基于USB2.0的高速同步数据采集系统设计
接收６个外部输入(ＲＤＹ０～ＲＤＹ５)和２个内部输入。ＦＸ２有４个波形描述符控制各个状态。这些波形描述符可以动态地配置给任何一个端点ＦＩＦＯ。例如，
一个波形描述符可以配置为写ＦＩＦＯ，而另一个配置为读ＦＩＦＯ。ＦＸ２的固件程序可以把这些描述符配置给四个ＦＩＦＯ中的任意一个，配置后，ＧＰＩＦ将依据波形描述符产生相应的控制逻辑和握手信号给外界接口，满足向ＦＩＦＯ读写数据的需要。ＧＰＩＦ的数据总线既可以是单字节宽（８位ＦＤ[７:０]）也可以是双字节宽（１６位ＦＤ[１５:０]）。每个波形描述符包含了Ｓ０～Ｓ６七个有效状态和一个空闲状态。在每个有效状态对应的时间段里，经过预先设置，ＧＰＩＦ可以做以下几件事情：（１）驱动（使为高或低）或悬浮６个输出控制端；（２）采样或驱动ＦＩＦＯ的数据总线；（３）增加ＧＰＩＦ地址总线的值；（４）增加指向当前ＦＩＦＯ指针的值；（５）启动ＧＰＦＩＷＦ(波形描述符)中断。除此之外，在每个状态，ＧＰＩＦ可以对以下几个信号中任意两个进行采样，它们是：（１）ＲＤＹＸ输入端；（２）ＦＩＦＯ状态标志位；（３）内部ＲＤＹ标志位；（４）传输计数中止标志位。把其中两个信号相与、相或或者相异或，根据结果跳转到其它任意一个状态或延迟１～２５６个ＩＦＣＬＫ时钟周期。当然也可以根据输入端的信号进行跳转或延迟。ＧＰＩＦ波形描述符通常用Ｃｅｐｒｅｓｓ公司的ＧＰＩＦ工具(ＧＰＩＦＴＯＯＬ)进行配置。它是一个可运行于Ｗｉｎｄｏｗｓ平台的应用程序，与ＦＸ２的开发包一起发布。
在这种方式下，所有的读写及控制逻辑通过ＣＹ７Ｃ６８０１３的ＧＰＩＦ以软件编程的方式实现，且控制逻辑的变换方便灵活（只需要改变接口的一个配置寄存器的值）。电路连接如图２所示。
本数据采集系统只用到了两个输出控制ＣＴＬ０、ＣＴＬ１和一个外部输入ＲＤＹ０，它们分别接ＭＡＸ１１５的ＣＯＮＶＳＴ＃、ＷＲ＃和ＩＮＴ＃。数据总线用双字节，其中ＦＤ０～ＦＤ１１接ＭＡＸ１１５的数据输入端Ｄ０～Ｄ１１，ＦＤ１２和ＦＤ１３接控制字输入端的Ａ２和Ａ３，ＦＤ０和ＦＤ１复用做控制字输入端的Ａ０和Ａ１。ＭＡＸ１１５的采样基准时钟由ＦＸ２的输出时钟经三分频得到，为１６ＭＨｚ。对应四种数据传输方式（八种不同的采样模式），ＧＰＩＦ的控制及握手信号波形有所不同。四通道同步采样的时序图如图３所示。
在第一个判决点，若采样数据已准备就绪，ＭＡＸ１１５传给ＧＰＩＦ一个负脉冲信号ＲＤＹ０；根据此信号，波形按顺序转入２、３、４、５状态，使指向内部ＦＩＦＯ的指针在每个时钟上升沿加１，依次读取四个数据，取完数据后利用ＣＴＬ０的上升沿启动下一次采样。若在状态１时没有出现负脉冲，则直接跳转到状态６，之后重复执行此波形描述符。
三通道同步采样时，读取数据的状态只需要持续三次。其它采样模式控制波形的设计依此类推。
２．３固件程序设计
