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摘要：本文介绍了以高性能的USB2．0芯片CY7C68013为核心的EZ-USB FX2微处理器，以及以MAX1198为核心的A／D采样芯片构成的高速数据采集和传输系统，论述了系统硬件的结构，给出了应用程序流程图和实现方案。
关键词：EZ-USB FX2；CY7C68013；MAX1198；USB2．0；信号传输
引言
UWB(ultra wideband)雷达在探测隐身目标，人体皮下组织，目标识别、目标精细成像等方面都具有优良的性能。通过UWB雷达零中频信号实时采集和传输系统，获取的数据量很大，传输速度要求高，因此，对于传输线路的带宽以及系统的硬件资源提出了较高的要求。本文探讨了以高性能的CY7C68013芯片为核心的EZ-USBFX2微处理器，以及以MAX1198为核心的A／D采样卡实现高速数据的采集和传输系统的设计和应用。
系统硬件电路
系统硬件电路结构如图1所示。UWB脉冲雷达信号在进入A／D转换电路以前，要进行限幅、降压、滤波和增加输入阻抗等措施以保护后端的A／D采样芯片。
A／D转换电路
经过调理后的信号进入模／数转换电路，高速A／D芯片选用美国MAXIM公司的MAXl 198。MAXl 198是3．3V、双通道的8位模数转换器(ADC)，具备全差分宽带跟踪／保持(T／H)输入，驱动2路ADC[32]。同时还具有并行、CMOS兼容的三态输出。通过单个控制引脚，数字输出格式可以选择为二进制补码或直接偏移二进制码。
在信号采集系统设计中，MAX1198的模拟信号输入采用了差分输入驱动方式。MAX1198的模拟信号差分输入方式同时使用1NA+和1NA一，1NB+和1NB一引脚。MAX1198提供的三种参考模式中选择了内部参考模式。
系统主控电路
主控电路采用集成了USB2．0收发器的微处理器EZ-USB FX2。该处理器是基于USB2．0总线控制器，包含标准的MCS51外设模块和USB模块，具有加强的8051内核性能、集成度高、方便灵活的软配置以及便捷的软件开发工具等主要特性。
在主控电路设计中，使用CPLD控制ADC以及FIFO的时序、控制ADC的启动与停止和查询ADC的状态等。CY7C68013控制MAX1198进行间隔采样，然后把结果传送到FIFO中，当采集到一定量的数据后，CY7C68013将数据打包通过USB总线传到PC，由高级应用程序进行数据处理。上电时805l程序从内部RAM中开始运行，从外部EEPROM中加载程序。USB启动后，内部逻辑会检查连接到I2c总线上的EEROM中的第一个字节(OxCO或0 xc 2)。如果是0 x C O，就会使用EEPROM中的VID／PID／DID来替代内部存储值；如果是OxC2，内部逻辑就会把EEPROM中的内容装入到内部RAM中；如果没有检查到EEPROM，FX2就会使用内部存储的描述符来枚举。FX2缺省的VID／PID／DID是0x0484／0x8613／Oxxxyy。
接口电路
MAX1198与CY7C68013的接口设计通过一个外接FIFO存储器来实现与CY7C680 1 3的连接以保持数据采集的连续性，FIFO主要起着高速数据缓冲的作用。这些端点FIFO系统提供了通用时序信号，握手信号(满、空、可编程)，读写选通，输出使能等。另外其内部还提供了一个用于控制FIFO存储器的通用可编程接口( GPIF，Ge neral Programme Interface)，在FX2连接到不包含标准FIFO接口的外部逻辑单元时，可以用作一个内部主机。
系统应用程序设计
系统应用程序主要功能有：开启或关闭USB设备、检测USB设备、设置A／D状态、启动数据采集、显示并保存采集的数据、测试速度等。应用程序主框图如图2所示：
应用程序设计由动态链接库DLL(Dynamic Link Libraries)和客户端程序组成。
1动态链接库DLL(Dynamm’LinkLibraries)
负责与内核态的USB功能驱动程序通信并接收应用程序的各种操作请求。动
态链接库中定义有两种函数：导出函数(Export function)和内部函数fIntemal function)，导出函数可以被其他模块调用，内部函数只能在DLL内部使用。我们在用c++定制DLL文件时，需要编写的就是包含导出函数表的模块定义文件[.DEF]和实现导出函数功能的c++文件。
定义文件d11．def源代码如下所示：
LIBRARY“dllu”／／DLL库的名称为dllu．1ib，
DESCRIPTION’my d11’//IDLL库的描述为“my dll”
EXPORTS／／定义导出函数
opendevice／／打开设备函数
closedevice／／关闭设备函数
ReadLocation／／从设备读取数据
WriteLocation／／向设备写入数据
