随着数字信号处理技术理论的不断发展，数字信号处理器的发展也是日新月异。不仅执行指令速度越来越快，而且其功耗也越来越低。许多仪器或检测设备都不约而同地将DSP应用到那些数据量庞大而且需实时传送数据的系统中。核信号数据采集系统也不例外，利用DSP 可以实时有效地处理采集的信号，并将处理数据发送至上位机进行进一步处理。通常数据采集系统下位机与上位机的通讯采用串口方式，这种方式不仅协议简单，而且连接方便。但是这种方式的数据传送速率不高，而USB 总线接口具有方便快捷、支持即插即用、可实现高速数据通讯等优点,在很多领域得到广泛应用。USB 总线接口在USB1.1 协议下传输速率可达12Mbps ,USB2.0 协议下可达480Mbps ,完全可以满足目前的数据采集控制系统对于数据实时传输速率越来越高的要求。

 

　　因此在本系统设计中其通讯方式采用USB（Universal Serial Bus）总线接口方式。USB 控制芯片采用Cypress 公司EZ-USB SX2 系列的CY7C68001 控制芯片，DSP 选用TI公司的定点DSP 芯片TMS320VC5502。

 

　　1．CY7C68001USB 控制芯片介绍

　　CY7C68001 是由美国Cypress 公司开发的高速USB 芯片，支持USB2.0 协议。其内部集成有USB 收发器（物理层）、USB 串行接口引擎SIE（链路层，实现底层通信协议）、4KB的FIFO 以及电压调节器、锁相环；可工作于全速（12Mb/s）和高速(480Mb/s)两种传输模式，支持8 位和16 位数据总线方式，具有同步和异步的FIFO 接口。CY7C68001 被用来与DSP、ASIC、FPGA 等控制器连接实现USB 的功能，其内部不含微控制器。同时CY7C68001 提供4 种传输方式（控制传输、中断传输、批量传输和同步传输），可满足用户对各种传输方式的要求。由于该控制芯片内不含微控制器，USB 的应用层协议应该由DSP 编程实现,USB固件的加载必须靠DSP 控制CY7C68001 完成。

　　2．通讯接口系统硬件设计

　　整个采集系统包括的部分有传感器信号调理电路、A/D 转换电路、FIFO 数据缓冲单元、DSP 控制器、FLASH 程序存储单元、CPLD 逻辑控制单元、与上位机连接的USB 通讯单元。其中与PC 机通讯的USB 单元硬件接口框图如下图所示。

图1 数据采集系统与PC 机通讯的硬件接口框图

 

　　由图1 可以看出，通讯部分主要由CY7C68001 USB 控制器、CPLD 逻辑单元、E2PROM、TMS320VC5502 组成。由于整个系统所需的器件数目较多，由此带来的逻辑控制较为复杂，而DSP 的I/O 接口有限，故在系统中加入了CPLD 逻辑控制单元，用于产生电路中需要的逻辑状态。同时用CPLD 中还实现了寄存器功能，这部分寄存器用于表征USB 通讯时各种状态信息，便于DSP 查询。

 

　　CY7C68001 USB 控制器与TMS320VC5502 采用EMIF 连接方式，并将USB 控制器中的存储器配置到CE1 空间。同时采用异步读写方式完成TMS320VC5502 与CY7C68001 之间的数据和命令交换。系统中E2PROM 的作用是完成USB 控制器的描述表自举。CY7C68001控制器的自举方式有两种：EEPROM 和微控制器，本系统采用EEPROM 方式。