usb接口的高速数据采集卡的设计和实现

《usb接口的高速数据采集卡的设计和实现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、USB接口的高速数据采集卡的设计和实现.freelode）、中断传输方式（Interruptmode）、批量传输方式（Bulkmode）和等时传输方式（Iochronousmode）。考虑到USB传输速度较高，如果用只实现USB接口的芯片外加普通控制器（如8051），其处理速度就会很慢而达不到USB传输的要求；如果采用高速微处理器（如DSP），虽然满足了USB传输速率，但成本较高。所以选择了TI公司内置USB接口的微控制器芯片TUSB3210，开发了具有USB接口的高速数据采集卡。1.2系统原理图系统原理图如图1所示。整个系统以TUSB3210为核心，负责启动A/D转换，控制FIFO的

2、读写及采样频率的设定，与主机之间的通信及数据传输。2USB数据采集卡硬件2.1TUSB3210芯片TUSB3210是TI公司推出的内嵌8052内核并带有USB接口的微控制器芯片。TUSB3210有256字节的内部RAM，8K字节的程序RAM，512字节的USB数据缓冲和端点描述块EDB（EndpointDescriptorBlocks），4个通用的GPIO端口P0、P1、P2、P3，I2C接口电路，看门狗电路等。TUSB3210的USB接口符合USB1.1协议，有4个输入端点（InputEndpoint）和4个输出端点（OutputEnd-Point），支持全速和低速传输速率，并具有U

3、SB协议所规定的4种传输方式。TUSB3210的USB接口采用串行接口引擎（SIE）编码和解码串行数据，并且进行校验、位填充，执行USB所需要的其他信号。这样采用硬件完成USB协议，简化了固件代码的编制。TUSB3210采用基于内部RAM的解决方案，允许通过I2C总线从串行EEPROM中读入固件或从主机中固件程序。这项功能便于设备的开发与在线升级。2.2A/D芯片MAX1449MAX1449是MAXIM公司生产的10位、105MSPS、单3.3V电源、低功耗的高速A/D芯片。它采用差分输入，带有高宽带采样/保持（T/H）的10阶段流水线（pipeline）型结构的ADC，如图2。采样信

4、号每半个时钟周期通过一个流水线段，完成连续转换到数据输出共需5.5个时钟周期。每个流水线首先通过一个1.5位的闪速ADC对输入电压量化，由DAC产生一个对应于量化结果的电压并与输入电压作差，输出电压放大2倍后送到下一级流水线处理。每级流水线提供1位的分辨率，并进行差错校正，得到良好的线性和低失调。MAX1449提供一个2.048V的精确带隙基准源，用来设定ADC满量程范围，也可以用外部基准源改变量程范围。MAX1449的最大差分输入电压范围为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效果。在本系统中用TI的HTS4503作为单端输入到差分输出的转换

5、电路。THS4503高性能的全差分运放，带宽可达270MHz，具有非常好的线性，在100MHz下可支持11位的A/D转换要求，适合作为A/D变换的前端接口电路。具体电路见图3所示。2.4FIFO和时钟发生电路高速A/D变换的数据不能直接通过USB送入主机，系统中通过FIFO来缓冲数据。本系统采用TI公司SN74V293芯片。它的容量为65536×18或131072×9，最快读写周期为6ns，可以满足100MHz采样数据的存储。用户可以选择输入、输出宽度，当选择输入、输出宽度为18时，可存储64K×10位的数据。如果选择输入、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

6、高的用户可以获得更多数据。SN74V293有独立的读写时钟控制电路，允许读写操作同时进行。SN74V293内部有满、空、半满输出信号以及可编程设定的几乎满和几乎空输出信号，通过这些信号控制器可以灵活控制FIFO的读写操作。对于高速数据采集系统，时钟信号很重要。在本系统中选用DALLAS公司的DS1073时钟芯片。DS1073是无需外部元件的频率振荡器。通过DALLAS独有的1-ware）、主机操作系统上的客户驱动程序以及主机应用软件。主机应用软件通过客户驱动程序与系统USBI（USBDeviceInterface）进行通信，由系统产生USB数据的传送动作；固件则响应各种来自系统的USB

7、标准请求，完成各种数据的交换工作和事件处理。3.1USB接口编程固件程序主要是实现USB通信。TUSB3210采用SIE来USB通信。当主机与芯片进行USB通信时，会产生外部中断0，通过中断矢量寄存器判断。Setup_packed_Int、Input_endpoint0_Int、Output_endpoint0_Int这三个中断主要用于与主机建立连接、进行控制传输或中断传输；Input_endpoint1_Int、Output_endpoint