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基于FPGA的USB2.0控制器设计摘要介绍了一种用设计20功能控制器的方法，详术了其原理和设计思想，并在上予以实现。
关键词在视频存储和图像宽带领域中，经常遇到实时高速数据传输的要求。
2000年4月，由、、、、、等公司共同制订的20传输协议，其速度远远超过了目前使用1394接口进行视频传输的400，达到了480；而且具有即插即用的、范文先生网收集整理可进行菊花链式的级联通过进行外围扩展、可串连多达127个设备等优点。
应用该协议可支持实时语音、音频和视频数据的传输。
本文针对高速数据传输需求，根据20的协议规范，利用语言实现符合该协议的功能控制器，在视频压解系统中使数据在与外设之间高速传输。
如图1所示由视频采集的原始视频数据，在公司生产的1300专用视频处理器中压缩后，通过控制器送至机。
机的整个通过控制器传输到1300，解压后发送至视频。
1控制器结构原理20控制器结构框图如图2所示。
控制器主要由两个部分组成，其一为与外设的接口，另一个是内部协议层逻辑。
内部存储器仲裁器实现对内部和外部总线对存储器访问之间的仲裁。
则实现的数据和控制。
接口有三种一种是与微控制器之间的功能接口；一种是与单口同步静态存储器之间的接口；另外一种是与物理层之间的接口。
这里符合规范定义。
2控制器实现控制器接口的信号框图如图3所示。
存储器采用标准的单口，其信号接口由32位数据线_、15位地址线_及读写信号_和_组成，系统所需的容量为215×32=128。
而与微控制器之间的接口信号包括32位数据线、18位地址线以及请求和响应信号_和_。
由于要支持到128，需要17位地址线，另外还需要一根地址线来选通和控制器内部的寄存器，总共需要18根地址线[170]。
定义如下____第18位地址[17]为高时选择缓冲存储器，否则选择内部寄存器。
地址[162]直接用于存储器的地址。
21接口接口信号包括与发送数据相关的信号、等，与接收数据相关的信号、、等以及16位双向数据线。
基于FPGA的USB数据采集系统设计彭家伟【期刊名称】《信息通信》【年(卷),期】2014(000)005【摘要】This paper introduces a design of data acquisition system,the system use FPGA as the core of the logic control, and use USB interface transmit data with PC, can achieve data transmission of upper machine and lower machine.The article descri-bes the main components of the system,and the FPGA implementation method of modular design. The paper mainly introduces the USB communication development and the core modules of timing simulation waveform is given. The experimental simula-tion prove that can collect data through the USB interface.%介绍了一种数据采集系统的设计，该系统以FPGA作为逻辑控制的核心，以USB2.0作为与上位机数据传输的接口，能实现上位机和下位机的数据传输。
文章描述了系统的主要组成和FPGA模块化设计的实现方法，主要介绍了USB通信开发并给出了其核心模块的时序仿真波形图。
实验证明能通过该USB接口采集数据信息。
【总页数】3页(P75-77)【作者】彭家伟【作者单位】西南科技大学信息工程学院，四川绵阳621010【正文语种】中文【中图分类】TP274.2【相关文献】1.基于FPGA和USB接口的内燃机数据采集系统设计 [J], 汤东;张明2.基于 FPGA 与 USB2．0的工业 CT 数据采集系统设计 [J], 王东;李公平;潘小东;方登富3.基于FPGA与USB2.0的数据采集和传输系统设计 [J], 邓睿4.基于FPGA+DSP的USB高速数据采集系统设计与实现 [J], 李冬冬;吴玉斌;郝永平;王磊5.基于FPGA数据采集的USBKey安全评估系统设计与实现 [J], 董攀;白长虹因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
0 引言现代工业自动化的发展日新月异，各个领域对数据采集的质量和速度要求都在不断提高。
传统的数据采集设备多采用固定数据接口如USB、串口、网口、SPI 等，本系统中由于项目特殊需求，需要对高速IO 数据进行实时采集传输，所以不能采用传统的仅以DSP 或ARM 作为控制核心的系统设计[1]。