test ／／速度测试函数
客户端程序
负责对所采集的数据进行实时显示。包括：
(1)客户端软件与USB设备连接
客户端软件与USB设备的连接实际上是与WDM设备驱动程序的连接。在客户软件中通过调用CreateFile()函数可建立客户软件与WDM设备驱动程序的连接。CreateFile()函数属于windows应用程序接口(API，Application Programming Interface)，当客户软件调用CreateFile()函数时，操作系统将按照一定的路径查找并加载所需的动态链接库，实现与设备驱动程序的连接成功调用，随后CreateFil()函数就会返回代表其所连接设备的设备句柄，通过所得到设备句柄可以实现对设备的控制。
(2)I／O控制函数
DeviceloControl()函数可以在客户软件程序中实现设备的I／O控制，驱动程序根据I／O控制命令来决定该如何获取应用程序的缓冲器地址。I／O控制命令中的数据访问方式的定义有M E T H 0 D—B U F F E R E D．M E T H O D—I N—D I R E C T，METHOC一0UT—DIRECT或METHOD_NEITHER：
DeviceloControl()函数主体如下： BOOL DeviceloControl (HANDLEhDevice， ／／设备句柄
DWORD dwloControlCode， ／／NO控制代码IOCTL
LPVOID lpInBufer，／／缓冲区
DWORD nlnBuferSize，／／缓冲区大小
LPVOID IpOutBufer，／／缓冲区
DWORD nOutBuferSize，／／缓冲区大小
LPDWORD JpB)rtesRetumed．
LPOVERLAPPED IpOverlapped)；
(3)块输入输出函数
CreateEvent()可以控制设备自动从它的块输入端点返回，并从它的块输出端点接收任意字节。
CCyUSBDevice*USBDevice=newCCyUSBDevice(Handle)；
OVERLAPPED outOvLap,inOvLap；
O u t 0 V L a p．h E v e n t
＝CreateEvent(NULL，false，false，“CYUSB—0UT”)；／／块输出
i n 0 v L a p．h E v e n t
＝CreateEvent(NULL，false，false，“CYUSB_IN”)；／／块输入
char inBuf[l28]；
ZeroMemory(inBuf，128)；
char buffer[128]；
LONG length=128：
(4)客户端程序初始化
BOOL CWzylApp：：InitInstance()
{
XferThread=NULL；
USBDevice--new CCyUSBDevice0；
AfxEnableControlContaine()；
／／初始化定义字段
#ifdef—AFXDLL
Enable3dControls()； ／／使用MFC时在一个共享的DLL中调用该控制函数
#else
Enable3dControlsStatic()；／／连接到静态MFC时调用该函数
#endif
}
(5)USB数据传输
USB进行数据传输时，采用块传输模式，输入管道为管道0，读取的数据先
保存到缓冲区再显示在PC机上。
for(i-O；i<16Ii++)
btc．pipeNum=0；／／设置输入管道为管道0
bResult=DeviceloControl(hDevice，／／引用所获得的设备句柄
IOCTL—EZUSB BULK READ，／／定义传输方式为块传输方式
&btc，
sizeof(BULK TRANSFERCONTROL)，
mBufer，／／读取的数据段保存到mBufer由
64，／／每段数据长度为64字节
结语
本文提出了一种基于EZ-USB FX2微处理器和MAXl 198 A／D采样芯片的数据采集系统设计方案，经过实验测定，在块传输方式下实现了最高48MHz的数据采样速率，满足了系统设计的基本要求。C51语言结合CPLD的软配置方案便于系统软件的升级和维护。与微机接口部分设计严格遵守usb2．0协议，具有一定的通用性，对于一般基于usb的高速数据传输系统的设计具有一定的应用参考价值。
参考文献：
1．Microsoft Coration．Windows 2000 Driver Development Kit Documentation[EB／oL]．2 0 0 0．O 6．2 8 h ct D：／／www．microsoft．com，ddk。
2．EZ-USB Series 2200 TechnicalReference Manual,http：／／www．cypress．com．
