专利名称：基于usb的数据采集装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及数据采集装置，尤其涉及一种基于USB (Universal SerialBus，通 用串行总线)的数据采集装置。
背景技术：
计算机常见的接口有串口、PCI(Peripheral Component Interconnect，外设部件 互连标准)、USB接口。串口在工业控制领域常用作数据采集控制，具有连接简单使用方便 的特点，最高速度达到1Mbps。PCI作为一种高速的数据采集接口，常被用于众多信号的采 集及实时监控，最高传输速度达到192MB/S。USB作为最常见的最方便的计算机接口之一， 从数量上都较其他接口更丰富，而且通过USB2. 0HUB还能连接更多的USB设备。USB电缆也 从最开始规范的lm，到如今的5m，满足各种条件下的空间位置要求。以往的数据采集设备 通常都具有连接线繁多、体积较大、操作不方便以及距离紧张等诸多不便。目前数据采集通常采用串口和PCI两种方式采用串口虽然连接方便，实现简单， 但受到其最高传输速度的制约，而无法采集更高频率变化的信号；采用PCI数据采集需要 在计算机内安装PCI板卡，而且不能即插即用，缺少足够灵活性，只能在台式机上使用，且 PCI采集装置位置大小尺寸受到计算机本身空间制约。综上可知，现有的数据采集装置在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要 加以改进。
实用新型内容针对上述的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种基于USB的数据采集装置，其 具有较高的数据采集速率，增强了数据采集的灵活性，同时压缩了采集装置的尺寸，占用空 间小。为了实现上述目的，本实用新型提供一种基于USB的数据采集装置，包括用于采 集数据的电平转换接口电路、FPGA、SRAM以及USB接口芯片，所述电平转换接口电路、SRAM 以及所述USB接口芯片分别与所述FPGA连接，所述USB接口芯片通过所述USB接口与计算 机连接。根据本实用新型的数据采集装置，所述数据采集装置还包括作为所述USB接口芯 片的程序存储器的EPR0M，所述EPR0M与所述USB接口芯片连接。根据本实用新型的数据采集装置，所述USB接口芯片包括用于缓存数据的先进先 出数据缓存器。根据本实用新型的数据采集装置，所述USB接口芯片包括与所述FPGA连接的GPIF接口。根据本实用新型的数据采集装置，所述USB接口芯片为CY7C68013A芯片。根据本实用新型的数据采集装置，所述数据采集装置为雷达高速数据采集装置。本实用新型一种基于USB的数据采集装置，包括用于采集数据的电平转换接口电
3路、FPGA、SRAM以及USB接口芯片，所述电平转换接口电路、SRAM以及所述USB接口芯片分 别与所述FPGA连接，所述USB接口芯片与计算机USB接口连接。被采集数据经过所述电平 转换接口电路进行电平转换后由所述FPGA缓存至SRAM，当所述SRAM存储到一定数量后产 生标志信号通知USB接口芯片，所述USB接口芯片产生读数据时序从FPGA读取缓存的数据 并存储在其内部的先进先出数据缓存器中，等待计算机发起读指令将先进先出数据缓存器 内缓存的数据送至计算机，重复以上步骤实现数据连续采集。USB主控制器从FPGA读数据 遵从GPIF模式。由于USB2. 0读取数据快于外部采集信号速度，数据缓存将不会在读取中 被填充满，因此外部数据的缓存是连续的，实现了计算机实时对外部信号的采集。同时，USB 接口以及电缆尺寸较小，占用空间少。借此，本实用新型具有较高的数据采集速率，与目前 数据采集方案采用的串口和PCI两种方式相比，增强了数据采集的灵活性，同时压缩了采 集装置的尺寸，占用空间小。
图1是本实用新型的原理结构图；图2是本实用新型的USB接口芯片的内部结构图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图及实施 例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释 本实用新型，并不用于限定本实用新型。如图1所示，本实用新型一种基于USB的数据采集装置100，包括用于采集数据 的电平转换接口电路10、FPGA (Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)20、 SRAM (Static RAM，静态存储器)30以及的USB接口芯片40，电平转换接口电路10、SRAM 30 以及USB接口芯片40分别与FPGA 20连接，USB接口芯片40与计算机USB接口 200连接。优选的是，基于USB的数据采集装置100为雷达高速数据采集装置。USB 接 口芯片 40 包括与 FPGA 20 连接的 GPIF (general programmable interface, 通用可编程接口)接口。优选的是，基于USB的数据采集装置100还包括作为USB接口芯片40的程序存储 器的 EPROM(Erasable Programmable Read-Only Memory，可擦除可编程只读存储器)50， EEPR0M 50与USB接口芯片40连接。