基于FPGA和USB2.0的高速CCD声光信号采集系统

　　A／D转换模块 AD9822是ADI公司的专用CCD信号处理芯片，内部集成CDS，PGA，14位ADC、暗电平自动校准、偏置电压控制以及串行接口等功能，采样速度高达15 MHz。ADCCLK的下降沿输出数据的高8位，ADCCLK的上升沿输出数据的低6位。AD9822采样控制时序及寄存器编程都是由EP2C35实现，与RL2048P输出信号同步，保证采集数据的正确性。采用相关双采样模式可以抑制CCD的复位噪声，本系统设置其寄存器分别为0x0058，0x10C0，0x2000，0x50FF。

　　USB接口传输模块 USB 2．0协议的传输速度高达480 Mb／s，且具有接口简单及误码率低等优点，能够满足该系统高速传输的需要。选用Cypress公司的新一代低功耗CY7C68013A芯片，与之相应的开发包和开发文档较齐全，缩短了开发周期，降低了开发难度。为了保证数据传输的速度，CY7C68013A工作于SlaveFIFO模式，不需要EZ-USB FX2LP的CPU干预，即可完成与FPGA的数据传输。EP2C35与CY7C68013A的通信采用了Slave FIFO模式下的异步方式，向大端点EP6写数据，配置其为512 B四重缓冲区，批量AUTO IN传输模式，每次自动提交512 B数据。图4为EP2C35与CY7C68013A的接口连接。

　　3 系统软件设计

　　系统软件设计包括：

　　固件程序(Firmware)设计 设备固件的主要功能是控制CY7C68013A接收并处理USB驱动程序的请求。如请求设备描述符，请求或设置设备状态，请求或设置设备接口等USB 2．0标准请求；辅助硬件完成设备的重新枚举、端点配置、控制和监测USB的活动，根据PC主机的命令与外围电路进行数据交换等。Cy-press公司为用户提供了一个固件程序框架，是通用性强的模块化程序。在框架的基础上，用户只需要编写Function．c文件即可完成USB功能开发。主要包括：Slave FIFO模式的初始化和用户自定义请求。

　　驱动程序开发 系统包括两个USB驱动程序：一个驱动专用于下载芯片的固件程序CCDloader．sys，另一个通用驱动程序ccdusb．sys用来实现USB设备与应用程序的通信和控制。芯片固件程序在主机上，当系统上电时，前者将其下载到芯片的RAM中，并由增强型8051微处理器执行。当固件下载完成后，模拟一次断开重新连接，此时下载的固件响应USB枚举，并加载USB设备通用驱动程序。USB的驱动程序是WDM类型，可以使用Windows DDK，WinDriver，DriverStudio开发。

　　应用程序开发 它的主要任务是与USB驱动程序通信，控制声光信号采集过程。在此用Visual C++6．0进行程序设计。CyAPI控制函数类为FX2LP系列USB接口芯片提供了十分精细的控制接口，只需在应用程序中加头文件CyAPI．h和库文件CyAPI．lib即可调用相应的控制函数，打开USB设备读取数据并存储到主机硬盘中的CcdData．txt文件。