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USB接口的高速數據采集卡的設計與實現
摘要：討論了基于USB接口的高速數據采集卡的實現。該系統采用TI公司的TUSB3210芯片作為USB通信及主控芯片，完全符合USB1.1協議，是一種新型的數據采集卡。關鍵詞：USB A/D FIFO 固件
現代工業生產和科學研究對數據采集的要求日益提高，在瞬態信號測量、圖像處理等一些高速、高精度的測量中，需要進行高速數據采集。現在通用的高速數據采集卡一般多是PCI卡或ISA卡，存在以下缺點：安裝麻煩；價格昂貴；受計算機插槽數量、地址、中斷資源限制，可擴展性差；在一些電磁干擾性強的測試現場，無法專門對其做電磁屏蔽，導致采集的數據失真。
通用串行總線USB是1995年康柏、微軟、IBM、DEC等公司為解決傳統總線不足而推廣的一種新型的通信標準。該總線接口具有安裝方便、高帶寬、易于擴展等優點，已逐漸成為現代數據傳輸的發展趨勢。基于USB的高速數據采集卡充分利用USB總線的上述優點，有效解決了傳統高速數據采集卡的缺陷。
1 USB數據采集卡原理
1.1 USB簡介
通用串行總線適用于凈USB外圍設備連接到主機上，通過PCI總線與PC內部的系統總線連接，實現數據傳送。同時USB又是一種通信協議，支持主系統與其外設之間的數據傳送。USB器件支持熱插拔，可以即插即用。USB1.1支持兩種傳輸速度，既低速1.5Mbps和高速12Mbps，在USB2.0中其速度提高到480Mbps。USB具有四種傳輸方式，既控制方式（Control mode）、中斷傳輸方式（Interrupt mode）、批量傳輸方式（Bulk mode）和等時傳輸方式（Iochronous mode）。
考慮到USB傳輸速度較高，如果用只實現USB接口的芯片外加普通控制器（如8051），其處理速度就會很慢而達不到USB傳輸的要求；如果采用高速微處理器（如DSP），雖然滿足了USB傳輸速率，但成本較高。所以選擇了TI公司內置USB接口的微控制器芯片TUSB3210，開發了具有USB接口的高速數據采集卡。
1.2 系統原理圖
系統原理圖如圖1所示。
整個系統以TUSB3210為核心，負責啟動A/D轉換，控制FIFO的讀寫及采樣頻率的設定，與主機之間的通信及數據傳輸。
2 USB數據采集卡硬件
2.1 TUSB3210芯片
TUSB3210是TI公司推出的內嵌8052內核并帶有USB接口的微控制器芯片。TUSB3210有256字節的內部RAM，8K字節的程序RAM，512字節的USB數據緩沖和端點描述塊EDB（Endpoint Descriptor Blocks），4個通用的GPIO端口P0、P1、P2、P3，I2C接口電路，看門狗電路等。
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