固件程序是指运行在设备ＣＰＵ中的程序。只有在该程序运行时，外设才能称之为具有给定功能的外部设备。固件程序负责初始化各硬件单元，重新配置设备及Ａ／Ｄ采样控制。固件代码的存储位置有三种：第一种是存在主机中，设备加电后由驱动程序把固件下载到片内ＲＡＭ后执行，即“重新枚举”；第二种方法是把固件代码固化到一片ＥＥＰＲＯＭ中，外设加电后由ＦＸ２通过Ｉ２Ｃ总线下载到片内ＲＡＭ后自动执行；最后一种方法是把程序固化到一片ＲＯＭ中，使之充当外部程序存储器，连在ＦＸ２三总线上。笔者选用第一种方式，这种方式便于系统的调试和升级。固件程序框图如图４所示。
３用户程序和驱动程序
３．１驱动程序的编写
该系统需要两个驱动程序，即通用驱动和下载固件的驱动。通用驱动完成与外设和用户程序的通信及控制；而下载固件的驱动则只负责在外设连接ＵＳＢ总线后把特定的固件程序下载到ＦＸ２的ＲＡＭ中，使ＦＸ２的ＣＰＵ重启，模拟断开与ＵＳＢ总线的连接，完成对外设的重新设置。主机根据新的设置安装通用驱动程序，重新枚举外设为一个新的ＵＳＢ设备。
通用驱动程序一般不需要重新编写，用Ｃｙｐｒｅｓｓ公司已经编好的驱动ｅｚｕｓｂ．ｓｙｓ；而下载固件的驱动则必须定做，其详细操作过程见参考文献[２]。
３．２用户程序的编写
用户程序是系统与用户的接口，它通过通用驱动程序完成对外设的控制和通信。在编写用户程序时，首先要建立与外设的连接，然后才能实施数据的传输。启动采样后，为了保证不丢失数据，用户程序应该建立一个新的工作线程专门获取外设传来的数据。程序中主要用到两个ＡＰＩ函数：ＣｒｅａｔｅＦｉｌｅ（）和ＤｅｖｉｃｅＩｏＣｏｎｔｒｏｌ()。ＣｒｅａｔｅＦｉｌｅ（）取得设备句柄后，ＤｅｖｉｃｅＩｏＣｏｎｔｒｏｌ()根据该句柄完成数据传输。程序代码简要如下：
《基于USB2.0的高速同步数据采集系统设计(第2页)》
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一个波形描述符可以配置为写ＦＩＦＯ，而另一个配置为读ＦＩＦＯ。ＦＸ２的固件程序可以把这些描述符配置给四个ＦＩＦＯ中的任意一个，配置后，ＧＰＩＦ将依据波形描述符产生相应的控制逻辑和握手信号给外界接口，满足向ＦＩＦＯ读写数据的需要。ＧＰＩＦ的数据总线既可以是单字节宽（８位ＦＤ[７:０]）也可以是双字节宽（１６位ＦＤ[１５:０]）。每个波形描述符包含了Ｓ０～Ｓ６七个有效状态和一个空闲状态。在每个有效状态对应的时间段里，经过预先设置，ＧＰＩＦ可以做以下几件事情：（１）驱动（使为高或低）或悬浮６个输出控制端；（２）采样或驱动ＦＩＦＯ的数据总线；（３）增加ＧＰＩＦ地址总线的值；（４）增加指向当前ＦＩＦＯ指针的值；（５）启动ＧＰＦＩＷＦ(波形描述符)中断。除此之外，在每个状态，ＧＰＩＦ可以对以下几个信号中任意两个进行采样，它们是：（１）ＲＤＹＸ输入端；（２）ＦＩＦＯ状态标志位；（３）内部ＲＤＹ标志位；（４）传输计数中止标志位。把其中两个信号相与、相或或者相异或，根据结果跳转到其它任意一个状态或延迟１～２５６个ＩＦＣＬＫ时钟周期。当然也可以根据输入端的信号进行跳转或延迟。ＧＰＩＦ波形描述符通常用Ｃｅｐｒｅｓｓ公司的ＧＰＩＦ工具(ＧＰＩＦＴＯＯＬ)进行配置。它是一个可运行于Ｗｉｎｄｏｗｓ平台的应用程序，与ＦＸ２的开发包一起发布。
在这种方式下，所有的读写及控制逻辑通过ＣＹ７Ｃ６８０１３的ＧＰＩＦ以软件编程的方式实现，且控制逻辑的变换方便灵活（只需要改变接口的一个配置寄存器的值）。电路连接如图２所示。
