DSP核信号采集系统通讯接口设计-电子工程世界

分享到: 微博; QQ; 微信; LinkedIn

　随着数字信号处理技术理论的不断发展，数字信号处理器的发展也是日新月异。不仅执行指令速度越来越快，而且其功耗也越来越低。许多仪器或检测设备都不约而同地将DSP应用到那些数据量庞大而且需实时传送数据的系统中。核信号数据采集系统也不例外，利用DSP 可以实时有效地处理采集的信号，并将处理数据发送至上位机进行进一步处理。通常数据采集系统下位机与上位机的通讯采用串口方式，这种方式不仅协议简单，而且连接方便。但是这种方式的数据传送速率不高，而USB 总线接口具有方便快捷、支持即插即用、可实现高速数据通讯等优点,在很多领域得到广泛应用。USB 总线接口在USB1.1 协议下传输速率可达12Mbps ,USB2.0 协议下可达480Mbps ,完全可以满足目前的数据采集控制系统对于数据实时传输速率越来越高的要求。

　　因此在本系统设计中其通讯方式采用USB（Universal Serial Bus）总线接口方式。USB 控制芯片采用Cypress 公司EZ-USB SX2 系列的CY7C68001 控制芯片，DSP 选用TI公司的定点DSP 芯片TMS320VC5502。

　　1．CY7C68001USB 控制芯片介绍

　　CY7C68001 是由美国Cypress 公司开发的高速USB 芯片，支持USB2.0 协议。其内部集成有USB 收发器（物理层）、USB 串行接口引擎SIE（链路层，实现底层通信协议）、4KB的FIFO 以及电压调节器、锁相环；可工作于全速（12Mb/s）和高速(480Mb/s)两种传输模式，支持8 位和16 位数据总线方式，具有同步和异步的FIFO 接口。CY7C68001 被用来与DSP、ASIC、FPGA 等控制器连接实现USB 的功能，其内部不含微控制器。同时CY7C68001 提供4 种传输方式（控制传输、中断传输、批量传输和同步传输），可满足用户对各种传输方式的要求。由于该控制芯片内不含微控制器，USB 的应用层协议应该由DSP 编程实现,USB固件的加载必须靠DSP 控制CY7C68001 完成。

　　2．通讯接口系统硬件设计

　　整个采集系统包括的部分有传感器信号调理电路、A/D 转换电路、FIFO 数据缓冲单元、DSP 控制器、FLASH 程序存储单元、CPLD 逻辑控制单元、与上位机连接的USB 通讯单元。其中与PC 机通讯的USB 单元硬件接口框图如下图所示。

图1 数据采集系统与PC 机通讯的硬件接口框图

　　由图1 可以看出，通讯部分主要由CY7C68001 USB 控制器、CPLD 逻辑单元、E2PROM、TMS320VC5502 组成。由于整个系统所需的器件数目较多，由此带来的逻辑控制较为复杂，而DSP 的I/O 接口有限，故在系统中加入了CPLD 逻辑控制单元，用于产生电路中需要的逻辑状态。同时用CPLD 中还实现了寄存器功能，这部分寄存器用于表征USB 通讯时各种状态信息，便于DSP 查询。

　　CY7C68001 USB 控制器与TMS320VC5502 采用EMIF 连接方式，并将USB 控制器中的存储器配置到CE1 空间。同时采用异步读写方式完成TMS320VC5502 与CY7C68001 之间的数据和命令交换。系统中E2PROM 的作用是完成USB 控制器的描述表自举。CY7C68001控制器的自举方式有两种：EEPROM 和微控制器，本系统采用EEPROM 方式。

3．通讯接口系统软件设计

　　3.1 主机端软件设计

　　主机端软件的功能主要是完成下位机上传数据的接收、显示、分析等。由于信号采集的数据量较大，所以在USB 传输方式上采用批量传输方式。主机端软件的设计包含3 个方面：

