基于USB的数据采集系统的设计与研究

3．3 电源电路设计

在本设计中，需要3种大小不同的供电电源，除了ADC0804需要的+5 V供电电源外，还有CY7C68013需要的+3．3 V的供电电源，模数转换器ADC0804需要的+2．5 V的基准电压电源。由于整个系统可以使用总线电源供电，不需要外加电源，因此需要把+5 V的总线电源转换为系统各个部分所需的电源。+3．3 V电源是CY7C68013所需芯片供电电压。设计中，选用的是MAxIM公司的电源转换芯片MAX882n 0，连接电路如图3所示。

模／数转换器需要外部提供基准电压，ADC0804需要+2．5 V电压，而且基准电压是否稳定、精确，直接影响数据转换的精度。而NationalSemiconductor公司的LM336-2．5 V是一个能提供精确+2．5 V电压的器件，他的集成电路是精确的2．5 V并联推挽稳压二极管组成，还有一个用来调节温度对电压影响的引脚ADJ。芯片所产生的2．5 V的电压可以很方便的从5 V电压系统中获得。

4数据采集系统的软件设计

该数据采集系统的软件系统主要由3部分组成：USB固件程序(Firmware)、I_JSB设备驱动程序以及客户应用程序。3部分程序之间相互协作来完成整个采集卡的功能。

4．1 固件程序设计

固件程序是指运行在设备CPU中的程序。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。固件程序负责初始化各硬件单元，重新配置设备及A／D采样控制。固件代码的存储位置有3种：第一种是存在主机中，设备加电后由驱动程序把固件下载到片内RAM后执行，即"重新枚举"；第二种方法是把固件代码固化到一片E2PRAM中，外设加电后由FX2通过I21C总线下载到片内RAM后自动执行；最后一种方法是把程序固化到一片R()M中，使之充当外部程序存储器，连在FX2三总线上。本文选用第一种方式，这种方式便于系统的调试和升级。

Cypress公司为CY7C68013提供了一个开发框架，可以在KEILC51环境下开发。由于开发框架的引入，大大缩短了用户的研发周期。该框架由以下几部分组成：

(1)Fw．C中包含了程序框架的MAIN函数，管理整个51内核的运行，因为CypreSS对这个部分的功能进行了精心划分，一般是不用改动的。

(2)用户必须将PERIP H．C实例化，他负责系统周边器件的互联。固件的设计主要针对这个文件，用户必须根据自己系统的需要，实例化这个文件，以实现自己的功能。在这个文件中有几个函数是比较关键的，在这里做特别说明：

TD Init函数，负责对USB端点进行初始化设置。本设计中将端点6设置为1 024个字节，缓存深度为4级，模式设为自动输入方式。

TD Poll函数，负责系统中循环任务的处理。他主要是对各个端点的状态进行查询，处理各种OUT或IN端点的交互。值得说明的一点是，这种处理只是辅助性质的，大部分工作由硬件自动完成。

GPIFINIT．C，其中只有一个Gpiflnit函数；他是GPIF模块的初始化函数，一般在TD Init函数中调用。这个函数是由Cypress公司提供的一个GPIF、Designer开发工具根据用户设计的波形生成的，用户不需要自己设计波形查询表，减轻了设计者的工作强度。DSCR．A51是描述表文件，负责LISB设备的描述工作，CY7C68013在上电后自动利用其中的VID和PID取代默认的VID和PID。

4．2驱动程序的编写

数据采集系统的设备驱动程序和应用程序都是设备的主机端程序。设备驱动程序是硬件和应用程序之间的桥梁，通过驱动程序，应用程序可以对硬件进行控制。该系统需要2个驱动程序，即通用驱动和下载固件的驱动。通用驱动完成与外设和用户程序的通信及控制；而下载固件的驱动则只负责在外设连接LISB总线后把特定的固件程序下载到FX2的RAM中，使FX2的CPU重启，模拟断开与USB总线的连接，完成对外设的重新设置。主机根据新的设置安装通用驱动程序，重新枚举外设为一个新的USB设备。

在本系统的驱动程序开发中，使用的开发工具是Jun-go公司的winDriver，他支持多种操作系统。winDriver开发的优点是用户不需要了解操作系统内部的具体工作机理，同时也不需要了解各个系统DDK(Developing orDebugging in Kernel)的开发工具，用户只需使用winDriv-er提供的开发平台，即可完成驱动程序的设计工作，剩下的底层细节由winDrivei内核统一处理。从而降低了对开发者编程能力的要求，同时也大大缩短了开发周期。下面就使用winDriver开发驱动程序的步骤做简要说明：

启动winDrivet。的Dri veiwizard工具；利用Driver--wizard检测硬件是否正常；在Driverwizard中选择所使用的开发环境，这里使用VC++6．0开发环境，并生成驱动程序代码；对生成的代码进行修改，使其符合系统的需要；在winDrivet环境的用户模式下，调试驱动程序；如果程序需要内核访问以提高驱动程序的效率，进入内核开发。

4．3 用户程序的编写

用户程序是系统与用户的接口，他通过通用驱动程序完成对外设的控制和通信。在编写用户程序时，首先要建立与外设的连接，然后才能实施数据的传输。启动采样后，为了保证不丢失数据，用户程序应该建立一个工作线程专门获取外设传来的数据。程序中主要用到2个API函数：CreateFile()和DeviceloControl()。CreateFile()取得设备句柄后，DeviceloControl()根据该句柄完成数据传输。程序框图如图5所示。

5 结 语

本文系统地介绍了基于USB接口的数据采集系统，完成了软硬件的设计工作。数据采集系统具有最大20 kS／s的采样速率，8位分辨率，采样精度小于1％，输入范围为一5～+5 V。在本数据采集系统的设计中，CY7C68013芯片灵活的接口和可编程特性简化了外部硬件的设计，提高了系统的可靠性，也利于PCB板的制作与调试。基于USB 2．0的数据采集卡可以即插即用，弥补了传统采集板卡插拔困难的不足。随着时代的进步，技术的发展，USB必将在更广阔的领域得到更深层次的运用。

来源：维库开发网