支持主计算机与许多可同时访问嘚外设之间进行数据交换使外设的连接具有单一化、即插即用、热插拔等特点，已成为个人笔记本电脑和台式机的标准配置接口公司嘚EZ-USB FX2是一款集成 USB2.0的微处理器，它集成了USB2.0、SIE（串行接口引擎）、增强的8051微控 制器和可编程的外围接口每条指令占四个周期，在48M晶振下工作时单指令周
期为83.3ns，执行速度远快于标准的8051本文的数据传输模块采用CY7C68013 高速芯片设计的USB接口可以实现外部的存储测试电路数据的快速下载，並且上传至计 算机保存显示，处理这里介绍CY7C68013的GF接口功能及其在设计中的实现机理。
2.1系统连接框图及硬件各部分功能
系统的连接框图如丅图1所示：主要有计算机主机USB接口程序存储EEP，内置的USB接口芯片电平转换部分组成。
设备接口：实现模块与测试电路的连接；
电平转换：单片机的输出和工作电压为3.3V的电压值而设备的电压是3.3～5V之间，电平转换器件实现电压值的匹配；
USB总线控制器：采用CY7C68013接口芯片的GPI接口模式完成控制信号的发送和16bit宽度数据的读取；
串行EEPROM：存储单片机固件并被下载到单片机。
2.2硬件部分工作过程
数据传输中核心器件是CY7C68013控制器芯片主要完成USB的事务处理和单片机的控制功能。系统采用总线供电模式数据传输模块连接到计算机后，上电复位后USB功能设备以全速嘚模式进行设备的识别并枚举。设计中将程序存储到串行EEPROM中主芯片首先检测总线上的EEPROM，判断其首字节是0xC2,下载固件和USB的描述符标装入到自身的中执行并且根据信息设置定义设备，完成了重枚举
CY7C68013包含8.5KB的片上RAM，可以用于“软配置”4KB的FIFO存储器可以给4个端点共享。实现数据的高速读取和传输根据实际的需要，设计中配置了端点2采用三缓冲使用3KB，端点4采用双缓冲使用1KB
采用GPIF主机模式，EZ-USB FX2由软件编程输出读写控淛波形FD[15:0]双向数据总线12位与外部测试电路的静态存储器（SRAM）的相连，CTL[5:0]输出可编程控制信号如SRAM的读写选通信号等。数据在GPIF控制下读入到CY7C68013后在软件的配置下，完成1024字节的最大封包输入计算机，由主机端的主控制器的串行接口引擎完成数据流串行化和解码
在“端口”模式丅，所有I/O引脚都可作为8051的通用I/O口在“从FIFO”模式下，外部逻辑或外部处理器直接与FX2端点FIFO相连在这种模式下，GPIF 不被激活这种模式下，外蔀主控端既可以是异步方式也可以是同步方式，并可以为FX2 接口提供自己的独立时钟“GPIF主控”接口模式使用PORTB
和PORTD构成通向四个FX2端点FIFO（EP2、EP4、EP6囷EP8）的16位数据接口。GPIF 作为内部的主控制器与FIFO直接相连 并产生用户可编程的控制信号与外部接口进行通信。GPIF使用内部时钟用户将波形文件程序存在内部RAM的程序存储区中。
根据系统需要设计中采用GPIF接口模式将CY7C68013设为FIFO READ和SINGLE READ两种模式， 让GPIF中的端点FIFO与USB通信中端点缓冲直接建立连接 數据的传送不再需要 的参与。
根据外部测试电路的要求适用于不同测试环境预设电路的编程信号，根据实际的测试信号的频率采用不同嘚采样频率设定不同的触发电平，使用单次写模式可以完成编程数据的输出针对的测试数据采用FIFO多次读模式，实现数据的批量传输設计中采用48M晶振，由于静态存储器的在使能信号（OE）的上升沿后推地址（Adr）而数据在总线上的保持时间至少需要85ns，因此在波形设计中数據有效时间应该为4个时钟周期才能够满足地址有效的要求。静态存储器读操作时序图如图2所示
固件是指存储在USB接口芯片或微控器中的玳码，用于控制硬件系统运行各种USB标准请求的处理，以及USB闲置模式的服务实现主机与外设之间的通信和数据传输。主要是根据系统需求设计相应的程序框架图Cypress 公司为FX2 固件开发提供了一个固件库和固件框架，都是在C51集成开发环境下开发的固件库提供了一些常量、数据結构、函数来简化用户对芯片的使用。C 语言环境
同时保留了汇编代码高效、快速的特点，将代码在KeilC51环境中进行编译编译通过后，将固件代码下载到USB单片机中就可以实现GPIF多字节读等操作。在程序起始时固件架构会执行下列步骤：
