【文章內容簡介】 寫數據允許，低有效/WRST 8 /WRST低有效時，寫指針復位，指向零地址DO0DO7 1528，2528 /RE和/OE都允許時，數據在RCK的上升沿讀出RCK 20 讀數據同步的時鐘信號/RE 24 控制讀數據的允許與否，低有效/RRST 21 /RRST低有效時，讀指針復位，指向零地址 /OE 22 /OE允許時，數據輸出到DO0DO7引腳TST 7 出廠測試用，設計應用時應接地VDD 10 DEC/VDD 19 GND 6，23 接地線表2 AL422B引腳功能 Tab2 The pin function of AL422B　 PWE 控制寫數據的允許與否, PWE 低有效, 此時數據在WCK上升沿同步寫入存儲體, 并且寫指針自動指向下一地址. PWE 高無效, 此時FIFO 不接受數據, 寫指針不變. PWRST 低有效時, 寫指針復位,指向地址為零的存儲單元。PRE 控制讀數據的允許與否, PRE 低有效, 此時數據在RCK上升沿由存儲體同步讀出, 并且讀指針自動指向下一地址. PRE 高無效, 此時不能讀取數據, 讀指針不變. PRRST 低有效時, 讀指針復位, 指向地址為零的存儲單元。四．FIFO的控制設計 從FIFO 的功能描述可以看出,普通FIFO 適合處理一般數據,但普通FIFO 設計仍然會產生錯誤,當滿標志有效時,即使FIFO 的wr en 有效,FIFO 不會進行寫操作,而是產生錯誤。當空標志有效時,即使FIFO 的rd en 有效,FIFO 也不會進行讀操作,同樣也是產生錯誤[12]。如果我們在FIFO 外加以邏輯控制,用FIFO 的滿標志full 和空標志empty 分別控制FIFO 的寫有效和讀有效,就可以避免上述情況的發(fā)生。但在處理整幀的數據過程中,如果不能巧妙地設計FIFO 的控制,則很容易引起數據的混亂錯誤。原因在于FIFO 的空間大小常常不是N M,M 代表一幀數據的長度,N 為正整數。所以當普通FIFO 的滿標志有效時,FIFO 內最后的一幀數據就不完整,隨著時間的推移,就不能保證FIFO 的讀出數據是一些完整的幀數據。從FIFO 讀出的數就變得雜亂無章,產生數據混亂錯誤。從以上的分析可以看出,處理整幀數據時,容易發(fā)生幀結構的錯誤,原因在于FIFO 的空間不是幀長的整數倍。為了避免這種情況,本文提出了一種巧妙的設計,使得FIFO 讀入和讀出的數據都是整幀數據。也就是說,當FIFO 的滿標志full 有效時,此時當寫入FIFO 的數據剛好是一幀數據的結束,使得FIFO 的wr en 無效,從而禁止向FIFO 寫入數據。如果FIFO 的full 滿標志無效,等下一幀數據開始時,再次使得FIFO 的wr en 有效,數據能夠寫入FIFO ,從而保證FIFO 的寫入和讀出數據都是完整的幀數據[13]。同樣,當FIFO 的空標志empty 有效時,此時當FIFO 的讀出數據的一幀剛剛結束時,rd en 無效,從而禁止FIFO 輸出。如果FIFO 空標志empty 無效,當FIFO下一幀的數據要讀出時,使得rd en 再次有效。rd – en 兩次有效的時間間隔恰好是n 個數據幀的間隔,這樣有利于幀數據的處理。五．FIFO控制的關鍵技術和仿真結果FIFO 控制技術的關鍵在于用于控制模塊的滿標志和空標志不是采用FIFO 本身的full 和empty ,而是我們特別加上的。所以當滿標志有效時,此時不代表FIFO 真正已滿,所以仍然可以向FIFO 寫入數據,當此幀數據寫入完畢,滿標志仍然有效時,寫使能wr – en 無效,禁止FIFO 寫入。