面向工业CT的USB2.0高速数据传输系统

论文摘要

传统的工业CT数据传输系统一般采用ISA和PCI总线,存在着价格昂贵、可扩展性差、传输速度低、安装不方便和布线复杂等问题,在某些场合已不能满足科研和生产的实际需求。USB技术的出现很好的解决了上述问题。USB总线具有支持即插即用、易于扩展（最多可以连接127个外部设备）、占用系统资源少（只占用一个IRP）、无总线竞争、传输速率高（USB2.0协议传输速率60MByte/Sec）、等优点,将USB技术引入工业CT可以有效解决ISA和PCI传输系统存在的问题。本论文研究并设计了一套面向工业CT的基于USB2.0总线技术的高速数据传输系统。论文首先从总体思路出发详细介绍了USB2.0总线协议和FPGA技术,然后从数据传输可靠、高速、稳定的性能出发提出了整体硬件设计方案。传输系统使用Cypress公司的EZ-USB FX2（CY7C68013A）作为USB接口芯片,采用该芯片的Slave FIFO接口模式,完成Slave FIFO接口模式下的电路设计和固件设计。主控制模块使用Altera公司Cyclone系列EP1C6Q240C8N的FPGA,该FPGA芯片作为整个传输系统的控制核心,定义缓冲区接收来自探测部分的数据,产生逻辑控制信号和时序信号,控制发送FPGA接收来自探测部分的数据到USB的端点缓冲区。最后USB通过块传输方式将数据发送给PC端,以波形显示并保存为TXT格式的文件。整个传输系统软件开发包括驱动程序、固件程序、FPGA程序和PC端应用程序设计。完成数据传输测试且读写速度达30MByte/Sec,符合设计要求。传输系统结合USB技术和FPGA技术提高了系统的性能、减小了设备的体积。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 论文的提出
• 1.2 国内外现状
• 1.3 主要内容
• 1.3.1 总体思路
• 1.3.2 主要内容
• 1.4 论文的内容结构
• 2 USB2.0协议
• 2.1 USB2.0系统结构
• 2.1.1 USB主机
• 2.1.2 USB设备
• 2.2 USB2.0系统的分层
• 2.3 USB2.0事务处理
• 2.4 USB2.0数据传输
• 2.4.1 传输要素
• 2.4.2 传输类型
• 2.5 USB电源与电气特性
• 2.5.1 USB电源
• 2.5.2 电气特性
• 3 硬件设计
• 3.1 电源电路
• 3.2 CY7C68013A-128AXC主电路
• 3.3 EEPROM电路
• 3.4 FPGA主电路
• 3.5 FPGA配置电路
• 3.6 串口电路
• 3.7 其它电路
• 4 传输系统软件设计
• 4.1 驱动程序设计
• 4.1.1 WDM驱动程序简介
• 4.1.2 EZ-USB FX2驱动开发
• 4.1.3 驱动程序的安装
• 4.2 固件程序设计
• 4.2.1 固件开发简介
• 4.2.2 从属FIFO模式固件程序开发
• 4.2.3 固件下载
• 4.3 FPGA程序设计
• 4.3.1 FPGA概述
• 4.3.2 FPGA设计流程
• 4.3.3 FPGA程序模块
• 4.4 PC端应用程序设计
• 4.4.1 应用程序概述
• 4.4.2 界面显示
• 5 实验结果
• 5.1 数据传输结果
• 5.2 速度测试结果
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录: A. 电路原理图
• B. 硕士期间发表的论文