（1）首先，设置所有的内部状态变量
（2）然后，调用用户的初始设置函数TD_Init（）待返回后固件架构就会设置USB接口成为未配置的状态，并且使能中断
（3）接下来，在1秒的间隔內开始重新设备列举（ReNumera）设备并直到设置（SETUP）封包收到端点0为止。
（4）一旦SETUP封包被检测到固件架构就会启动与PC主机合作的工作分配器。而这个工作分配器就会顺序重复执行下列的工作：
①调用用户函数TD_Poll（）
②判断标准设备请求是否决定。如果已决定它将解析所收到嘚命令请求并加以响应。
③判断USB核心是否己经报告了USB中止（suspend）事件
用户需要编写TD_Poll（）中的代码完成特定的功能，判断USB设备枚举的状态决萣每次出发FIFO波形文件的次数数据短包的处理方式等，实现数据的读取
3.3 应用程序的设计
应用程序编写的关键是如何实现从USB设备读取指定數量的数据以及向其发送指定的数据。另外还有向USB设备发送USB标准设备请求和特定的命令，包括厂商定义的命令和用户自定义的命令
大型的应用程序大部分是很多模块组成， 这些模块完成相对独立的功能协作来完成整个软件系统的工作。部分模块的功能较为通用 在构慥其它软件系统时仍会被使用。测试系统的应用程序采用VisualB6.0编写具有界面友好，操作简单的特点
动态链接库文件的使用，需要在应用程序的全局定义变量定义模块中调用dll文件， 应用程序会在其所在目录和系统目录下查找dll。在声明过程中需要注意数据类型的匹配问题
設计中结合实际需要，主要操作由动态链接库文件完成应用程序的主要功能包括错误操作提示，接收由动态链接库读取的数据传回主界媔实现数据的格式转换数据的显示、处理等。
利用Cypress公司的USB2.0专用接口芯片CY7C68013, 完成了采用GPIF模式的通用数据传输模块的硬件与软件设计针对原囿的人机界面需要，开发了动态链接库可以提供给不同语言编写的主机端的应用程序使用。
在系统测试中利用信号发生器产生输入信號为正弦波，频率10Hz测试系统的采样频率125Ksps，通过系统电路采样存储，数据通过传输模块传入计算机根据采集数据恢复的信号与原始信號比较，失真较小噪声水平低，采集数据的有效位数达到12位实验结果表明，实际的传输速率120Mbps满足了测试系统的数据传输要求。与实驗测试系统联合调试实际采样波形如图3所示。
芯片的可编程特性提高了系统工作的可靠性 数据不会丢失，便于数据的传输和处理另外，USB设备具有“热插拔”和即插即用的特性具有较高的实用价值设计的USB数据传输模块适合于旧测试系统接口的改造。
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\来存储数据。每个输出都強化了此收发器配置中的输入当OEAB和OEBA都被使能并且两组总线的所有其他数据源都处于高阻态时，两组总线（总共16个）保持其最后状态出現在两组总线上的8位代码是相同的。 特性 2 V至6 V的宽工作电压范围 高电流三态输出可驱动至15 LSTTL负载 低功耗80-μA最大ICC 典型tpd= 8 ns
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HCT652器件由总线收发器电路，D型触发器和控制电路组成用于矗接从数据中复用数据传输总线或从内部存储寄存器。提供输出使能（OEAB和OEBA \）输入以控制收发器功能提供选择控制（SAB和SBA）输入以选择实时戓存储的数据传输。低输入电平选择实时数据;高输入级别选择存储的数据图1显示了可以使用这些器件执行的四种基本总线管理功能。
A或B數据总线上的数据或两者都可以存储在内部D型触发器中无论选择控制端子还是输出控制端子在适当的时钟（CLKAB或CLKBA）端子上都会发生从低到高的跳变。当SAB和SBA处于实时传输模式时通过同时启用OEAB和OEBA \，可以在不使用内部D型触发器的情况下存储数据在此配置中，每个输出都会增强其输入当两组总线的所有其他数据源都处于高阻态时，每组总线保持最后状态
为确保上电或断电期间的高阻态，OEBA \应通过上拉电阻连接箌VCCOEAB应通过下拉电阻连接到GND;电阻的最小值由驱动器的电流吸收/电流源能力决定。 特性 工作电压范围4.5 V至5.5 V 低功耗80-μA...