同樣當空標志有效時,也不代表FIFO 一定是空,一般情況下是非空,但FIFO 內的數據開始少于一幀,所以仍然可以輸出數據,當此幀結束時,若empty 仍然有效,此時rd en無效,禁止從FIFO 讀出數據。通過用我們自己設計的空、滿標志控制FIFO 的讀、寫使能,使得讀、寫使能的有效時間或無效時間的間隔都是幀長的整數倍,從而達到控制FIFO 適合處理整幀數據的目的。因為處理的數據為整幀數據,故可利用幀頭產生一個幀頭同步信息,本文所列舉的例子的寫入和讀出的幀頭同步信息分別為psync 和outpsync 。當寫入幀頭psync 有效時,表明要開始寫入數據,如果此時full 無效,則輸出wr – en 有效。如果此時full 有效,則輸出wr – en 無效,控制FIFO 禁止寫入,圖5 為其仿真圖。當讀出幀頭outpsync 有效時,表明要開始讀出數據。圖5 (a) : 寫幀頭psync 有效,full 無效,輸出寫wr – en 有效,控制FIFO 可以寫入數據。因有數據寫入,empty 變成無效,FIFO 不空。圖5 ( b) : number1 控制,使得full 有效,但此時wr – en 仍有效,所以不代表FIFO 真正滿。圖5 I : 寫幀頭psync 有效,full 有效,輸出寫wr – en 無效,控制FIFO 禁止寫入。如果此時empty 無效,則輸出讀rd en 有效。如果此時empty 有效,則輸出rd en 無效,控制FIFO 禁止讀出,圖3 為其仿真圖。圖6 (a) :讀幀頭outpsync 有效,empty 無效,輸出讀rd – en 有效。控制FIFO 可讀。圖6 (b) :number2 控制,使得empty 有效,但此時rd – en 仍有效,所以不代表FIFO 真正空。圖6 I :讀幀頭outpsync 有效,empty 有效,輸出寫rd – en 無效,控制FIFO 禁止讀出。圖6 (d) :讀幀頭outpsync 有效,如果full 有效, 因開始讀出一幀數據,而沒有寫入一幀數據,full 變成無效,表明FIFO 處于可讀可寫狀態(tài)。 圖5 寫入數據控制仿真結果圖 圖6 讀出數據控制仿真結果圖在工業(yè)生產和科學技術研究的各行業(yè)中，常常利用PC或工控機對各種數據進行采集。這其中有很多地方需要對各種數據進行采集，如液位、溫度、壓力、頻率等?，F在常用的采集方式是通過數據采集板卡，常用的有A/D卡以及42485等總線板卡。采用板卡不僅安裝麻煩、易受機箱內環(huán)境的干擾，而且由于受計算機插槽數量和地址、中斷資源的限制，不可能掛接很多設備。而通用串行總線（Universal Aerial Bus，簡稱USB）的出現，很好地解決了以上這些沖突，很容易就能實現低成本、高可靠性、多點的數據采集。五． USB簡介 USB是一些PC大廠商，如Microsoft、Intel等為了解決日益增加的PC外設與有限的主板插槽和端口之間的矛盾而制定的一種串行通信的標準，自1995年在Comdex上亮相以來至今已廣泛的為各PC廠家所支持?，F在生產的PC幾乎都配備了USB接口，Microsft的Windows9NT以及MacOS、Linux、FreeBSD等流行操作系統(tǒng)都增加了對USB的支持。五． USB系統(tǒng)的構成USB系統(tǒng)主要由主控制器（Host Controller）、USB HUB和USB外設（Peripherals Node）組成系統(tǒng)拓撲結構。主控制器負責主機和USB設備間數據流的傳輸。這些傳輸數據被當作連續(xù)的比特流。每個設備提供了一個或多個可以與客戶程序通信的接口，每個接口由0個或多個管道組成，它們分別獨立地在客戶程序和設備的特定終端間傳輸數據。USBD為主機軟件的現實需求建立了接口和管道，當提出配置請求時，主控制器根據主機軟件提供的參數提供服務。