由于FPGA 具有时钟频率高、内部延时小、开发周期短、运算速度快、编程配置灵活、集成度高、功耗低、内部资源丰富等优点，所以本系统中加入了FPGA 芯片控制。
所以，本文设计了一种 FPGA+STM32+USB3300+上位机架构的高速IO 实时数据采集系统，当前硬件配置最高支持IO 的传输速率为30Mb/s，理论上该系统的速度仅受限于SPI实时分析处理。
1 系统原理及组成1.1 系统框架本系统总体架构如图1所示，主要包含FPGA 硬件缓冲及转换协议模块、STM32数据采集及传输模块、USB3300数据上传模块，上位机实时接收及存储模块。
1.2 系统工作原理系统上电后，用户打开上位机采集界面，启动采集，STM32收到命令以后，开始通过SPI 读取FPGA 数据；收到的数据满一包之后，STM32传输数据到USB3300芯片，该芯片通过USB 驱动上传数据给上位机，上位机监测到数据即读取芯片控制电路，STM32F407核心控制电路和USB3300传输通信电路。
FPGA 控制电路比较简单，因为其编程配置灵活，其大部分IO 口可以根据需要配置，在本系统中该芯片主要作用是IO 数据缓UARTetc. Therefore, the system is compatible with multi interface protocol, fast transmission speed, simple structure, real-time and high reliability. After many tests, it is proved that the system can be applied to high-speed data transmission and acquisition, and can meet the requirements of real-time data transmission.Keywords: FPGA ；STM32；USSB3300；USB ；multi interface protocol ；high-speed ；real-time2.2 STM32和USB3300原理图本系统中STM32及USB3300的电路设计都是采用的数据手册推荐设计，如下图3所示。
基于 FPGA+USB2.O多通道数据采集系统设计程海狮;黄玉清【期刊名称】《西南科技大学学报》【年(卷),期】2011(026)001【摘要】针对传统数据采集系统中主控制器升级慢和传输芯片速率低等弊端,利用FPGA内嵌FIR滤波器抗干扰、现场可编程性、容易升级与更新以及USB接口通用性好、传输速率快的优点,设计了基于FPGA+USB2.0多通道数据采集系统,能够完成4路最大采样频率150 kHz、精度为12位的数据采集和传输,实现了高精度数据采集.%In the traditional data acquisition system design, primary controller is hard to update and the transmission speed of transmission chip is low. This peper has designed a multi-channel data acquisition system based on FPCA and USB2. 0. The system achieves acquiring 4 - route data acquisition with the maximal frequency of 150 KHz and the precision of 12 bits. The system has desgined multi-channel FIR filter. This approach can achieve real-time filter and eliminate the interference. The system is modular design, high stability, can be widely used for multi-channel data acquisition.【总页数】5页(P56-60)【作者】程海狮;黄玉清【作者单位】西南科技大学信息工程学院,四川绵阳621010;西南科技大学信息工程学院,四川绵阳621010【正文语种】中文【中图分类】TP391【相关文献】1.基于AD7606的树莓派多通道数据采集系统设计 [J], 刘喜梅;吕文韬2.基于FPGA的多通道数据采集系统设计 [J], 聂国政;聂维新3.基于FPGA的多通道数据采集系统设计应用 [J], 王旭东;陈涛;郑磊4.基于FPGA的多通道数据采集系统设计应用 [J], 王旭东;陈涛;郑磊5.基于SPI的多通道数据采集系统设计 [J], 孙统义;程榜;陶华敏;肖山竹;沈杏林因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于FPGA和USB2.0的数字图像采集系统设计郑新钱;王辅明【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2011(34)20【摘要】随着技术的发展,工业检测技术受到人们的重视,其中图像检测由于其具有直观,方便,信息量较全面而使得它在工业检测方面具有重要的应用.