隨著數字信號處理技術理論的不斷發展，數字信號處理器的發展也是日新月異。不僅執行指令速度越來越快，而且其功耗也越來越低。許多儀器或檢測設備都不約而同地將DSP應用到那些數據量龐大而且需實時傳送數據的系統中。核信號數據采集系統也不例外，利用DSP 可以實時有效地處理采集的信號，并將處理數據發送至上位機進行進一步處理。通常數據采集系統下位機與上位機的通訊采用串口方式，這種方式不僅協議簡單，而且連接方便。但是這種方式的數據傳送速率不高，而USB 總線接口具有方便快捷、支持即插即用、可實現高速數據通訊等優點,在很多領域得到廣泛應用。USB 總線接口在USB1.1 協議下傳輸速率可達12Mbps ,USB2.0 協議下可達480Mbps ,完全可以滿足目前的數據采集控制系統對于數據實時傳輸速率越來越高的要求。

 

　　因此在本系統設計中其通訊方式采用USB（Universal Serial Bus）總線接口方式。USB 控制芯片采用Cypress 公司EZ-USB SX2 系列的CY7C68001 控制芯片，DSP 選用TI公司的定點DSP 芯片TMS320VC5502。

 

　　1．CY7C68001USB 控制芯片介紹

　　CY7C68001 是由美國Cypress 公司開發的高速USB 芯片，支持USB2.0 協議。其內部集成有USB 收發器（物理層）、USB 串行接口引擎SIE（鏈路層，實現底層通信協議）、4KB的FIFO 以及電壓調節器、鎖相環；可工作于全速（12Mb/s）和高速(480Mb/s)兩種傳輸模式，支持8 位和16 位數據總線方式，具有同步和異步的FIFO 接口。CY7C68001 被用來與DSP、ASIC、FPGA 等控制器連接實現USB 的功能，其內部不含微控制器。同時CY7C68001 提供4 種傳輸方式（控制傳輸、中斷傳輸、批量傳輸和同步傳輸），可滿足用戶對各種傳輸方式的要求。由于該控制芯片內不含微控制器，USB 的應用層協議應該由DSP 編程實現,USB固件的加載必須靠DSP 控制CY7C68001 完成。

　　2．通訊接口系統硬件設計

　　整個采集系統包括的部分有傳感器信號調理電路、A/D 轉換電路、FIFO 數據緩沖單元、DSP 控制器、FLASH 程序存儲單元、CPLD 邏輯控制單元、與上位機連接的USB 通訊單元。其中與PC 機通訊的USB 單元硬件接口框圖如下圖所示。

圖1 數據采集系統與PC 機通訊的硬件接口框圖

 

　　由圖1 可以看出，通訊部分主要由CY7C68001 USB 控制器、CPLD 邏輯單元、E2PROM、TMS320VC5502 組成。由于整個系統所需的器件數目較多，由此帶來的邏輯控制較為復雜，而DSP 的I/O 接口有限，故在系統中加入了CPLD 邏輯控制單元，用于產生電路中需要的邏輯狀態。同時用CPLD 中還實現了寄存器功能，這部分寄存器用于表征USB 通訊時各種狀態信息，便于DSP 查詢。

 

　　CY7C68001 USB 控制器與TMS320VC5502 采用EMIF 連接方式，并將USB 控制器中的存儲器配置到CE1 空間。同時采用異步讀寫方式完成TMS320VC5502 與CY7C68001 之間的數據和命令交換。系統中E2PROM 的作用是完成USB 控制器的描述表自舉。CY7C68001控制器的自舉方式有兩種：EEPROM 和微控制器，本系統采用EEPROM 方式。