在虚拟仪器中的基于USB 2.0高速数据采集卡

 

　　要USB 2.0的高速数据采集卡的硬件组成和软件设计。克服了传统数据采集卡的局限,使得虚拟仪器的使用越来越快捷方便。

　　USB2.0高速数据采集　　

　　USB2.0的高速数据采集卡在虚拟仪器中的应用。　　

　　1 虚拟仪器的硬件系统

　　2 USB接口示意图

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　　3 应用程序软件流程图1所示。

　　A/D,是虚拟仪器硬件设备中的关键环节。下位机通过特定接口接受来自上位机的指令并向上位机提供自身所处的状态：在收到采集指令后,对传感器发送的模拟电信号进行采样以转化为数字信号,然后将数字信号通过接口传给上位机。

　　2个通道的传感器信号进行转换,其最高采样效率为,采样转换精度为位,系统采用了一个内含先进先出内存的控制芯片,该内存用于存放转换后的数据,使用可以有效地缓冲采集数据,减少频繁的指令传送,使上位机有更多的时间进行其他处理,并且不容易丢失数据。该下位机可以编程控制采集频率和采样增益,具有较大的灵活性。

　　USB2.0的高速

　　USB设备接口模块,其功能是由硬件和软件共同来完成的。接口示意图如图所示。下面介绍一下主要功能模块器件的选择和功用。

　　AD9059。该器件是位单片双通道,具有高速、高性能、低功耗及易使用等特性,的编码速率和的最大功率模拟带宽使其在多路数据采样系统中表现出优秀的动态性能。大部分情况下,仅需要一个单极性的电源和一个编码时钟即能正常工作。编码时钟提供与兼容的逻辑数据输出,并控制两个转换通道同时对数据进行采样。如长时间不需要采集数据,可启动休眠模式使总功耗小于。的时钟及控制信号等由提供。

　　CPLD来实现电路的数字控制功能。

　　EZ-USB FX2(即7C68013)处于模式时实现读写控制信号、时钟、输出使能、端点的选择以及对放大器和的控制等功能。

　　CPLD容易开发升级的优点,在本设计中,所有的数字电路部分,全部是在内实现的,本设计采用了公司的芯片,所用的软件是公司的系统,编程语言为语言。

　　ISP1032来实现数字逻辑电路功能,可以使高速数据采集卡工作稳定,各方面性能良好。[page]

　　 现场输入信号是高频的模拟信号,信号变化的范围都比较大如果采用单一的增益放大那么放大以后的信号幅值有可能超过转换的量程,所以必须根据信号的变化相应地调整放大器的增益。在自动化程度较高的系统中希望能够在程序中用软件控制放大器的增益,经过考虑本文选择具有增益可编程功能的芯片—。该芯片具有频带宽、噪声低、增益可编程且易于与单片机进行串行通信等优点,十分适合在数据采集系统做前置放大。程控放大模块的的控制字可在设定,再经过接口由传给。

　　USB协议的芯片是关键。即7C68013)是世界上首批集成微控制器。其内部集成了的收发器、串行接口引擎、增强的微控制器和一个可编程的串行接口。

　　USB接口接到机之前,外设上的固件存储在上;一旦外设连接到机上,先确认外设身份即读设备描述符,然后将该外设的固件下载到芯片的中,这样在开发过程中当固件需要修改时,可以在机上修改好后,下载到芯片中。

　　PC机发来的各种请求,以完成它们之间的数据传输。其主要功能包括控制放大模块,实现通道选择;控制模块的数据采集;通过实时上传采集数据给控制芯片接收并处理设备驱动程序的请求如设置接口状态等多种协议标准请求等。

　　C语言进行开发,这样比较容易实现模块化和分层结构化的程序设计。

　　Keil C函数库。软件开发包提供了该库的目标文件,同时还提供了该函数库的源代码,用户可以利用来重新编写该函数库。

　　EZ-USB FX2程序框架或直接使用固件库开发的程序,这是开发外设的重要部分。在其固件程序中把自己定义为大存储类、块传输子类,操作系统中以上有相应的类设备驱动程序来支持这种类外设。在的固件程序中写入通信模块,就可以实现主机和设备的通信。

　　DSCR.A51(A51宏汇编器、目标文件转换器和编译器库文件和启动代码。在固件程序框架中,定义了基本的设备的功能,一般不许修改。本设计要实现的具体功能则在应用层中的固件程序中完成。

　　ADC、放大模块、采集模块进行控制,同时还要接收或者发送数据。在采集开始前,可以先将命令发送出去,实现在固件程序中定义的相应功能,如通过口线控制前置放大模块等。然后可以读取传送到主机的数据,或者向设备发送数据等。[page]

　　Visual C++编写好的应用程序封装成,即可在用编写的虚拟仪器最上层应用程序中直接调用。　　

　　USB2.0的高速数据采集卡在虚拟仪器中的应用做了具体的阐述,将该系统应用于虚拟仪器中可实现热插拔,克服了传统数据采集卡插拔麻烦且扩展槽有限的缺点。传输率达到,可充分满足高速采集的需求。所以,本文给出的基于的高速数据采集卡在虚拟仪器的研制开发中有着很强的实用性和广阔的应用前景。