基于USB2.O的轨道电路信号车载采集与分析系统
2．2 主控芯片的工作方式
本设计采用的主控芯片是Cypress公司的USB2．0控制芯片CY7C68013，它与计算机通过USB接口相连，使设备能在PC机的控制下进行操作。USB主控芯片通过逻辑控制电路连接到FIFO和A／D转换后的数据传送至FIFO芯片进行缓冲，缓冲后的数据输入主控芯片的从FIFO中，
然后从FIFO以DMA(直接内存存取)的方式经由SIE(串行接口引擎)传给PC机。
为了实现高速数据采集的功能，A／D芯片采用的ADl674，它是一款12位，最高转换速度可达100kHz的A／D转换芯片，考虑到对FIFO容量的需求，系统采用GPLD和FIFO来实现。选用IDT7205完成数据缓存。其最高工作频率为133MHz，容量为8kB，能满足设计要求。
CY7C68013与外设有两种接口方式：通用可编程接口GPIF方式和从属FIFO方式。GPIF的核心就是一个可编程状态机，可产生6个控制和9个地址输入信号，并能接收6个外部和2个内部“ready”输入信号。GPIF向外部接口产生正确的选通信号和握手信号，外部接口用于对FIFO数据的传进和传出。GPIF是主机的方式，而从属FIFO方式是从机方式，它由外部控制器控制，可像对普通FIFO一样对FX2的多层缓冲FIFO进行读写。FX2的从属FIFO工作方式可设为同步或异步，工作时钟可选为内部产生或外部输入，其它控制信号也可根据需要设置为高有效或低有效。
2．3 FlF0的数据缓存作用
由于A／D最高采样频率可达100MHz，而主控芯片CY7C68013中的FIFO只有4kB，不能满足A／D数据转换器的要求，因此需要在A／D和CY7-C68013之间增加一个高速的FIFO来缓存数据。FIFO是先进先出的数据缓存器，数据在其内部顺序写入、顺序读出，其数据地址由内部读写指针自动加1完成。它具有双口输入输出、采集传送速度快等特点，能满足高速数据传输的要求。由FIFO构成的数据缓冲电路主要部分的接口电路如图4所示。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/195304.htm
IDT7205有两种工作模式，即IDT标准模式和FWFT模式。本设计中采用IDT标准模式，这种模式通过FF、PAF、PAE、HF、EF五个标志位来实现数据的传输。／WEN(写使能端)置为有效时，数据可以写入FIFO。在WLCK(写时钟)的控制下，数据持续写入FIFO，当第一个数据被写入时，／EF(空标志)无效，数据不断地写入FIFO，即将写满时／PAE(将空标志)无效，／PAF(将满标志)有效，表示FIFO即将写满。当FIF0写满时，／FF(满标志)置为有效，控制A／D芯片停止写数。开始读数据时的第一个读操作使／FF置为无效，此时开始持续地读取数据，当FIFO中数据减少到一定程度，会使／PAF(将满)和／HF(半满)两个标志位置为无效，持续读出数据，而不写入数据；当FIFO中只剩下N个字时(N为空状态的缺省值)，／PAF有效；当FIFO中的数据被全部读出时，／EF置为有效，此时控制主控芯片停止读取数据，与此同时A／D也开始下一个读取数据过程。
3 系统软件设计
3．1 固件设计
USB固件是运行在FX2芯片CY7C68013中的代码。在数据采集卡连接到计算机后，通过一个能自动完成固件下载以及设备重枚举功能的设备驱动程序，即固件下载驱动程序将USB固件下载到FX2的RAM中。
Cypress公司针对FX2系列的USB芯片给出了一个Firmware(固件)库，用户只需要在源程序中包含进EZUSB．H和EZREGS．H， 并且把EZU-SB．LIB和USBJMPB．OBJ添加进项目即可。
在设计中还利用了FX2的框架。FX2程序框架用于加速开发芯片外设。框架为FX2的初始化、处理设备标准USB设备请求以及USB挂起时的电源管理提供了现成的805l代码，只需简单地提供USB描述符表，编写完成外设功能的代码就可以开发一个功能完善的USB外设。
CY7C68013芯片的端点数总共有7个，根据设计需要，我们选择了其中的3个端点，其中1个控制端点、1个发送端点和1个接收端点。
3．2 驱动程序
在采集卡工作的运行WindowsxF台的主机上，Cypress公司提供了Windows下的通用驱动程序(GDP)。本采集卡使用这个通用驱动程序，不需要自己另行开发。
3．3 用户程序设计
用户程序设计部分则是基于C++Builder开发平台，设计并实现数据采集系统的功能。系统软件总体上包括数据采集(通道控制、触发控制)、波形显示、参数测量、频谱分析及波形存储与回放等五大模块。软件界面如图5所示。
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