数据采集时的信号流程为外部信号(被采集数据)经过电平转换接口电路10进 行电平转换后由FPGA 20缓存至SRAM 30，当SRAM 30存储到一定数量后产生标志信号通知 USB接口芯片40，USB接口芯片40产生GPIF读数据时序从FPGA 20读取缓存的数据，并存 储在其内部FIF0(First In First Out，先进先出的数据缓存器)中，等待计算机发起读指 令将FIFO内缓存的数据送至计算机，重复以上步骤实现雷达数据连续采集。USB接口芯片40从FPGA 20读数据遵从GPIF模式，EEPR0M 50作为其程序存储 器，上电程序自动重加载。FPGA 20对于两片SRAM 30读写采用乒乓方式，保证数据读写不 冲突。由于USB2. 0读取数据快于外部采集信号速度，数据缓存将不会在读取中被填充满， 因此外部数据的缓存是连续的，实现了计算机实时对外部信号的采集。同时，USB接口以及电缆尺寸较小，占用空间少。借此，本实用新型具有较高的数据采集速率，与目前数据采集 采用的串口和PCI两种方式相比，增强了数据采集的灵活性，同时压缩了采集装置的尺寸， 占用空间小。优选的是，USB接口芯片40为CY7C68013A芯片。其拥有56/100/144引脚、增强 型8051主控制器、外部地址扩展、GPIF接口和16k内部存储器等，满足雷达高速数据采集 对于传输速率和数据接口的要求，内部结构图如图2所示。CY7C68013A芯片与外部设备接口有3种类型，本案优选采用GPIF接口，其位宽为 16bit，接口简单，控制时序可通过USB内嵌主控制器修改和调试，操作更为简便。启动USB 读取数据后，8051主控制器不参与数据传输，计算机直接透过GPIF接口访问后端连接在 FPGA 20上的SRAM 30，实现USB持续的获取数据。FPGA 20优选采用cyclone II系列，用户可支配I/O接口丰富，内嵌的PLL (Phase Locked Loop，锁相环)可将工作频率提高至200MHz以上，相对cyclonel系列功耗更低、资 源更丰富，配合外部大容量SRAM 30，非常适合于雷达数据的接收和缓存。SRAM 30的型号优选为IS61WV102416BLL，该器件访问时间可达8ns，容量为 2MX 16bit，对于多普勒天气雷达IQ数据率和USB传输率完全满足数据缓冲量的需求。相对于其他数据采集方案，本发明具有便携、低成本，低功耗，是一种方便有效的 雷达高速数据采集方案。综上所述，本实用新型一种基于USB的数据采集装置，包括用于采集数据的电平 转换接口电路、FPGA、SRAM以及USB接口芯片，所述电平转换接口电路、SRAM以及所述USB 接口芯片分别与所述FPGA连接，所述USB接口芯片与计算机USB接口连接。被采集数据经 过所述电平转换接口电路进行电平转换后由所述FPGA缓存至SRAM，当所述SRAM存储到一 定数量后产生标志信号通知USB接口芯片，所述USB接口芯片产生读数据时序从FPGA读取 缓存的数据并存储在其内部的先进先出数据缓存器中，等待计算机发起读指令将先进先出 数据缓存器内缓存的数据送至计算机，重复以上步骤实现数据连续采集。USB主控制器从 FPGA读数据遵从GPIF模式。由于USB2. 0读取数据快于外部采集信号速度，数据缓存将不 会在读取中被填充满，因此外部数据的缓存是连续的，实现了计算机实时对外部信号的采 集。同时，USB接口以及电缆尺寸较小，占用空间少。借此，本实用新型具有较高的数据采 集速率，与目前数据采集方案采用的串口和PCI两种方式相比，增强了数据采集的灵活性， 同时压缩了采集装置的尺寸，占用空间小。当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的 情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些 相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
权利要求一种基于USB的数据采集装置，其特征在于，包括用于采集数据的电平转换接口电路、FPGA、SRAM以及USB接口芯片，所述电平转换接口电路、SRAM以及所述USB接口芯片分别与所述FPGA连接，所述USB接口芯片与计算机USB接口连接。
2.根据权利要求1所述的数据采集装置，其特征在于，所述数据采集装置还包括作为 所述USB接口芯片的程序存储器的EPR0M，所述EPROM与所述USB接口芯片连接。
3.根据权利要求1所述的数据采集装置，其特征在于，所述USB接口芯片包括用于缓存 数据的先进先出数据缓存器。
4.根据权利要求1所述的数据采集装置，其特征在于，所述USB接口芯片包括与所述 FPGA连接的GPIF接口。
5.根据权利要求1所述的数据采集装置，其特征在于，所述USB接口芯片为 CY7C68013A 芯片。
6.根据权利要求1 5任一项所述的数据采集装置，其特征在于，所述数据采集装置为 雷达高速数据采集装置。
专利摘要本实用新型公开了一种基于USB的数据采集装置，包括用于采集数据的电平转换接口电路、FPGA、SRAM以及USB接口芯片，所述电平转换接口电路、SRAM以及所述USB接口芯片分别与所述FPGA连接，所述USB接口芯片与计算机USB接口连接。借此，本实用新型具有较高的数据采集速率，与目前数据采集方案采用的串口和PCI两种方式相比，增强了数据采集的灵活性，同时压缩了采集装置的尺寸，占用空间小。
文档编号G06F17/40GK201654787SQ20102016058
公开日2010年11月24日 申请日期2010年4月9日 优先权日2010年4月9日
发明者何建新 申请人:成都远望科技有限责任公司;成都信息工程学院;何建新