基于USB接口的实时数据采集1

基于USB接口的数据采集 系统设计电信0702 唐苗 指导老师 易 本 顺

1.1 背景

课题 研究 的目 的和 意义

1.2 现状 1.3 USB的优势 1.4 该方案的优势 1.5 我可以学到哪些

课题 主要 内容 和研 究方 案

2.1

硬件设计

2.2

软件开发

2.3软件程序设计

2.1 硬件设计FPGA

A/D转换 信号处理

SDRAM DSP PC机 USB接口

工作原理 本系统中，FPGA启动A/D采样并将采集到的数SDRAM大小为4096字节，当 SDRAM存满后FPGA向DSP发送中断，DSP来通过FPGA向SDRAM读取数 据，取完后经过运算处理后数据再通过SL811传到 PC机。FPGA在本系统中 使用两个SDRAM,一个SDRAM存满就向DSP发中断，此时DSP从该SDRAM 读取数据，与此同时，此时从A/D采集过来的数据存到第二块SDRAM,如此 交替进行，就保证数据不至丢失。本系统中的FPGA时钟信号由外部晶振控 制，FPGA的复位信号由DSP的I/O口实现，DSP为FPGA产生复位信号，当 FPGA检测到有效的复位信号后，就会按照DSP产生的分频因子触发A/D转换 器进行A/D采样，同时将AD7678输出的数据经FPGA预处理后，存储到 SDRAM中。FPGA的JTAG口为其提供程序下载端口。 DSP芯片TMS320F2812采用3.3V外设供电和1.8V内核供电，由外部电路提 供电源和时钟信号，与USB接口模块、FPGA连接时不需要电平转换。本系 统中，DSP芯片TMS320F2812主要功能控制FPGA及数据的读取，通过向 FPGA发送复位信号、控制信号以及读命令，使FPGA从SDRAM中读取存储 的数据，并将数据传输给TMS320F2812;完成输入数据的计算、打包等处理， 与USB接口模块连接。USB通过与PC机的通信，把打包的数据传输给PC机 进行及时显示。USB芯片SL811HS在本系统是从工作模式，所以的读取命令 及控制信息均由PC机发送。

2.1.2 主要电路模块 (1) 模拟量调理模块 (2) 信号的采集电路(A/D) (3) DSP与FPGA协同处理模块 (4) 从动USB口电路

模拟信号调理模块 信号调理模块是整个系统的开端，主要负责对输入的模拟 信号进行调整。从高频头进来的信号要进行信号的平滑滤 波、放大和倍率切换，去除高频成分，保留低频部分，再 放大，将信号调整在-5V-5V之间变化。 信号调理模块由以下电路构成： 放大电路 射随电路 滤波电路 倍率切换电路 限幅电路 单端信号转差分信号的电路

放大电路：图中为5倍放大，实际中还有0.44倍，1 倍， 25倍，125倍的放大电路，通过调整电阻的值 来实现。

射随电路：用于隔离前后的电路，避免互相之间的 影响。

滤波电路：用于对噪声的抑制。

倍率切换电路：用于将不同幅值的信号调整到适合 AD采样的范围。

限幅电路：将输入信号的峰值限制在-5V~+5V之间， 用于AD

的保护。

单端信号转差分信号的电路：以下两个为单端信号 转差分信号的电路，AD输入 信号为差分信号可以减少误差。

信号的采集电路(A/D) 数据采集模块主要负责输入的模拟信号经信号调 理模块后调整为适合AD7678转化的模拟信号后要 经模数转换后成为数字信号，然后与FPGA相连。 模数转换模块采用ADI公司的一款18位的高精度 逐次逼近型A/D转换器AD7678。AD7678数据采 集处理过程具体如下：一个采样点的处理分为两 个阶段，转换阶段(CONVERST),处理阶段 (acquire),转换过程开始后，AD自动将 AD_busy信号置高，转换结束后自动将其置低， 此时便可以对转换后的数据进行处理了，转换信 号和片选信号和读信号是独立的。

(1) 读写操作步骤 ①置位转换信号CNVST(低有效),启动AD7678进行数据转换。 ②待AD7678输出的状态信号AD_busy变低后，从AD取数。 (2) 读写操作时序 信号转换的时序图如下所示:

读写数据的时序图如下所示：

(3) 接口选择通信模式 模式1 模式0 描述

0 1 2 3

0 0 1 1

0 1 0 1

18比特接口 16比特接口 字节接口 串行接口

AD7678有4种接口模式，我们选择第一种。原因： ①为了更高精度。 ②不选串行接口是考虑到串行接口的数据时在18个时钟周期内传 完的，其速率达不到要求。