EZ-USB FX2的数据采集和传输系统设计

(1)2片FIFO数据存储模块

FIFO数据存储模块主要完成对A／D转换数据的存储。由于需要两路同时采集数据，所以要有2个FIFO模块，这样易于对数据的存储和传输控制。每个FIFO存储模块的存储容量定为2 048 B，可通过MegaWizard工具来调用。

(2)数据通道选择模块

数据通道选择模块主要是针对两路的数据读取和传输而设计的。当A／D转换器采集到对应的数据后，存入两个异步FIFO存储模块中。在两个异步FIFO存储模块存储满后，对FIFO存储模块数据的读取是关键。数据通道选择模块的基本原理是在控制模块对读取数据进行计数，当把其中的一个FIFO存储模块读取完后，由控制模块发出通道切换信号，由数据通道选择模块切换数据通道，再读取另一个FIFO存储模块的数据。

(3)控制模块

控制模块要完成对TLC5510、FIFO存储模块、数据选择模块和EZ—USB FX2的控制，这是整个系统的关键。根据系统实现的功能和各个模块的控制时序，控制模块将产生相应的控制信号，实现系统的采集和存储的功能。

(4)20 MHz时钟的PLL模块

系统提供的FPGA外部时钟频率为50 MHz，而TLC5510的最大采样工作频率为20 MHz。所以通过对前置分频参数N=5、倍频器参数M=2的设置，将50 MHz钟频率分频成20 MHz的时钟作为采样时钟和系统的工作时钟。

3 EZ—USB FX2的固件设计

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，外设才能称为具有给定功能的外围设备。C2ypress公司为FX2固件开发提供了一个固件库和固件框架，都是在Keil C51集成开发环境下开发的。固件库提供了一些常量、数据结构、宏、函数来简化用户对芯片的使用。固件框架实现了初始化芯片、处理USB标准设备请求以及挂起状态下的电源管理等功能。该框架不添加任何代码，编译后生成的．HEX文件载人芯片就能和主机进行基本的USB通信。用户主要的工作就是选择适合的传输方式，添加需要使用的端点，在框架预留的地方(如TD_Init()、TD_Poll()等函数中)添加初始化代码和完成特定功能的代码。这样大大简化了用户对程序的编写，在不十分了解USB2．O协议的情况下，也能通过代码的编写，实现USB的传输功能。

4 EZ—USB FX2的驱动程序

该系统需要通用驱动程序和下载固件的驱动程序。通用驱动程序完成与外设和用户程序的通信及控制；而下载固件的驱动程序则只负责在外设连接USB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总线连接，完成对外设的重新设置。FX2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外设。通用驱动程序一般不需要重新编写，用Cypress公司已经编好的驱动ezusb．sys；而下载固件程序的驱动则必须定做。

5 上位机用户程序

上位机用户程序主要通过VC++完成。实现从USB设备从下位机读取指定数量的数据和向下位机发送特定的控制数据。用户程序对EZ—USB FX2的控制，主要是通过I／0控制调用来访问ezusb．sys通用驱动程序，而对I／O控制的调用是通过win32的API函数来完成的。因此，用户程序通过对API函数的调用来实现与驱动程序进而与硬件的通信。API函数的执行与驱动函数中的一些分发例程相对应。与EZ-USB FX2通信常用的API函数如表1所列。

应用程序先通过CreatFile()得到设备驱动程序的句柄，然后使用DeviceloControl()来提交I／O控制码，并且设置好读取和发送数据的缓冲区，最后通过CloseFile()来关闭设备。图4是上位机应用程序界面。

结 语

EZ—USB FX2使上位机与下位机之间的数据传输更加快捷和可靠。基于FPGA和EZ-USB FX2的数据采集和传输系统满足现代高速设备对传输速度的要求，解决了传输速度慢的瓶颈。通过FPGA的模块设计、EZ-USB FX2的固件设计和上层应用程序设计，实现了整个系统的数据采集和传输。

作者：丽水学院 吕晔 周洪强 来源：单片机与嵌入式系统应用