以FPGA作为控制核心,设计了一个小型图像采集系统.通过FPGA实现CMOS图像传感器的初始化、图像数据采集、存储、USB接口芯片的控制；使用USB 2.0接口实现图像数据传输；使用VC++编写上位机程序对图像进行实时显示.经过测试,整个系统能够稳定工作,满足设计目标.%With the development of technologies, the industrial detection technology has been paid more attention, in which the video detection plays an important roles in the field of industrial detection because of intuitive, convenient and more comprehensive information from it. A small image acquisition system is design by using FPGA as the cotroller. The initialization of CMOS inage sensor, image data acquisition, storage and control of USB interface chip are implemented by using FPGA. The image data is transmitted from FPGA to host via USB 2. 0 interface chip, and displayed on the host program. Testing results show that the stability of the whole system meets the design goals.【总页数】4页(P12-15)【作者】郑新钱;王辅明【作者单位】厦门大学物,福建厦门361005;厦门大学物,福建厦门361005【正文语种】中文【中图分类】TN919-34【相关文献】1.基于 FPGA 与 USB2．0的工业 CT 数据采集系统设计 [J], 王东;李公平;潘小东;方登富2.基于FPGA和USB2．0的高精度数据采集系统设计 [J], 刘璐;3.基于FPGA与USB2.0的数据采集和传输系统设计 [J], 邓睿4.基于 FPGA 和 USB2.0的高精度数据采集系统设计 [J], 丁永红; 刘璐; 马铁华5.基于FPGA和USB2.0的线阵X射线图像采集系统设计 [J], 廖朝阳;武和雷;项安因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于FPGA与USB2.0的数据采集系统设计的开题报告1.背景与意义数据采集是科学实验和工程设计中的重要环节。
FPGA技术作为新兴的可编程数字电路设计工具，越来越多地应用于高速数据处理和系统控制中。
而USB2.0接口作为一种高速数据传输标准，具有插拔方便、兼容性好等特点，因此被广泛应用于数据采集系统中。
本项目旨在设计一种基于FPGA与USB2.0的数据采集系统，可以实现高速、稳定、可靠地采集外部传感器数据，并将采集的数据通过USB2.0接口传输到计算机处理。
2.研究的内容与方法本项目主要研究内容包括FPGA系统设计、USB2.0接口通信协议、数据采集与处理算法等方面。
具体研究方法包括：（1）FPGA系统设计。
选择合适的FPGA芯片，并进行系统设计，包括时钟、时序控制、输入输出等电路设计。
（2）USB2.0接口通信协议。
研究USB2.0接口的工作原理和通信协议，设计USB2.0接口与计算机之间的数据传输协议。
（3）数据采集与处理算法。
根据具体的采集对象，选择合适的传感器，并设计相应的数据采集和处理算法，实现数据的准确采集和处理。
3.项目进度计划本项目的时间进度计划如下：（1）第1-2周：研究FPGA系统设计原理和方法，选择合适的FPGA芯片。
（2）第3-4周：进行FPGA系统设计，完成时钟、时序控制、输入输出等电路设计。
（3）第5-6周：研究USB2.0接口通信协议，设计数据传输协议。
（4）第7-8周：设计数据采集与处理算法，并进行编码实现。
（5）第9-10周：进行系统测试和调试，解决存在的问题。
（6）第11-12周：完成项目最终报告，准备项目展示。
4.预期成果本项目的预期成果为一套基于FPGA与USB2.0的数据采集系统，可以实现高速、稳定、可靠地采集外部传感器数据，并将采集的数据通过USB2.0接口传输到计算机处理。
该系统还将配有用户友好的图形界面，便于用户使用和配置。