3．Max1198 datasheet．http：／／ITlsxim．com，Rev0，2002,4．
4．许永和，‘USB外围设备设计与应用，’北京：北京航空航天大学出版社．2002．
关键词：EZ-USB FX2；CY7C68013；MAX1198；USB2．0；信号传输
引言
UWB(ultra wideband)雷达在探测隐身目标，人体皮下组织，目标识别、目标精细成像等方面都具有优良的性能。通过UWB雷达零中频信号实时采集和传输系统，获取的数据量很大，传输速度要求高，因此，对于传输线路的带宽以及系统的硬件资源提出了较高的要求。本文探讨了以高性能的CY7C68013芯片为核心的EZ-USBFX2微处理器，以及以MAX1198为核心的A／D采样卡实现高速数据的采集和传输系统的设计和应用。
系统硬件电路
系统硬件电路结构如图1所示。UWB脉冲雷达信号在进入A／D转换电路以前，要进行限幅、降压、滤波和增加输入阻抗等措施以保护后端的A／D采样芯片。
A／D转换电路
经过调理后的信号进入模／数转换电路，高速A／D芯片选用美国MAXIM公司的MAXl 198。MAXl 198是3．3V、双通道的8位模数转换器(ADC)，具备全差分宽带跟踪／保持(T／H)输入，驱动2路ADC[32]。同时还具有并行、CMOS兼容的三态输出。通过单个控制引脚，数字输出格式可以选择为二进制补码或直接偏移二进制码。
在信号采集系统设计中，MAX1198的模拟信号输入采用了差分输入驱动方式。MAX1198的模拟信号差分输入方式同时使用1NA+和1NA一，1NB+和1NB一引脚。MAX1198提供的三种参考模式中选择了内部参考模式。
系统主控电路
主控电路采用集成了USB2．0收发器的微处理器EZ-USB FX2。该处理器是基于USB2．0总线控制器，包含标准的MCS51外设模块和USB模块，具有加强的8051内核性能、集成度高、方便灵活的软配置以及便捷的软件开发工具等主要特性。
在主控电路设计中，使用CPLD控制ADC以及FIFO的时序、控制ADC的启动与停止和查询ADC的状态等。CY7C68013控制MAX1198进行间隔采样，然后把结果传送到FIFO中，当采集到一定量的数据后，CY7C68013将数据打包通过USB总线传到PC，由高级应用程序进行数据处理。上电时805l程序从内部RAM中开始运行，从外部EEPROM中加载程序。USB启动后，内部逻辑会检查连接到I2c总线上的EEROM中的第一个字节(OxCO或0 xc 2)。如果是0 x C O，就会使用EEPROM中的VID／PID／DID来替代内部存储值；如果是OxC2，内部逻辑就会把EEPROM中的内容装入到内部RAM中；如果没有检查到EEPROM，FX2就会使用内部存储的描述符来枚举。FX2缺省的VID／PID／DID是0x0484／0x8613／Oxxxyy。
接口电路
MAX1198与CY7C68013的接口设计通过一个外接FIFO存储器来实现与CY7C680 1 3的连接以保持数据采集的连续性，FIFO主要起着高速数据缓冲的作用。这些端点FIFO系统提供了通用时序信号，握手信号(满、空、可编程)，读写选通，输出使能等。另外其内部还提供了一个用于控制FIFO存储器的通用可编程接口( GPIF，Ge neral Programme Interface)，在FX2连接到不包含标准FIFO接口的外部逻辑单元时，可以用作一个内部主机。
系统应用程序设计
系统应用程序主要功能有：开启或关闭USB设备、检测USB设备、设置A／D状态、启动数据采集、显示并保存采集的数据、测试速度等。应用程序主框图如图2所示：
应用程序设计由动态链接库DLL(Dynamic Link Libraries)和客户端程序组成。
1动态链接库DLL(Dynamm’LinkLibraries)
负责与内核态的USB功能驱动程序通信并接收应用程序的各种操作请求。动
态链接库中定义有两种函数：导出函数(Export function)和内部函数fIntemal function)，导出函数可以被其他模块调用，内部函数只能在DLL内部使用。我们在用c++定制DLL文件时，需要编写的就是包含导出函数表的模块定义文件[.DEF]和实现导出函数功能的c++文件。
定义文件d11．def源代码如下所示：
LIBRARY“dllu”／／DLL库的名称为dllu．1ib，
DESCRIPTION’my d11’//IDLL库的描述为“my dll”
EXPORTS／／定义导出函数
opendevice／／打开设备函数
closedevice／／关闭设备函数
ReadLocation／／从设备读取数据
WriteLocation／／向设备写入数据
test ／／速度测试函数
客户端程序
负责对所采集的数据进行实时显示。包括：
(1)客户端软件与USB设备连接