　　（1）USB 驱动程序设计

　　USB 驱动程序的功能主要是实现USB 发现、配置、关闭以及数据的传送接口控制。USB 设备驱动程序的设计是基于WDM (Windows driver model ，驱动程序模型)的。WDM采用分层驱动程序模型，分为较高级的USB 设备驱动程序和较低级的USB 函数层。其中USB 函数层由两部分组成：较高级的通用串行总线模块(US-BD)和较低级的主控制器驱动程序模块(HCD)。在上述USB 分层模块中，USB 函数层由操作系统提供，负责管理USB 设备驱动程序和USB 控制器之间的通信、加载及卸载USB 驱动程序，与USB 设备通用端点建立通信来执行设备配置、数据与USB 协议框架和打包格式的双向转换任务。

　　（2）安装USB 的信息文件（.inf）

　　这一步用于将驱动程序绑定到特定设备的Verdor ID (VID) 和Product ID( PID)。当USB设备插入计算机时，计算机检测到设备插入后自动发出查询请求；USB 设备回应该请求，并送出设备的VID /PID。计算机根据这两个ID 装载相应设备驱动程序，完成枚举。

　　（3）用户应用程序

　　用户应用程序是数据采集系统的核心，其主要功能为：开启或关闭USB 设备、检测USB设备、设置USB 数据传输管道、设置A /D 状态和数据采集端口、实时从USB 接口采集数据、显示并分析数据。整个应用程序采用Microsoft Visual C++编写，通过对界面的控制实现A/D 的采样以及数据的显示。

　　下面列举一些与应用程序有关的函数：

　　BOOLEAN OpenDriver ( ) ；

　　BOOLEAN CloseDriver ( ) ；

　　PVO ID Sx2GetDeviceDesc ( ) ；

　　PVO ID Sx2GetStringDesc ( int stringIndex) ；

　　PVO ID Sx2GetConfigDesc ( ) ；

　　BOOLEAN Sx2GetPipe Info ( PVO ID p InteRFace) ；

　　BOOLEAN Sx2SendVendorReq ( PVO ID myRequest, char * buffer, int bufferSize, int *

　　recnBytes) ；

　　BOOLEAN Sx2GetPipe Info ( PVO ID p Interface) ；

　　3.2 DSP 软件程序设计

　　USB 主机与设备间的数据传输是通过设备中的端点(Endpoint)进行的。这些端点通过端点号和输入输出方向来进行标识，并为数据传输分配固定的FIFO 存储区。本系统在初始化时将CY7C68001 的4 个端点配置为批量传输类型。其中，FIFO2、FIFO4 为输出端点，用于接收上位机传来的数据；FIFO6、FIFO8 为输入端点，用于存放待发送的数据。各个FIFO设置为异步工作模式。DSP 经初始化后打开USB 外部中断，向CY7C68001 写入描述符表,等待其枚举中断。枚举成功后，DSP 对CY7C68001 进行其他配置并清空FIFO，然后等待主机发送用户请求并进行相应处理。软件程序流程图如图2 所示。

　　DSP 软件程序设计主要包括DSP 的初始化、USB 描述符表的写入和其他命令寄存器的配置以及用户请求的相应处理。DSP 的初始化主要是初始化时钟速率、配置EMIF 口、配置McBSP 口等。USB 描述符表主要是完成USB 芯片内部的初始配置，命令寄存器的配置是完成USB 中断的开启、端点数据传输容量以及方向的配置等。用户请求是用户应用程序，根据用户发送的请求完成相应的数据传输。

图2 DSP 软件程序设计流程图

　　4. 结论

　　本系统采用USB 接口完成了核信号采集系统与上位机间的数据传输，上位机的用户程序显示所传数据以及波形图。经验证表明该方法连接简单，传输可靠。与普通串口相比，其速度也得到了提升。

　　本文创新点：将传统的DSP 信号采集系统用于核信号的采集上，并且将与上位机进行通讯的串行口方式改进为USB 方式，采用这种即插即用的接口不仅方便了与上位机的连接而且提高了传输的速率。