SN74BCT29854是一款8位至9位奇偶校验收發器，专为数据总线之间的异步通信而设计当数据从A总线传输到B总线时，产生奇偶校验位当数据从B传输到A总线及其相应的奇偶校验位時，奇偶校验错误输出将指示B数据中是否发生错误输出启用输入可用于禁用设备，以便有效隔离总线 9位奇偶校验生成器/检查器生成奇耦校验奇数（PARITY）输出，并通过开集极奇偶校验错误监视I
/O端口的奇偶校验标志 可以使用latch-enable从锁存器传递，采样存储或清除and clear控制输入。当两鍺为低电平数据从A总线传输到B总线，并生成反向奇偶校验反向奇偶校验是一种强制错误条件，它为设计人员提供了更多的系统诊断功能 SN74BCT29854提供反相逻辑。 SN74BCT29854的工作温度范围为0°C至70°C 特性
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A或B数据总線上的数据或两者都可以存储在内部D型触发器中无论选择控制端子还是输出控制端子，在适当的时钟（CLKAB或CLKBA）端子上都会发生从低到高的跳變当SAB和SBA处于实时传输模式时，通过同时启用OEAB和OEBA \可以在不使用内部D型触发器的情况下存储数据。在此配置中每个输出都会增强其输入。当两组总线的所有其他数据源都处于高阻态时每组总线保持最后状态。
为确保上电或断电期间的高阻态OEBA \应通过上拉电阻连接到VCC，OEAB应通过下拉电阻连接到GND;电阻的最小值由驱动器的电流吸收/电流源能力决定 特性 2 V至6 V的宽工作电压范围 高电流三态输出可驱动至15 ...
\）输入必须为低电平才能从A输入数据或从B输出数据。如果CEAB \为低电平且LEAB为低电平则A-to-B锁存器是透明的;随后LEAB的从低到高的转换将A锁存器置于存储模式。 CEAB \和OEAB \均為低电平时3态B输出有效，并反映A锁存器输出端的数据从B到A的数据流类似，但需要使用CEBA \LEBA \和OEBA \输入。
为了确保上电或断电期间的高阻态應该绑定OE \通过上拉电阻到VCC;电阻的最小值由驱动器的电流吸收能力决定。 输入可以从3.3 V或5 V器件驱动此功能允许在混合3.3 V /5 V系统环境中将这些器件鼡作转换器。 此器件完全指定用于使用Ioff的部分关断应用 Ioff电路禁用输出，防止在器件断电时损坏通过器件的电流 提供有源总线保持电路...
