基于FT2232H的高速数据采集系统设计
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2020-07-25
17:04:49
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基于基于FT2232H的高速数据采集系统设计的高速数据采集系统设计
本系统采用FTDI公司第五代USB2.0接口芯片FT2232H,利用其异步FIFO接口与STM32F103的FSMC接口相互传
输数据，使用LabView设计上位机界面，调用其提供的动态链接库DLL和MCU固件库,可快速实现高速接口的数
据传输。
引言
在我国由于电子技术水平相对落后，许多高精度、高性能的电子仪器都要进口，价格昂贵，难以被广泛使用，因而研制成本
低、高性能的虚拟仪器，是很有必要的。针对此项需求，文中提出一种新USB2 .0接口多功能数据采集系统解决方案,解决其传
输速率的问题。
图1 系统框架图
1 系统整体结构概述
本设计主要是基于USB2.0高速接口芯片和ARM芯片，设计一个可对模拟信号进行采集并在LabView上显示的系统。该系统的
整体结构框图如图1所示。
系统主要由信号采集模块、USB接口模块和PC机三个主要部分组成。其中信号采集模块包括信号调理电路和ADC电路；USB
接口模块主要是ARM芯片FT2232H的FSMC对FT2232H中的FIFO进行读写操作；PC机软件部分是由驱动程序、动态链接库
和LabView应用程序构成。
信号采集模块和USB接口模块主要把信号采集模块采集到的数据传到PC机，也要使PC机的控制信息能够传到信号采集模块和
USB接口模块上，从而控制数据采集工作。其中，LabView应用程序要能够对采集到的数据进行处理、显示，以及对下位机采
集的控制。
系统的基本工作原理略——编者注。
2 系统设计
2.1 系统硬件设计
2.1.1 信号采集电路设计
信号采集电路的功能就是采集被测信号波形数据，并把它存到处理器内存中。首先，将信号进行预处理，再经过A/D转换器转
换成数字信号，最后存入处理器中。信号采集电路可以分为以下两个部分：信号调理、A/D转换。
如图2所示，信号调理电路的主要作用就是使输入信号满足A／D转换基准电压幅度要求，也可扩大输入信号范围，滤去不必要
的干扰，如高频谐波、工频干扰、地线干扰、共模信号等。模拟信号调理电路主要包括：幅度控制、共模相减器，该电路主要
采用两级运算放大器电路构成OP07CP为放大芯片。A/D采集需要基准电压，而STM32F103内部提供的参考电压不太稳定，
利用基准电压芯片TL431，其引脚1输出2.5 V参考电压，外加滤波电容，布局靠近主控芯片，可以稳定工作。
图2 被测信号调理电路
STM32F103作为新一代ARM CortexM3核处理器，最高工作频率达72 MHz,资源丰富，功能强大。具有2个12位模/数转换
器，1 μs转换时间（多达16个输入通道）,转换范围为0～3.6 V，具有双采样和保持功能，而其特殊的可变静态存储技术FSMC
具有高度的灵活性，其卓越的性能和功耗控制能够适用于广泛的应用领域。
2.1.2 USB接口电路设计
FTDI推出的第5代USBtoUART/FIFO IC 支持 480 Mb/s USB 2.0的高速规范，并可在各种工业标准的串行或并行接口（例如
UART或FIFO）下进行配置。FT2232H提供两种可配置的接口，均可配置为UART、JTAG、SPI、I2C总线或带独立波特率发
生器的位响应模式串口。内部集成了USB协议引擎（可以控制UTMI，处理USB 2.0高速接口的各个方面），并且集成了整个
USB协议。
93C56是微芯公司的一款基于SPI串行接口的EEPROM，容量大小为256×8位或128×16位，具有高可靠性，可擦定寿命100万
次，数据保持时间为100年。
EEPROM 93C56用于保存FT2232H配置完成的工作模式等。若无EEPROM，则FT2232H默认工作在USBUART方式，双向稳
压二级管保证USB传输数据稳定。
FT2232H与STM32F103的接口电路略——编者注。
FSMC读写FIFO的过程如图3和图4所示。读过程：当RXF为低时，即可以读FIFO中数据。将RD拉低即可读出数据；写过程：
当TXE为低时，即可以向FIFO中写数据。先给数据线上提供数据，然后拉低WR即可写入数据。
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