基于USB2.0的轨道电路信号车载采集与分析系统

 　　3 系统软件设计

　　3．1 固件设计

　　USB固件是运行在FX2芯片CY7C68013中的代码。在数据采集卡连接到计算机后，通过一个能自动完成固件下载以及设备重枚举功能的设备驱动程序，即固件下载驱动程序将USB固件下载到FX2的RAM中。

　　Cypress公司针对FX2系列的USB芯片给出了一个Firmware(固件)库，用户只需要在源程序中包含进EZUSB．H和EZREGS．H， 并且把EZU-SB．LIB和USBJMPB．OBJ添加进项目即可。

　　在设计中还利用了FX2的框架。FX2程序框架用于加速开发芯片外设。框架为FX2的初始化、处理设备标准USB设备请求以及USB挂起时的电源管理提供了现成的805l代码，只需简单地提供USB描述符表，编写完成外设功能的代码就可以开发一个功能完善的USB外设。

　　CY7C68013芯片的端点数总共有7个，根据设计需要，我们选择了其中的3个端点，其中1个控制端点、1个发送端点和1个接收端点。

　　3．2 驱动程序

　　在采集卡工作的运行WindowsxF台的主机上，Cypress公司提供了Windows下的通用驱动程序(GDP)。本采集卡使用这个通用驱动程序，不需要自己另行开发。

　　3．3 用户程序设计

　　用户程序设计部分则是基于C++Builder开发平台，设计并实现数据采集系统的功能。系统软件总体上包括数据采集(通道控制、触发控制)、波形显示、参数测量、频谱分析及波形存储与回放等五大模块。软件界面如图5所示。

　　3．3．1 数据采集模块

　　数据采集模块在整个系统中占有重要的地位，它是系统的核心。其工作流程图如图6所示，本模块主要完成通道控制、触发控制等功能。数据采集部分的参数设置正确与否，直接影响到后面的分析、处理、显示等功能能否实现。这部分的参数设置主要包括：

　　(1)通道控制。主要包括通道个数控制，系统提供的通道数为末通道数减去首通道数加1。

　　(2)触发控制。主要包括触发方式、触发类型、触发方向、时钟源选择等。

　　3．3．2 波形显示模块

　　波形显示模块主要应用Chart实现波形显示。波形图显示信号时域特性。系统可以显示任意形状的波形信号。对波形曲线进行操作，包括移动、对研究区域放大和缩小等。

　　3．3．3 参数测量模块

　　参数测量模块主要实现波形的参数测量、分析功能，完成包括各通道信号的载波频率以及实际采样频率等几个参数的测量，并显示其测量结果。参数测量模块程序设计实现中，主要应用了循环结构中的While循环。

　　3．3．4 频谱分析模块

　　频谱分析模块采用FFT算法，完成数据信号的频谱分析。频谱分析功能主要实现时域信号和频域信号的转换。

　　3．3．5 波形存储和回放

　　为了实现对波形数据及各种测量数据的有效管理，可将这些数据予以存储和回放。

　　(1)波形存储。开始采集之前系统自动提示用户创建新文件。系统可以同时保存多通道的时域波形数据，并且只要计算机硬盘或软盘空间足够大，可以保存无数次波形数据。从而摆脱了传统数字存储系统的存储容量的限制。

　　(2)波形回放。“回放”按钮控制是否从数据文件中读取波形数据。从软盘或硬盘上读取的波形数据，显示在实时采集的波形显示窗口，并保留在显示窗口。当看完读取的波形后，要回到实时采集的状态，点击前面板上的“采集”按钮，进行读取与采集的切换。并且系统特有的输出功能可以实现语音信号的同步回放。为了节约成本我们用计算机的声卡代替D／A转换器，将采集的语音信号通过声卡输出。

　　4 结束语

　　由于采用CY7C68013芯片作为主控制器，其灵活的接口和可编程特性简化了高速数据采集系统外部硬件的设计，提高了系统的可靠性；由于A／D转换电路采用ADl*，保证了数据采集系统的高速性和高精度。此设计方案可改善现有的数据采集系统存在的控制复杂、传输效率低、模拟量噪声大等问题，能实现低成本、高可靠性、高速、高精度和高稳定性的多点数据采集，并且适合车载作业。