实时信号分析仪的USB通讯接口系统 技术领域
本发明涉及有线传输系统，尤其涉及一种实时信号分析仪的USB通讯接口系统。
技术背景
在我国目前的信号处理系统中，大多采用如下结构：下位机只负责数据采集信号预处理并将数据通过某种接口(串行口、并行口等)传送到上位机的功能，信号处理任务(如谱处理、数字滤波、相关分析等)、应用、数据保存与显示等都由上位机(一般是PC)来完成，这样的通讯接口数据传输率不大，而且实时性很差。另外，仪器所使用的程序代码一般须事先固化烧制在芯片内，在仪器分析软件需要更新换代时则需要重新烧制，十分不便。随着DSP技术的广泛应用，现在逐渐开始采用国际流行的信号处理结构，即利用专用DSP处理器来完成信号处理，PC机进行参数设置、显示、数据存储等，下位机与上位机的通讯采用传输率高的接口方式，比如PCI总线、USB等，同时这些高效率的通讯接口方式也使得仪器程序代码的更新变得方便快捷。
发明内容
本发明提供一种实时信号分析仪的USB(通用串行总线)通讯接口系统，用于解决各种信号分析系统中信号分析仪与上位机的快捷实时大数据量的通讯问题。
本发明采用的技术方案是：采用USB控制器，串口EEPROM存储器电路，RAM数据存储器电路，USB通讯接口插座，以及电压控制电路；USB控制器经引出线与RAM数据存储器电路连接。USB控制器经引出线与USB通讯接口插座连接。USB控制器经引出线与串口EEPROM存储器连接。USB控制器经引出线与电源控制电路连接。USB通讯接口插座经USB传输电缆连接至上位PC机。
本发明结合USB协议和EZUSB技术提供了一种用于完成信号分析仪与上位机PC机之间实现快捷实时大数据量的通讯接口。在USB协议框架下，通过软件的支持，在通常的信号处理场合下实时信号分析仪都可以方便快捷的接入到上位机PC机上，而且可以实现大数据量的通讯。-
本发明与传统背景技术相比，所具有的有益的效果是：
1、即插即用，目前绝大多数地PC主板上都带有USB接口，所以拥有这种接口的实时信号分析仪可以方便的接入到上位机中；
2、通讯方便快捷，只须在上位机上安装相应的驱动程序，实时信号分析仪就可以接入上位机进行通讯；
3、高速数据通讯，实时信号分析仪在USB协议的支持下可以实现大数据量的数据吞吐，从而更好的实现实时信号处理；
4、软件刷新快捷方便，应用此种通讯接口可以通过从上位机下载程序代码方式进行实时信号分析仪器的软件刷新，比较原始的芯片内程序烧制方式快捷方便，且不需硬件进行物理改动。
5、应用范围广，应用于信号分析的各种芯片如DSP芯片，A/D和D/A芯片等都可以通过挂接FPGA然后通过这种USB通讯接口系统接入到上位机。
附图说明
图1是本发明的结构框图；
图2是USB控制器电路原理图；
图3是串口EEPROM存储器电路原理图；
图4是RAM数据存储器电路原理图；
图5是USB通讯接口插座电路原理图；
图6是电压控制电路原理图
具体实施方式
如图1所示，本发明的结构框图由附图1给出。它包括：USB控制器1，串口EEPROM存储器电路2，RAM数据存储器电路3，USB通讯接口插座4，以及电压控制电路5。
如图2所示，USB控制器电路1：1包括AN2131芯片U1，两脚晶振和电容C8、C9组成的晶振电路，由开关SW1，电阻R14、R15，电容C7组成的复位开关电路，上拉电阻R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7，R8，下拉电阻R9，指示灯L1及接入电阻R10，信号输入电阻R11，R12，R13，电源保护电路电容C1，C2，C3，C4，C5，C6。
如图3所示：串口EEPROM存储器电路2：包括8位的24LC01芯片U2，通过引线SCL和SDA连接至AN2131芯片，另有上拉电阻R16，R17。
如图4所示：RAM数据存储器电路3：包括CYC199-15VC芯片U3作为数据存储区或临时的程序存储区，并通过数据线D0～D7，地址线A0～A14，控制线OE，WE，CE通过74HC00与非门电路U4，U5与AN2131芯片相连。另外由74HC00与非门(U6)组成的输出允许电路和片选电路连接至地址线(A15)。
如图5所示：USB通讯接口插座电路4：使用通用的USB插座，通过连线USBD+以及USBD-与AN2131芯片相连；并使用由SN75240PW芯片U7组成的电流冲击保护电路。
如图6所示：电压控制电路5：包括电压变换TPS767D318芯片U9，由74HC00与非门U10和开关SW2，电阻R18，电容C10组成的复位控制电路，上拉电阻R19，由晶体二极管D1，D2，D3，D4组成的稳压电路，由电容C11，C12，C13，C14，C15，C16组成的稳流电路。
下面对本发明的具体工作过程说明：
1、设备接入。通过专用的USB电缆将实时信号分析仪的USB接口与计算机的USB接口相连，计算机会自动通过内置根集线器中断程序检测到该连接，亦即有设备接入，并向USB外设发出读取设备序号的命令。
2、计算机对于USB控制器的枚举过程。AN2131内核会运行一个非常简单的程序，从EEPROM(存放产品的序号以及ID，此部分事先烧制)中读取该序号，并传送给上位机。计算机检测到有设备插入，自动发出查询请求，USB设备回应这个请求，送出设备的Vendor ID和Product ID，计算机根据这两个ID装载相应的设备驱动程序，完成枚举过程。
3、安装驱动程序。上位机根据该序号查找对应的驱动程序(驱动程序可事先存于主机上)。如果找不到的话，则会提示用户安装驱动程序(驱动程序可通过CD-ROM装载)。假设驱动程序已经安装了，那么WINDOWS会找到并运行相应的驱动程序。该驱动程序运行后会找到为该硬件专门设计的8051代码，并将它下载到AN2131的存储器中。
4、建立通讯连接。AN2131通过改变专门的控制字，将程序的启动地址改为新的下载程序的入口处，接着暂时断开与计算机的连接(但物理连接不改变)。在几个毫秒后，恢复其连接，8051运行固件程序。从而，上位机与AN2131QC之间建立了正常的通讯。
本发明主要应用于实时信号分析仪，通常此类仪器要使用DSP和FPGA等电路来完成信号的处理。在使用本发明的前提下，有关DSP和FPGA的程序代码可通过USB接口从上位机上下载，并且能够在不改变电路物理结构的情况下通过下载新的程序代码就可以实现新的功能，只须整个系统重启即可。