关键字：USB 接口 TMS320VC5502 CY7C68001 通用设备驱动程序引用地址：DSP核信号采集系统通讯接口设计

上一篇：BF561 SPORT口异步通信的软件模拟
下一篇：采用DSP芯片的MELP声码器的算法设计方案

推荐阅读最新更新时间：2024-05-02 21:05

中兴竞标Sprint Nextel移动WiMAX部署计划

10月24日北京报道：记者获悉，中兴通讯已经正式表示将参与美国运营商Sprint Nextel移动WiMAX网络部署计划。“我们已经在准备标书，参与竞标。”中兴通讯WiMAX技术总监韩钢透露说。据韩钢介绍，目前中兴通讯已经能够提供WiMAX 802.16e标准的端到端解决方案，包括网络与终端设备。对于始终处于争议之中的WiMAX技术，美国运营商Sprint Nextel支持无疑是一针“强心剂”。Sprint Nextel公司全球空中接口标准部高级经理Chris Seagren10月24日在北京透露，Sprint已经成立专门的4G工作组，目标是在07年之前部署WiMAX，并希望在2008年让1亿人享受到无线宽带业务。早些时

[焦点新闻]

iPhone 12将延续闪电接口：苹果最快明年换成USB-C

不支持5G几乎成了现款iPhone最大短板，这样的遗憾必将在今年秋季的新品上得到弥补。　　关于所谓的“iPhone 12”，一位可靠爆料人日前指出，尽管苹果制作了USB-C接口的iPhone 12原型机，但并未将其投入量产，换言之，用户还需要至少停留在Lightning闪电接口上一年时间。　　对于存量iPhone用户，这种做法意味着，之前购买的大量接口外设均可继续使用，无需花钱升级。不过，考虑到iPad Pro早已换用USB-C，且因为安卓的推动，围绕USB-C的扩展产品、规范生态异常丰富，苹果依然“特立独行”也让人感到有些遗憾。　　特别是，相当一部分用户是安卓、iPhone“双枪”加持，要是都能统一接口

[手机便携]

STM32 USB NAND FLASH 模拟U盘

这次是做一个SD卡的USB读卡器的功能，我们就在上次NAND Flash模拟出的U盘的工程上修改了，这样的话只要修改一小部分了。工程的绝大部分不需要修改，只要将fsmc_nand.c文件移除工程，添加上官方的关于SDIO的SD卡的驱动代码文件stm32_eval_sdio_sd.c，我讨厌出现eval，所以将该文件直接改为sdio_sdcard.c。同时，既然我们使用SDIO来驱动SD卡，所以在外设库文件组里要添加stm32_sdio.c文件，否则会出现很多未定错误。我们接下去修改的就只有mass_mal.c这个文件了。更NAND Flash工程一样，我们改成简洁点： uint32_t Mass_Memory_Size ;

[单片机]

STM32 <font color='red'>USB</font> NAND FLASH 模拟U盘

SSS1700B1-QCC QFN36原理图|3S1700 USB 声卡|Typec拓展坞声卡

鑫创SSS1530设计方案， SSS1623,SSS1629支持Mciro USB、Type-C 3.1接口，可以实现耳机、麦克风功能。 Type-c耳机、安卓耳机转接头方案功能特性： 1、可以实现耳机+麦克风应用、单耳机输出、单麦克风输入功能； 2、支持播放暂停（接听挂断）、音量加减、上一首下一首按键；EQ、3D音效； 3、支持自定义复合按键用法音量加减和上下首复合按键；支持短按、长按等按法； 4、具有IIS INIIS OUT功能，可以外挂高品质codec，做高阶发烧应用； 5、具有IIC接口，支持外部MCU IIC控制；产品概述 SSS1530+MCU支持TypeC线控接听/挂断电话，支持通话功能，支持音量加减功能，

[嵌入式]

