AM29LV040．该Flash控制简单，存储容量大，非常适合此系统。
    系统硬件实现主要由电源模块，时钟模块，复位电路。I2C总线模块，数据存储模块，USB接口模块及并口数据采集等部分组成。其中，数据采集和上传都是由EZ_USB FX2实现，外部存储模块由F3ash AM29LV040实现。
3．1 USB接口模块
    D+．D-是与主机通讯的数据线，当USB设备插上主机时．D+和D-上有一个压差，主机就会发现外围设备，读取设备的。PID和VID，并载入相应驱动，如图4所示。由于系统使用的是外接+3．3 V电源，所以VBUS没有连接。如果需要用总线供电，因为CY7C68013使用的是+3．3 V供电，而总线电压是5 V，所以要经过一个电压变换，需将VBUS接至0 DC-DC变换器。图4中SHIELD和GND之间的电阻和电容用于防止EMll和RFI。

3．2 并口输入模块
    该模块由两个并行接口组成，其连接电路如图5所示。这是数据采集系统中数据的来源，即拌和站主机输送打印数据的并口。其中的INO～IN7连在EZ-USB FX2的I／O端口PORTC上．STROBE信号作为中断信号接到EZ-DSB FX2的外部中断O上，STROBE由高到低的一次跳变引发一次中断，执行一次中断处理程序。中断处理程序中将PORTC上的数据暂存到FX2内部断点2中。为了在采集数据时不影响打印机的正常工作，将并口的其余信号接到PORTB上，在固件中对其设置。其中除PE、BUSY和SEL外均作为输入，PE、BUSY和SEL作为输出，PE和BUSY置低，SEL置高。 [p]

4 系统软件设计
    USB应用系统软件设计分为3部分：固件程序设计、主机驱动程序以及主机应用程序。系统设计只做了固件程序的设计，驱动程序使用公司提供的通用驱动程序，应用程序使用公司的应用程序Control Panel调试。
    固件是运行在CY7C68013上的程序，可采用汇编语言或C语言设计，其主要功能是负责初始化各硬件单元、控制CY7C268013接收并处理USB驱动程序的请求、控制CY7C68013接收应用程序的控制指令、通过CY7C68013存放数据并实时上传至PC等。只有在该程序运行时，外设才能称之为具有给定功能的外部设备。
    固件程序代码的存储位置：固件代码固化到一片EEP-ROM中．外设加电后由FX2通过FC总线下载到片内RAM后自动执行。
    设计采用利用现成的固件程序框架函数编写固件程序，根据设备的需求添加响应的代码来完成特定的目的。其中基本的固件程序框架函数：
    void TD_Init(void) ／／该函数用来完成EZ-USB FX2的初始化
    void TD_Poll(void) ／／该函数在设备运行时反复被调用，它包括完成用户任务的函数
    BOOL TD_Resume(void)／／设备重启后调用
    BOOL TD_Suspend(void) ／／设备进入挂起状态前调用在整个固件程序中，EZ-LISB FX2设备上电或复位后，首先初始化所有的内部状态变量，随后调用TD_Init()函数，并开中断,此时固件程序不断检测控制端口O是否收到SETUP包。一旦收到，固件程序就开始调用用户函数TD_Poll()，其中用户需要完成的功能代码就在TD_Poll()函数中。调用完成后．重复检测端口O是否收到SETUP包，若有，继续执行设备请求，调用TD_Poll()函数；否则，检测USB核是否有USB挂起事件，若有，调用TD_Suspend()函数，其返回值为真时，检测USB核是否有重新开始事件，若没有，设备进入挂起状态，否则，凋用TD_Resume()，进行下一次循环，当TD_Sus-pend()函数返回值为假时，直接进入下一次循环。固件程序流程如图6所示。

    固件程序中定义了许多中断处理函数，使用时可加入自己编写的代码，就可在不改变整个程序的前提下，仅通过改变相应的模块实现用户的功能。设计中使用了外部中断O，其优先级最高，可以最大程度地避免数据丢失。在其相应的中断处理函数中，将来自打印机并口的数据采集到FX2的内部缓冲区中。无中断到来时，在TD_Poll()函数中，将缓冲区中的数据写到Flash中。

5 结语
    提出一种基于USB2．0的高速数据采集系统，设计了采集系统的硬件电路，并编写了相应的固件程序。大大提高传输速率，降低系统成本。其不足之处是采集速度不理想，虽然实现了高速采集的目的，但是距离USB2．O的最高传输速率还有差距，需要在以后的研究中，加以研究和改进。