1 引言
    數據采集是指采集溫度、壓力、流量、位移等信號量．再由計算機進行存儲、處理、顯示或打印的過程。相應的系統(tǒng)稱為數據采集系統(tǒng)。目前在統(tǒng)一的USB接口上實現了中低速外設的通用連接，例如鍵盤、鼠標、游戲桿、顯示器、數字音箱及MODEM等。USBl．0的數據傳輸率可達到12 Mb／s．USB2．0的數據傳輸速率可達480 Mb，s，對于數據采集系統(tǒng)，有著不可比擬的優(yōu)點。如何將USB2．0接口應用到高速數據采集系統(tǒng)中，是今后數據采集系統(tǒng)的一個研究方向。

2 系統(tǒng)總體設計
    系統(tǒng)的任務是實現一個數據采集系統(tǒng)，該采集系統(tǒng)采集瀝青拌和站主機送往打印機的數據，并將其傳到計算機供數據處理，如圖1所示。

3 系統(tǒng)硬件實現
    圖2給出了現有的瀝青拌和站數據采集系統(tǒng)框圖,是以8051單片機作為控制器，利用拌和站主機送往打印機的數據同步信號/STROBE，將打印數據暫存在采集系統(tǒng)的FIFO中．之后保存在FLASH AM29F040中，再利用標準串行接口傳送到主機。

    該設計對現有的系統(tǒng)進行了改進，并提出一種基于USB2．0的高速數據采集系統(tǒng)，采用EZ_USB FX2系列器件CY7C68013，將串口改為USB2．0接口，同時充分利用EZ-USB的特性，在采集系統(tǒng)中去掉FIFO。其系統(tǒng)硬件框圖如圖3所示。

    在系統(tǒng)中，USB接口器件EZ_USB FX2與主機的數據傳輸方式采用塊傳輸(BULK rrransfer)的方式。設計中EZ_USBFX2的工作模式選用端口模式。去掉了FIFO，充分利用EZ-USB FX2內部資源，將其內部端點2作為數據緩沖區(qū)．大大簡化了硬件設計。數據存儲模塊選用AM29LV040．該Flash控制簡單，存儲容量大，非常適合此系統(tǒng)。
    系統(tǒng)硬件實現主要由電源模塊，時鐘模塊，復位電路。I2C總線模塊，數據存儲模塊，USB接口模塊及并口數據采集等部分組成。其中，數據采集和上傳都是由EZ_USB FX2實現，外部存儲模塊由F3ash AM29LV040實現。
3．1 USB接口模塊
    D+．D-是與主機通訊的數據線，當USB設備插上主機時．D+和D-上有一個壓差，主機就會發(fā)現外圍設備，讀取設備的。PID和VID，并載入相應驅動，如圖4所示。由于系統(tǒng)使用的是外接+3．3 V電源，所以VBUS沒有連接。如果需要用總線供電，因為CY7C68013使用的是+3．3 V供電，而總線電壓是5 V，所以要經過一個電壓變換，需將VBUS接至0 DC-DC變換器。圖4中SHIELD和GND之間的電阻和電容用于防止EMll和RFI。

3．2 并口輸入模塊
    該模塊由兩個并行接口組成，其連接電路如圖5所示。這是數據采集系統(tǒng)中數據的來源，即拌和站主機輸送打印數據的并口。其中的INO～IN7連在EZ-USB FX2的I／O端口PORTC上．STROBE信號作為中斷信號接到EZ-DSB FX2的外部中斷O上，STROBE由高到低的一次跳變引發(fā)一次中斷，執(zhí)行一次中斷處理程序。中斷處理程序中將PORTC上的數據暫存到FX2內部斷點2中。為了在采集數據時不影響打印機的正常工作，將并口的其余信號接到PORTB上，在固件中對其設置。其中除PE、BUSY和SEL外均作為輸入，PE、BUSY和SEL作為輸出，PE和BUSY置低，SEL置高。

4 系統(tǒng)軟件設計
    USB應用系統(tǒng)軟件設計分為3部分：固件程序設計、主機驅動程序以及主機應用程序。系統(tǒng)設計只做了固件程序的設計，驅動程序使用公司提供的通用驅動程序，應用程序使用公司的應用程序Control Panel調試。
    固件是運行在CY7C68013上的程序，可采用匯編語言或C語言設計，其主要功能是負責初始化各硬件單元、控制CY7C268013接收并處理USB驅動程序的請求、控制CY7C68013接收應用程序的控制指令、通過CY7C68013存放數據并實時上傳至PC等。只有在該程序運行時，外設才能稱之為具有給定功能的外部設備。
    固件程序代碼的存儲位置：固件代碼固化到一片EEP-ROM中．外設加電后由FX2通過FC總線下載到片內RAM后自動執(zhí)行。
    設計采用利用現成的固件程序框架函數編寫固件程序，根據設備的需求添加響應的代碼來完成特定的目的。其中基本的固件程序框架函數：
    void TD_Init(void) ／／該函數用來完成EZ-USB FX2的初始化
    void TD_Poll(void) ／／該函數在設備運行時反復被調用，它包括完成用戶任務的函數
    BOOL TD_Resume(void)／／設備重啟后調用
    BOOL TD_Suspend(void) ／／設備進入掛起狀態(tài)前調用在整個固件程序中，EZ-LISB FX2設備上電或復位后，首先初始化所有的內部狀態(tài)變量，隨后調用TD_Init()函數，并開中斷,此時固件程序不斷檢測控制端口O是否收到SETUP包。一旦收到，固件程序就開始調用用戶函數TD_Poll()，其中用戶需要完成的功能代碼就在TD_Poll()函數中。調用完成后．重復檢測端口O是否收到SETUP包，若有，繼續(xù)執(zhí)行設備請求，調用TD_Poll()函數；否則，檢測USB核是否有USB掛起事件，若有，調用TD_Suspend()函數，其返回值為真時，檢測USB核是否有重新開始事件，若沒有，設備進入掛起狀態(tài)，否則，凋用TD_Resume()，進行下一次循環(huán)，當TD_Sus-pend()函數返回值為假時，直接進入下一次循環(huán)。固件程序流程如圖6所示。

    固件程序中定義了許多中斷處理函數，使用時可加入自己編寫的代碼，就可在不改變整個程序的前提下，僅通過改變相應的模塊實現用戶的功能。設計中使用了外部中斷O，其優(yōu)先級最高，可以最大程度地避免數據丟失。在其相應的中斷處理函數中，將來自打印機并口的數據采集到FX2的內部緩沖區(qū)中。無中斷到來時，在TD_Poll()函數中，將緩沖區(qū)中的數據寫到Flash中。

5 結語
    提出一種基于USB2．0的高速數據采集系統(tǒng)，設計了采集系統(tǒng)的硬件電路，并編寫了相應的固件程序。大大提高傳輸速率，降低系統(tǒng)成本。其不足之處是采集速度不理想，雖然實現了高速采集的目的，但是距離USB2．O的最高傳輸速率還有差距，需要在以后的研究中，加以研究和改進。