本数据采集系统只用到了两个输出控制ＣＴＬ０、ＣＴＬ１和一个外部输入ＲＤＹ０，它们分别接ＭＡＸ１１５的ＣＯＮＶＳＴ＃、ＷＲ＃和ＩＮＴ＃。数据总线用双字节，其中ＦＤ０～ＦＤ１１接ＭＡＸ１１５的数据输入端Ｄ０～Ｄ１１，ＦＤ１２和ＦＤ１３接控制字输入端的Ａ２和Ａ３，ＦＤ０和ＦＤ１复用做控制字输入端的Ａ０和Ａ１。ＭＡＸ１１５的采样基准时钟由ＦＸ２的输出时钟经三分频得到，为１６ＭＨｚ。对应四种数据传输方式（八种不同的采样模式），ＧＰＩＦ的控制及握手信号波形有所不同。四通道同步采样的时序图如图３所示。
在第一个判决点，若采样数据已准备就绪，ＭＡＸ１１５传给ＧＰＩＦ一个负脉冲信号ＲＤＹ０；根据此信号，波形按顺序转入２、３、４、５状态，使指向内部ＦＩＦＯ的指针在每个时钟上升沿加１，依次读取四个数据，取完数据后利用ＣＴＬ０的上升沿启动下一次采样。若在状态１时没有出现负脉冲，则直接跳转到状态６，之后重复执行此波形描述符。
三通道同步采样时，读取数据的状态只需要持续三次。其它采样模式控制波形的设计依此类推。
２．３固件程序设计
固件程序是指运行在设备ＣＰＵ中的程序。只有在该程序运行时，外设才能称之为具有给定功能的外部设备。固件程序负责初始化各硬件单元，重新配置设备及Ａ／Ｄ采样控制。固件代码的存储位置有三种：第一种是存在主机中，设备加电后由驱动程序把固件下载到片内ＲＡＭ后执行，即“重新枚举”；第二种方法是把固件代码固化到一片ＥＥＰＲＯＭ中，外设加电后由ＦＸ２通过Ｉ２Ｃ总线下载到片内ＲＡＭ后自动执行；最后一种方法是把程序固化到一片ＲＯＭ中，使之充当外部程序存储器，连在ＦＸ２三总线上。笔者选用第一种方式，这种方式便于系统的调试和升级。固件程序框图如图４所示。
３用户程序和驱动程序
３．１驱动程序的编写
该系统需要两个驱动程序，即通用驱动和下载固件的驱动。通用驱动完成与外设和用户程序的通信及控制；而下载固件的驱动则只负责在外设连接ＵＳＢ总线后把特定的固件程序下载到ＦＸ２的ＲＡＭ中，使ＦＸ２的ＣＰＵ重启，模拟断开与ＵＳＢ总线的连接，完成对外设的重新设置。主机根据新的设置安装通用驱动程序，重新枚举外设为一个新的ＵＳＢ设备。
通用驱动程序一般不需要重新编写，用Ｃｙｐｒｅｓｓ公司已经编好的驱动ｅｚｕｓｂ．ｓｙｓ；而下载固件的驱动则必须定做，其详细操作过程见参考文献[２]。
３．２用户程序的编写
用户程序是系统与用户的接口，它通过通用驱动程序完成对外设的控制和通信。在编写用户程序时，首先要建立与外设的连接，然后才能实施数据的传输。启动采样后，为了保证不丢失数据，用户程序应该建立一个新的工作线程专门获取外设传来的数据。程序中主要用到两个ＡＰＩ函数：ＣｒｅａｔｅＦｉｌｅ（）和ＤｅｖｉｃｅＩｏＣｏｎｔｒｏｌ()。ＣｒｅａｔｅＦｉｌｅ（）取得设备句柄后，ＤｅｖｉｃｅＩｏＣｏｎｔｒｏｌ()根据该句柄完成数据传输。程序代码简要如下：
《基于USB2.0的高速同步数据采集系统设计(第2页)》
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