5.参考文献[1] 文天译. 基于 FPGA 的声音采集与处理系统设计[D]. 东南大学, 2018.[2] 宋博. 基于 FPGA 和 USB 的高速数据采集系统 [D]. 中国海洋大学, 2009.[3] USB Implementers Forum, Inc. Universal Serial Bus Specification Revision 2.0[M]. 2000.。
基于FPGA 与USB2.0 的数据采集系统的设计作者：朱莹来源：《科技资讯》2015年第22期摘要：随着计算机技术和电子信息技术的飞速发展，数据采集系统在航空航天、监测侦察、通信等众多领域中得到广泛应用，对数据采集系统的速度、精度、易操作性以及实时性的要求也在不断地提高。
该文设计了基于FPGA与USB 2.0技术相结合的数据采集系统。
并通过对系统性能的测试，验证了该系统的预期目标，即不仅能实现一般用途的数据釆集并且还实现了系统的高速化、高集成化和低功耗等工作。
关键词：FPGA 图像传感器 SDRAM存储器 USB2.0中图分类号：TP27 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）08（a）-0017-03随着科学技术的发展尤其是计算机技术的发展与普及，数据采集系统已被广泛应用于国民经济和国防建设的各个领域，人们对数据采集系统的速度、精度、易操作性以及实时性的要求不断提高。
USB作为一种新型串口通信标准，具有传输速率高、可靠性高、成本低、支持即插即用使用灵活等特点；FPGA结构灵活、开发周期短、对实时信号处理非常的适用，已经广泛应用于数据采集、图像处理等诸多领域。
该系统设计基于FPGA与USB 2.0的数据釆集系统，具有可靠性高、抗干扰能力强、便于数据的传输等优点，具有良好的实用价值和广泛应用前景。
1 系统总体设计思想该系统设计以FPGA为控制器，以实现对数据采集的控制，并预期目标。
FPGA控制电路主要用于实现对图像传感器、SDRAM芯片对数据的缓存以及对USB芯片的控制以及对接收数据的缓存处理。
SDRAM存储电路主要完成采集到的数据存储，上电时将程序加载到FPGA 中，USB数据传输电路完成数据和控制信息的传输，完成与上位机的正常通信，即将采集到的数据上传到上位机中。
2 系统硬件电路设计2.1 总体框图2.2 芯片的选择该系统采用 Cyclone II 的 EP2C8Q208C8 这款 FPGA 芯片，该芯片选用了 208 管脚的PQFP 封装，它内部具有 8256个逻辑单元，18个乘法器，2个锁相环，总引脚 208个，用户可用引脚达到了 182个。
基于FPGA 和USB2.0 的高精度数据采集系统设计
0 引言
随着数字通信技术的逐步发展，高速数据采集系统已经逐步取代传统的数据采集系统，其广泛应用在众多场合。
新一代可编程逻辑器件FPGA 都拥有较多的IO 端口以及强大的数据处理能力，这也为高速高精度数据采集系统的研发提供了基础条件。
1 工作原理
本文设计的数据采集卡硬件原理框图1 如下所示。
如图1 所示，前端模拟电路将外界的模拟信号转化成为ADC 能够接收到的数据格式；高速时钟电路提供500MHz 的高速时钟，ADC 在此时钟作用下，进行ADC 变换。
在整个数据采集卡中，FPGA 是进行采集控制，以及数据接收的核心。
FPGA 按照1 :4 的比率对将接收到的500MHz 的LVDS 差分数据流进行分流和降速。
数据分流之后由于数据速率与USB 接口数据传输速度不同，所以还要进行FIFO 缓冲。
FIFO 的写时钟与串行收发器保持同步，当FIFO 缓冲器被写满之后，由FPGA 读取FIFO 缓冲器中的数据，并且将数据通过USB 接口芯片传输到上位机中进行显示或者存储。
2 系统设计
数据采集卡主要包括高速A/D 转换模块、FPGA 主控模块和USB 接口电路三个模块。
2.1 高速A/D 转换模块
ADC 芯片作为模数转换的核心，设计采用TI 公司推出的ADS5463,其。
基于FPGA和USB2．0的高速数据采集系统系统工作过程为：主机通过CY7C68013给数据采集系统一个采样控制指令，存入FPGA的控制寄存器中。
FPGA按照该指令向A／D转换器发出相应控制信号。
因为采样频率为10 MHz，为和PC运行速度相匹配，在FPGA内部生成一个FIFO缓存器。
A／D转换器在FPGA的ADC接口控制控制下，把模拟信号转换成数字信号，并将指定通道的采样数据存入FPGA内部FIFO缓存。
同时，FPGA的USB接口控制规律查询CY7C68013是否空闲，假如空闲，那么由 FPGA的USB接口控制规律将指定通道的采样结果，从FPGA内部FIFO缓存送入CY7C68013的内部FIFO。
当内部的FIFO容量达到一定程度后，CY7C68013自动将数据打包传送到PC 机。
因为固件程序把CY7C68013设置为特定的自动模式，因此CY7C68013把数据送往PC机期间的全部操作无需CY7C68013中CPU的干预，从而保证足够的数据传输速率。
采样过程中FPGA的USB接口控制规律依次取走批量数据，在USB 接口打包传送时A／D转换持续举行，FPGA内部FIFO也被持续写入转换结果。