USB支持四種基本的數據傳輸模式：控制傳輸，等時傳輸，中斷傳輸及數據塊傳輸。每種傳輸模式應用到具有相同名字的終端，則具有不同的性質。控制傳輸類型：支持外設與主機之間的控制，狀態(tài)，配置等信息的傳輸，為外設與主機之間提供一個控制通道。每種外設都支持控制傳輸類型，這樣主機與外設之間就可以傳送配置和命令/狀態(tài)信息。 等時傳輸類型：支持有周期性，有限的時延和帶寬且數據傳輸速率不變的外設與主機間的數據傳輸。該類型無差錯校驗，故不能保證正確的數據傳輸，支持像計算機－電話集成系統(tǒng)（CTI）和音頻系統(tǒng)與主機的數據傳輸。中斷傳輸類型：支持像游戲手柄，鼠標和鍵盤等輸入設備，這些設備與主機間數據傳輸量小，無周期性，但對響應時間敏感，要求馬上響應。數據塊傳輸類型：支持打印機，掃描儀，數碼相機等外設，這些外設與主機間傳輸的數據量大，USB在滿足帶寬的情況下才進行該類型的數據傳輸。USB采用分塊帶寬分配方案，若外設超過當前帶寬分配或潛在的要求,則不能進入該設備。同步和中斷傳輸類型的終端保留帶寬，并保證數據按一定的速率傳送。集中和控制終端按可用的最佳帶寬來傳輸傳輸數據。(2)USB的主要優(yōu)點 速度快。USB有高速和低速兩種方式，主模式為高速模式，速率為12Mbps，另外為了適應一些不需要很大吞吐量和很高實時性的設備，如鼠標等，USB還提供低速方式。 設備安裝和配置容易。安裝USB設備不必再打開機箱，加減已安裝過的設備完全不用關閉計算機。所有USB設備支持熱拔插，系統(tǒng)對其進行自動配置，徹底拋棄了過去的跳線和撥碼開關設置。 易于擴展。通過使用Hub擴展可撥接多達127個外設。標準USB電纜長度為3m（5m低速）。通過Hub或中繼器可以使外設距離達到30m。 能夠采用總線供電。USB總線提供最大達5V電壓、500mA電流。 使用靈活。USB共有４種傳輸模式：控制傳輸(control)、同步傳輸(Synchronization)、中斷傳輸(interrupt)、批量傳輸(bulk)，以適應不同設備的需要。 (1)硬件組成 一個實用的USB數據采集系統(tǒng)包括A/D轉換器、微控制器以及USB通信接口。為了擴展其用途，還可以加上多路模擬開關和數字I/O端口。 系統(tǒng)的A/D、數字I/O的設計可沿用傳統(tǒng)的設計方法，根據采集的精度、速率、通道數等諸元素選擇合適的芯片，設計時應充分注意抗干擾的性能，尤其對A/D采集更是如此。 在微控制器和USB接口的選擇上有兩種方式，一種是采用普通單片機加上專用的USB通信芯片?，F在的專用芯片中較流行的有National Semiconductor公司的USBN960ScanLogic公司的SL11等。筆者曾經采用Atmel公司的89c51單片機和USBN9602芯片構成系統(tǒng)，取得了良好的效果。這種方案的設計和調試比較麻煩，成本相對而言也比較高。 另一種方案是采用具備USB通信功能的單片機。隨著USB應用的日益廣泛，Intel、SGSTomson、Cypress、Philips等芯片廠商都推出了具備USB通信接口的單片機。這些單片機處理能力強，有的本身就具備多路A/D，構成系統(tǒng)的電路簡單，調試方便，電磁兼容性好，因此采用具備USB接口的單片機是構成USB數據采集系統(tǒng)較好的方案。不過，由于具備了USB接口，這些芯片與過去的開發(fā)系統(tǒng)通常是不兼容的，需要購買新的開發(fā)系統(tǒng)，投資較高。 USB的一大優(yōu)點是可以提供電源。在數據采集設備中耗電量通常不大，因此可以設計成采用總線供電的設備。 (2)軟件構成 W