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USB接口的高速數(shù)據(jù)采集卡的設計與實現(xiàn)
摘要：討論了基于USB接口的高速數(shù)據(jù)采集卡的實現(xiàn)。該系統(tǒng)采用TI公司的TUSB3210芯片作為USB通信及主控芯片，完全符合USB1.1協(xié)議，是一種新型的數(shù)據(jù)采集卡。關鍵詞：USB A/D FIFO 固件
現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學研究對數(shù)據(jù)采集的要求日益提高，在瞬態(tài)信號測量、圖像處理等一些高速、高精度的測量中，需要進行高速數(shù)據(jù)采集�，F(xiàn)在通用的高速數(shù)據(jù)采集卡一般多是PCI卡或ISA卡，存在以下缺點：安裝麻煩；價格昂貴；受計算機插槽數(shù)量、地址、中斷資源限制，可擴展性差；在一些電磁干擾性強的測試現(xiàn)場，無法專門對其做電磁屏蔽，導致采集的數(shù)據(jù)失真。
通用串行總線USB是1995年康柏、微軟、IBM、DEC等公司為解決傳統(tǒng)總線不足而推廣的一種新型的通信標準。該總線接口具有安裝方便、高帶寬、易于擴展等優(yōu)點，已逐漸成為現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)展趨勢�；赨SB的高速數(shù)據(jù)采集卡充分利用USB總線的上述優(yōu)點，有效解決了傳統(tǒng)高速數(shù)據(jù)采集卡的缺陷。
1 USB數(shù)據(jù)采集卡原理
1.1 USB簡介
通用串行總線適用于凈USB外圍設備連接到主機上，通過PCI總線與PC內(nèi)部的系統(tǒng)總線連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。同時USB又是一種通信協(xié)議，支持主系統(tǒng)與其外設之間的數(shù)據(jù)傳送。USB器件支持熱插拔，可以即插即用。USB1.1支持兩種傳輸速度，既低速1.5Mbps和高速12Mbps，在USB2.0中其速度提高到480Mbps。USB具有四種傳輸方式，既控制方式（Control mode）、中斷傳輸方式（Interrupt mode）、批量傳輸方式（Bulk mode）和等時傳輸方式（Iochronous mode）。
考慮到USB傳輸速度較高，如果用只實現(xiàn)USB接口的芯片外加普通控制器（如8051），其處理速度就會很慢而達不到USB傳輸?shù)囊螅蝗绻捎酶咚傥⑻幚砥鳎ㄈ鏒SP），雖然滿足了USB傳輸速率，但成本較高。所以選擇了TI公司內(nèi)置USB接口的微控制器芯片TUSB3210，開發(fā)了具有USB接口的高速數(shù)據(jù)采集卡。
1.2 系統(tǒng)原理圖
系統(tǒng)原理圖如圖1所示。
整個系統(tǒng)以TUSB3210為核心，負責啟動A/D轉(zhuǎn)換，控制FIFO的讀寫及采樣頻率的設定，與主機之間的通信及數(shù)據(jù)傳輸。
2 USB數(shù)據(jù)采集卡硬件
2.1 TUSB3210芯片
TUSB3210是TI公司推出的內(nèi)嵌8052內(nèi)核并帶有USB接口的微控制器芯片。TUSB3210有256字節(jié)的內(nèi)部RAM，8K字節(jié)的程序RAM，512字節(jié)的USB數(shù)據(jù)緩沖和端點描述塊EDB（Endpoint Descriptor Blocks），4個通用的GPIO端口P0、P1、P2、P3，I2C接口電路，看門狗電路等。
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