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要USB 2.0的高速數據采集卡的硬件組成和軟件設計�？朔藗鹘y數據采集卡的局限,使得虛擬儀器的使用越來越快捷方便。 USB2.0高速數據采集 USB2.0的高速數據采集卡在虛擬儀器中的應用。 1 虛擬儀器的硬件系統 2 USB接口示意圖 3 應用程序軟件流程圖1所示。 A/D,是虛擬儀器硬件設備中的關鍵環節。下位機通過特定接口接受來自上位機的指令并向上位機提供自身所處的狀態：在收到采集指令后,對傳感器發送的模擬電信號進行采樣以轉化為數字信號,然后將數字信號通過接口傳給上位機。 2個通道的傳感器信號進行轉換,其最高采樣效率為,采樣轉換精度為位,系統采用了一個內含先進先出內存的控制芯片,該內存用于存放轉換后的數據,使用可以有效地緩沖采集數據,減少頻繁的指令傳送,使上位機有更多的時間進行其他處理,并且不容易丟失數據。該下位機可以編程控制采集頻率和采樣增益,具有較大的靈活性。 USB2.0的高速 USB設備接口模塊,其功能是由硬件和軟件共同來完成的。接口示意圖如圖所示。下面介紹一下主要功能模塊器件的選擇和功用。 AD9059。該器件是位單片雙通道,具有高速、高性能、低功耗及易使用等特性,的編碼速率和的最大功率模擬帶寬使其在多路數據采樣系統中表現出優秀的動態性能。大部分情況下,僅需要一個單極性的電源和一個編碼時鐘即能正常工作。編碼時鐘提供與兼容的邏輯數據輸出,并控制兩個轉換通道同時對數據進行采樣。如長時間不需要采集數據,可啟動休眠模式使總功耗小于。的時鐘及控制信號等由提供。 CPLD來實現電路的數字控制功能。 EZ-USB FX2(即7C68013)處于模式時實現讀寫控制信號、時鐘、輸出使能、端點的選擇以及對放大器和的控制等功能。 CPLD容易開發升級的優點,在本設計中,所有的數字電路部分,全部是在內實現的,本設計采用了公司的芯片,所用的軟件是公司的系統,編程語言為語言。 ISP1032來實現數字邏輯電路功能,可以使高速數據采集卡工作穩定,各方面性能良好。 現場輸入信號是高頻的模擬信號,信號變化的范圍都比較大如果采用單一的增益放大那么放大以后的信號幅值有可能超過轉換的量程,所以必須根據信號的變化相應地調整放大器的增益。在自動化程度較高的系統中希望能夠在程序中用軟件控制放大器的增益,經過考慮本文選擇具有增益可編程功能的芯片—。該芯片具有頻帶寬、噪聲低、增益可編程且易于與單片機進行串行通信等優點,十分適合在數據采集系統做前置放大。程控放大模塊的的控制字可在設定,再經過接口由傳給。 USB協議的芯片是關鍵。即7C68013)是世界上首批集成微控制器。其內部集成了的收發器、串行接口引擎、增強的微控制器和一個可編程的串行接口。 USB接口接到機之前,外設上的固件存儲在上;一旦外設連接到機上,先確認外設身份即讀設備描述符,然后將該外設的固件下載到芯片的中,這樣在開發過程中當固件需要修改時,可以在機上修改好后,下載到芯片中。 PC機發來的各種請求,以完成它們之間的數據傳輸。其主要功能包括控制放大模塊,實現通道選擇;控制模塊的數據采集;通過實時上傳采集數據給控制芯片接收并處理設備驅動程序的請求如設置接口狀態等多種協議標準請求等。 C語言進行開發,這樣比較容易實現模塊化和分層結構化的程序設計。 Keil C函數庫。軟件開發包提供了該庫的目標文件,同時還提供了該函數庫的源代碼,用戶可以利用來重新編寫該函數庫。 EZ-USB FX2程序框架或直接使用固件庫開發的程序,這是開發外設的重要部分。在其固件程序中把自己定義為大存儲類、塊傳輸子類,操作系統中以上有相應的類設備驅動程序來支持這種類外設。在的固件程序中寫入通信模塊,就可以實現主機和設備的通信。 DSCR.A51(A51宏匯編器、目標文件轉換器和編譯器庫文件和啟動代碼。在固件程序框架中,定義了基本的設備的功能,一般不許修改。本設計要實現的具體功能則在應用層中的固件程序中完成。 ADC、放大模塊、采集模塊進行控制,同時還要接收或者發送數據。在采集開始前,可以先將命令發送出去,實現在固件程序中定義的相應功能,如通過口線控制前置放大模塊等。然后可以讀取傳送到主機的數據,或者向設備發送數據等。 Visual C++編寫好的應用程序封裝成,即可在用編寫的虛擬儀器最上層應用程序中直接調用。 USB2.0的高速數據采集卡在虛擬儀器中的應用做了具體的闡述,將該系統應用于虛擬儀器中可實現熱插拔,克服了傳統數據采集卡插拔麻煩且擴展槽有限的缺點。傳輸率達到,可充分滿足高速采集的需求。所以,本文給出的基于的高速數據采集卡在虛擬儀器的研制開發中有著很強的實用性和廣闊的應用前景。 |