2 硬件设计系统的硬件由A／D转换电路、数据采集与传输控制电路和接口电路构成。
2．1 A／D转换电路A／D转换电路是囫囵系统的重要组成部分。
由低通、多路挑选开关和A／D转换器构成，2所示。
本文选用公司的A／D转换芯片MAX1425。
8路模拟输入信号分离经过由运放THS4052构成的抗混叠去除高频成分，防止信号产生“混叠现象”。
1／8模拟信号挑选器按照来自FPGA 板的地址码，控制模拟信号挑选器74HC4051选通8路输入中的1路到输出端，送到A／D转换器MAX1425将模拟信号转换为数字信号。
MAX1425 的控制信号由FPGA板提供，在控制信号的作用下以适当的时序完成转换工作。
2．2 数据采集与传输控制电路第1页共2页。
基于USB2.0与FPGA技术的高速数据采集系统的设计近年来笔记本电脑迅速普及和更新，其中大部分已经不配置RS232 接口，而USB 接口已成为今后一段时间PC 机与外设接口的主流。
本采集系统的设计构建了一个基于USB 接口的多功能通用数据采集、传输平台，将嵌入式系统的实时性、灵活性和PC 机强大的数据存储、处理、显示功能结合起来。
该采集系统在智能仪器仪表、测控系统、工控系统等领域有广阔的应用前景。
1 系统总体结构设计1.1 系统总体结构系统总体结构框1.2 单片机与USB 接口模块本设计的目的是构建以PC 机为平台的数据采集系统，单片机的功能仅限于接收PC 机的命令、控制FPGA 工作。
PC 机作为整个系统的人机界面，控制整个数据采集系统进行采集、存储和处理。
由此单片机可以选择低成本的8XC51 系列。
为了提高系统的灵活性，采用单片机与USB 接口芯片分离的方案，选择Philip 公司的ISP1581 USB2.0 接口芯片。
该芯片与8XC51 系列单片机的接口非常简单，可以极大地降低系统成本。
1.3 FPGA 模块采用FPGA 进行采样控制的最大特点是系统具有重构性和通用性。
设计中采用了Altera 公司的低成本FPGA 的Cyclone 系列（实际试验时，在更便宜的Acex1k 器件上也可以实现），控制高速A/D 芯片以20MSPS 的速度采样。
FPGA 模块的设计具体包括FIFO、单片机接口、A/D 控制接口、DMA 控制模块和主控制器等子模块的设计。
1.4 PC 机端软件平台PC 机采集程序使用VC++实现，直接调用Philips 公司提供的驱动程序。
基于FPGA和USB2.0的高速CCD声光信号采集系统
0 引言
在现代通信和雷达领域中，宽带、高增益、实时并行处理是现代接收机
的重要标志。
因而，这种具有高速并行处理能力和特有的大带宽性能的声光处
理系统具有巨大的潜在优势。
以声光器件为基础的接收机除了具有宽带、高增益、实时并行处理等特点外，还具有容量大，体积小，功耗低等优点。
因而，
采用声光信号处理技术解决带宽、高增益和实时并行处理问题具有重要意义，
声光信号的采集系统的设计是整个声光系统关键之一。
这里设计了一个基于FPGA 和USB 2．0 的高速CCD 声光信号采集系统，为声光信号采集提供了硬件平台。
1 系统概述
声光信号采集系统框图如图1 所示。
系统主要由CCD 声光信号采集模块、A／D 转换模块、FPGA 驱动和控制模块及USB 接口传输模块四部分组成。
系统上电后，USB 设备按照上位机的命令完成对。
FPGA 数据采集参数
的初始化设置及采集控制。
RL2048P 在驱动时序的严格控制下工作，采集的模
拟信号经专用CCD 信号处理芯片AD9822 的相关双采样及模／数转换后，缓
存在EP2C35 内部配置的FIFO 中，然后判断当FIFO 中的数据达到2 048 B 时，向USB 控制器CY7C68013A 中异步写数据，由于USB 设置自动IN 模式，可
以直接把FIFO 中数据传输到PC 上位机硬盘文件中，因而可完成CCD 声光信
号的采集、传输及存储。
2 系统各模块设计。
基于FPGA与USB 2.0的数据采集与实时传输方案
1.前言
随着信息技术的飞速发展，各种数据的实时采集和处理在现代工业控制和科学研究中已成为必不可少的部分，尤其在信号测量、图像处理、音频信号处理等一些高速、高精度的测量中需要对高性能的数据采集技术。
这就为数据采集设备的设计提出了两个的要求:1）要求接口简单灵活且有较高的数据传输率; 2）由于数据量通常都较大，要求主机能够对数据做出快速响应，并进行实时分析、处理。
在基于软件无线电的接收机架构中，数字下变频（DDC）技术起着非常重要的作用，也是软件无线电的核心技术之一。
数字下变频位于模数转换（ADC）之后，需要处理高速高容量的数据，因此难度较大，不容易实现。
针对数字下变频中的这一实际问题以及数据采集设备的两个要求，本报告采用了一种基于FPGA与USB 2.0的数据采集与实时传输方案。
本文所研究的基于Spartan-6的高速数据采集、处理和实时传输系统，就是实现将宽带中频数字接收机输出的高速正交IQ数据传输给FPGA去实现软件无线电的后续信号处理算法。
利用Cypress的EZ-USB FX2高速数据传。