客户端软件与USB设备的连接实际上是与WDM设备驱动程序的连接。在客户软件中通过调用CreateFile()函数可建立客户软件与WDM设备驱动程序的连接。CreateFile()函数属于windows应用程序接口(API，Application Programming Interface)，当客户软件调用CreateFile()函数时，操作系统将按照一定的路径查找并加载所需的动态链接库，实现与设备驱动程序的连接成功调用，随后CreateFil()函数就会返回代表其所连接设备的设备句柄，通过所得到设备句柄可以实现对设备的控制。
(2)I／O控制函数
DeviceloControl()函数可以在客户软件程序中实现设备的I／O控制，驱动程序根据I／O控制命令来决定该如何获取应用程序的缓冲器地址。I／O控制命令中的数据访问方式的定义有M E T H 0 D—B U F F E R E D．M E T H O D—I N—D I R E C T，METHOC一0UT—DIRECT或METHOD_NEITHER：
DeviceloControl()函数主体如下： BOOL DeviceloControl (HANDLEhDevice， ／／设备句柄
DWORD dwloControlCode， ／／NO控制代码IOCTL
LPVOID lpInBufer，／／缓冲区
DWORD nlnBuferSize，／／缓冲区大小
LPVOID IpOutBufer，／／缓冲区
DWORD nOutBuferSize，／／缓冲区大小
LPDWORD JpB)rtesRetumed．
LPOVERLAPPED IpOverlapped)；
(3)块输入输出函数
CreateEvent()可以控制设备自动从它的块输入端点返回，并从它的块输出端点接收任意字节。
CCyUSBDevice*USBDevice=newCCyUSBDevice(Handle)；
OVERLAPPED outOvLap,inOvLap；
O u t 0 V L a p．h E v e n t
＝CreateEvent(NULL，false，false，“CYUSB—0UT”)；／／块输出
i n 0 v L a p．h E v e n t
＝CreateEvent(NULL，false，false，“CYUSB_IN”)；／／块输入
char inBuf[l28]；
ZeroMemory(inBuf，128)；
char buffer[128]；
LONG length=128：
(4)客户端程序初始化
BOOL CWzylApp：：InitInstance()
{
XferThread=NULL；
USBDevice--new CCyUSBDevice0；
AfxEnableControlContaine()；
／／初始化定义字段
#ifdef—AFXDLL
Enable3dControls()； ／／使用MFC时在一个共享的DLL中调用该控制函数
#else
Enable3dControlsStatic()；／／连接到静态MFC时调用该函数
#endif
}
(5)USB数据传输
USB进行数据传输时，采用块传输模式，输入管道为管道0，读取的数据先
保存到缓冲区再显示在PC机上。
for(i-O；i<16Ii++)
btc．pipeNum=0；／／设置输入管道为管道0
bResult=DeviceloControl(hDevice，／／引用所获得的设备句柄
IOCTL—EZUSB BULK READ，／／定义传输方式为块传输方式
&btc，
sizeof(BULK TRANSFERCONTROL)，
mBufer，／／读取的数据段保存到mBufer由
64，／／每段数据长度为64字节
结语
本文提出了一种基于EZ-USB FX2微处理器和MAXl 198 A／D采样芯片的数据采集系统设计方案，经过实验测定，在块传输方式下实现了最高48MHz的数据采样速率，满足了系统设计的基本要求。C51语言结合CPLD的软配置方案便于系统软件的升级和维护。与微机接口部分设计严格遵守usb2．0协议，具有一定的通用性，对于一般基于usb的高速数据传输系统的设计具有一定的应用参考价值。
参考文献：
1．Microsoft Coration．Windows 2000 Driver Development Kit Documentation[EB／oL]．2 0 0 0．O 6．2 8 h ct D：／／www．microsoft．com，ddk。
2．EZ-USB Series 2200 TechnicalReference Manual,http：／／www．cypress．com．
3．Max1198 datasheet．http：／／ITlsxim．com，Rev0，2002,4．
4．许永和，‘USB外围设备设计与应用，’北京：北京航空航天大学出版社．2002．