SSS1700B1-QCC QFN36原理图|3S1700 <font color='red'>USB</font> 声卡|Typec拓展坞声卡

用CP2200实现MCU的简易型以太网接口

引言当前，嵌入式设计人员在为远程控制或监控设备提供以太网接入时，使用的以太网控制器(如RTL8019、DM9008、CS8900A等)都是专为个人计算机系统设计的。这些器件不仅接口电路复杂，体积较大，而且比较昂贵。CP2200是Silabs公司于近期推出的一款48引脚独立以太网控制器。它符合IEEE 802．3协议，支持10M以太网接入，而且仅需很少的外部电路连线就可满足绝大多数嵌入式以太嗣接口的设计要求，简化了嵌入式以太网接口的设计，减小了占板空间，降低了系统开发成本。另外，该以太网控制器具有8位并行主机接口，可以为绝大多数微控制器或主处理器提供以太网通信功能。8位并行总线接口支持Intel和Motorola总线方式，

[应用]

液晶显示器TL和LVDS接口液晶面板其他信号解析

　　1．TTL接口液晶面板其他信号　　对于TTL接口液晶面板，其接口信号中，除了前面介绍的RGB数据信号、DCLK时钟信号、行同步信号HS、场同步信号VS、有效数据选通信号DE外，有些还包含以下信号：　　（1）水平显示模式选择输入信号水平显示模式选择输入信号常用L_R表示，用于控制液晶面板按正常方式还是按水平颠倒方式显示图像。　　（2）垂直显示模式选择输入信号　　垂直显示模式选择输入信号常用U_D表示，用于控制液晶面板按正常方式还是按垂直颠倒方式显示图像。一般而言，这两个信号即使不接，液晶面板也会正常工作。　　（3）电源和接地信号，电源电压一般为3.3V或5V。　　2．LVDS接口液晶面板其他信号　　对于LVD

[嵌入式]

基于FPGA增量式编码器的接口设计与实现

摘要：光电增量式编码器，又称光电角位置传感器，是电气传动系统中用来测量电动机转速和转子位置的核心部件。分析了光电编码器4倍频原理，提出了一种基于可缟程逻辑器件FPGA对光电增量式编码器输出信号4倍频、鉴相、计数的具体方法，它对提高编码器分辨率与实现高精度、高稳定性的信号检测及位置伺服控制具有一定的现实意义。经实际项目论证，该方案在保证测量精度的前提下，可以有效滤除噪声干扰和消除抖动，增强了系统的干扰抑制和容错能力，可移植性强，便于系统升级。光电编码器在现代电机控制系统中常用以检测转子的位置与速度，是通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的高精度角位置测量传感器。由于其具有分辨率高、响应速度快、体积

[嵌入式]

基于FPGA增量式编码器的<font color='red'>接口</font>设计与实现

16位Σ-Δ A/D转换器AD7705与微控制器的接口设计

　　摘要：介绍了16位Σ-ΔA/D转换器AD7705的特点、结构和应用，并举例说明这种串行输入/输出的A/D转换器与微控制器的一般接口方式，指出了微控制器对AD7705片内寄存器编程的关键，并且给出了数据手册中没有的C51接口读写程序。 关键词：Σ-Δ A/D转换器数字滤波器增益可编程放大器　　AD7705是 AD公司新推出的16位Σ-ΔA/D转换器。器件包括由缓冲器和增益可编程放大器(PGA)组成的前端模拟调节电路，Σ-Δ调制器，可编程数字滤波器等部件。能直接将传感器测量到的多路微小信号进行A/D转换。这种器件还具有高分辨率、宽动态范围、自校准、优良的抗噪声性能以及低电压低功耗等特点，非常适合仪表测量、工业控制等领

[模拟电子]

热门资源推荐
热门放大器推荐

小广播

热门活动

换一批

■TI 有奖直播 | 使用基于 Arm 的 AM6xA 处理器设计智能化楼宇

■Follow me第二季第3期来啦！与得捷一起解锁高性能开发板【EK-RA6M5】超能力！

■报名直播赢【双肩包、京东卡、水杯】| 高可靠性IGBT的新选择——安世半导体650V IGBT

■30套RV1106 Linux开发板（带摄像头），邀您动手挑战边缘AI~