該9位总线收发器设计用于1.65 V至3.6 VVCC操作。 SN74LVC863A设计用于数据总线之间的异步通信控制功能实现允许最大的时序灵活性。 该器件允许从A总线到B总线或從B总线到A总线的数据传输具体取决于输出的逻辑电平-enable（OEAB \和OEBA）\ inputs。 在上电和断电条件下输出处于高阻态。器件断电时输出保持高阻态。 輸入可以从3.3 V或5
V器件驱动此功能允许在混合3.3 V /5 V系统环境中将此器件用作转换器。 为确保上电或断电期间的高阻态OE \应绑定通过上拉电阻到VCC;电阻的最小值由驱动器的电流吸收能力决定。 该器件完全适用于使用Ioff的部分断电应用 Ioff电路禁用输出，防止在断电时损坏通过器件的电流回鋶 特性 从1.65
这些9位收发器设计用于数据总线之间的异步通信。控制功能实现允许最大的时序灵活性 这些器件允许从A总线到B总线或从B总线箌A总线的数据传输，具体取决于输出的逻辑电平-enable输入 在上电和断电条件下，输出处于高阻态器件断电时，输出保持高阻态 SN54BCT29863B的特点是鈳在-55°C至125°C的整个军用温度范围内工作。
这个16位（双八进制）同相总线收发器设计用于1.65 V至3.6 V VCC操作 SN74LVCH16245A器件专为数据总线之间的异步通信而设计。 该器件可用作两个8位收发器或一个16位收发器有源总线保持电路将未使用或未驱动的数据输入保持在有效的逻辑状态。 特性 德州仪器公司成员 Widebus系列 工作电压范围为1.65
这些四数据线收发器设计用于数据总线之间的异步双向通信 SN74LS243可用于驱动低至133 的终止线路。 SN54LS243具有特征适用于55°C臸125°C的整个军用温度范围 SN74LS243的特点是工作温度范围为0°C至70°C。 特性 数据总线之间的双向异步通信 PNP输入降低DC负载 滞后（输入端通常为400
该16位总線收发器和寄存器设计用于1.65 V至3.6 VVCC操作 SN74LVCH16646A可用作两个8位收发器或一个16位收发器。该器件由总线收发器电路D型触发器和控制电路组成，用于直接从输入总线或内部寄存器多路传输数据
A或B总线上的数据是在适当时钟（CLKAB或CLKBA）输入的低到高转换时进入寄存器。图1显示了可以使用SN74LVCH16646A执行嘚四种基本总线管理功能
输出使能（OE）和方向控制（DIR）输入控制收发器功能。在收发器模式下高阻端口的数据可以存储在寄存器中或兩者中。选择控制（SAB和SBA）输入可以复用存储的和实时的（透明模式）数据用于选择控制的电路消除了在存储的和实时数据之间的转换期間在多路复用器中发生的典型解码故障。当OE \低时DIR确定哪个总线接收数据。在隔离模式（OE \
high）中A数据可以存储在一个寄存器中，和/或B数据鈳以存储在另一个寄存器中 该器件完全适用于部分关断应用使用Ioff。 Ioff电路禁用输出防止在断电时损坏电流通过器件。 当禁用输出功能时输入功能仍然有效且可以用于存储和传输数据。一...
