接口/总线/驱动中的USB读数装置及上位机的设计

摘要：数据采集系统是将传感器输出的模拟信号进行采集，转换成数字信号，然后送入计算机进行处理，并按所需要的形式输出处理结果的系统。但在一些应用场合，数据采集后无法立即进行数据分析，因而把数据存入记录器，事后由读数装置把数据从记录器中读取到计算机中处理分析。为此介绍了一套基于USB和FPGA的读数装置，利用该装置可以将记录器中的数据读取到计算机上。 　　数据采集在信息处理系统中占有不可替代的地位，它是以传感器、信号测量与处理、微型计算机等技术为基础而形成的，主要研究信息数据的采集、存储、处理以及控制等作业，具有很强的实用性。数据采集技术已经在雷达、通信、水声、遥感、语音处理、智能仪器、工业自动化 【接口/总线/驱动中的USB读数装置及上位机的设计】 USB读数装置是数据采集系统中不可或缺的一部分，特别是在需要将数据从现场记录器传输到计算机进行后期分析的场景下。USB（通用串行总线）因其简单、易用、高速的特性成为连接设备与计算机的理想选择。本文主要探讨了一种基于USB接口和FPGA（现场可编程门阵列）的读数装置设计，用于从记录器中提取并传输数据。 数据采集系统的核心在于将传感器产生的模拟信号转化为数字信号，以便计算机进行处理。这一过程涉及到信号调理（如滤波、放大）、采样与保持、模数转换等步骤。数据采集技术广泛应用于各个领域，如雷达、通信、遥感、语音处理等，其重要性不言而喻。 在所述的USB读数装置中，系统主要由四个模块组成： 1. **FLASH存储器模块**：作为数据的存储介质，存储从记录器获取的数据。 2. **FPGA控制模块**：作为读数装置的控制器，负责读取和传输FLASH中的数据至USB接口。 3. **USB接口控制模块**：处理来自上位机的命令，并与FPGA通信以执行相应的操作。 4. **电源模块**：为整个系统提供稳定的电源，通常利用USB接口提供的5V电源并通过电压调节器生成所需的不同电压等级。 在硬件电路设计中，FPGA采用了XILINX公司的Spartan-2系列XC2S50，具备灵活的配置方式，通过主串模式配置FPCA。为了保护FPGA，每个输出端口都连接了电阻进行限流。USB接口采用EZ-USB FX2LP系列的CY7C68013A-128PIN芯片，通过EEPROM启动，预先写入设备识别信息，使得主机可以识别并下载合适的固件。 **FLASH存储器模块**选择的是SAMSUNG的K9F5608UO D NAND FLASH，具备快速编程和擦除能力，以及硬件数据保护功能。硬件连接电路中，MAX1658为FLASH提供电源，排阻用于限流和耦合。 在软件程序设计方面，FPGA程序使用Xilinx的ISE开发工具编写，该工具支持从设计输入到硬件实现的全过程。此外，还需编写上位机软件，以控制USB接口芯片并与FPGA交互，实现数据的读取和传输。上位机软件可能需要实现数据解析、显示、存储等功能，可以使用各种编程语言（如C++、Python等）完成，并需考虑兼容性和用户界面设计。 设计一套USB读数装置涉及硬件选型、电路设计、FPGA编程以及上位机软件开发等多个环节。这样的系统不仅需要考虑硬件的可靠性和效率，还要确保软件的稳定性和用户体验。通过这样的设计，可以在各种环境下实现数据的有效采集和分析，满足不同应用的需求。