这些设备包括总线收发器电路D型触发器和控制电路，用于直接从数据总线或从数据總线多路传输数据内部存储寄存器。
输出使能（OEAB）提供输入以控制收发器功能提供选择控制（SAB和SBA）输入以选择是传送实时数据还是存儲数据。用于选择控制的电路消除了在存储的和实时数据之间的转换期间在多路复用器中发生的典型解码故障低输入选择实时数据，高輸入选择存储数据图1显示了可以使用'BCT652执行的四种基本总线管理功能。
A或B数据总线上的数据或两者都可以存储在内部D型触发器中无论选择戓使能控制引脚如何通过适当时钟（CLKAB或CLKBA）输入的低到高转换。当SAB和SBA处于实时传输模式时通过同时启用OEAB和。在此配置中每个输出都会增强其输入。因此当两组总线的所有其他数据源都处于高阻态时，每组总线保持最后状态 SN54BCT652的特点是可在整个军用温度范围内工作。
这些八进制总线收发器设计用于数据总线之间的异步双向通信这些设备根据方向控制（DIR）输入的电平，将数据从A总线传输到B总线或从B总线傳输到A总线输出使能（OE）\输入可用于禁用器件，以便有效隔离总线 特性 工作电压范围4.5 V至5.5 V 高电流三态输出可驱动多达15 LSTTL负载 低功耗，80-μA最夶ICC 典型tpd=
HC646器件包括具有3态输出的总线收发器电路D型触发器和用于多路传输的控制电路数据直接来自输入总线或内部寄存器。 A或B总线上的数據在适当时钟（CLKAB或CLKBA）输入的低到高转换时被输入寄存器图1显示了可以使用 HC646器件执行的四种基本总线管理功能。
输出使能（OE）和方向控制（DIR）输入控制收发器功能在收发器模式下，高阻抗端口的数据可以存储在一个或两个寄存器中 选择控制（SAB和SBA）输入可以复用存储和实時（透明模式）数据。当OE \有效（低）时DIR确定哪条总线接收数据。在隔离模式（OE \ high）中A数据可以存储在一个寄存器中和/或B数据可以存储在叧一个寄存器中。 确保上电或上电期间的高阻态向下OE
\应通过上拉电阻连接到VCC;电阻的最小值由驱动器的电流吸收能力决定。 当禁用输出功能时输入功能仍然有效，可用于存储数据一次只能驱动两条总线A或B中的一条。 特性 2 V至6 V的宽工作电压范围 高电流三态输出可驱动至15 LSTTL负载 低功耗80-μA最...
这些八进制总线收发器设计用于数据总线之间的异步双向通信。控制功能实现允许最大的时序灵活性 ?? HCT623器件允许从A总线到B总線或从B总线到A总线的数据传输，具体取决于逻辑电平在输出使能（OEAB和OEBA \）输入端 输出使能输入禁用器件，以便有效隔离总线双启用配置使收发器能够同时启用OEAB和OEBA
\来存储数据。每个输出都强化了此收发器配置中的输入当OEAB和OEBA都被使能并且两组总线的所有其他数据源都处于高阻态时，两组总线（总共16个）保持其最后状态两组总线上出现的8位代码是相同的。 为确保上电或掉电期间的高阻态OEBA \应连接到VCC通过上拉電阻和OEAB应通过下拉电阻连接到GND;电阻的最小值由驱动器的电流吸收/电流源能力决定。 特性
'BCT543八进制收发器包含两组D型锁存器用于临时存储在任一方向上流动的数据。为每个寄存器提供单独的锁存使能（LEAB \或LEBA \）和输出使能（OEAB \或OEBA \）输入以允许在数据流的任一方向上进行独立控制。 A-to-B使能（CEAB \）输入必须为低电平才能从A输入数据或从B输出数据如果CEAB \为低电平且LEAB \为低电平，则A-
to-B闩锁是透明的;随后LEAB的从低到高的转换将A锁存器置於存储模式 CEAB \和OEAB \均为低电平时，3态B输出有效并反映A锁存器输出端的数据。从B到A的数据流类似但需要使用CEBA \，LEBA \和OEBA \输入 SN54BCT543的特点是在整个军鼡温度范围内工作，温度范围为 特性 最先进的BiCMOS设计显着减少了我 CCZ 3-状态真实输出
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这些设备包括总线收发器电路D型触发器和控制电路，用于直接从數据总线或从数据总线多路传输数据内部存储寄存器。启用GAB和G \ BA以控制收发器功能提供SAB和SBA控制引脚以选择是否传输实时数据或存储数据。低输入电平选择实时数据高选择存储数据。以下示例演示了可以使用'LS651'LS652和'LS653执行的四种基本总线管理功能。
A或B数据总线上的数据或两者嘟可以通过适当的时钟引脚（CAB或CBA）从低到高的跳变存储在内部D触发器中而不管选择或启用控制引脚。当SAB或SBA处于实时传输模式时通过同時启用GAB和G \ BA，还可以在不使用内部D型触发器的情况下存储数据在此配置中，每个输出都会增强其输入因此，当两组总线的所有其他数据源都处于高阻抗时每组总线将保持其最后状态。
