電子技術基礎 很全的電子元器件基礎知識講義.rar
上傳時間: 2013-05-25
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通用異步收發器(Universal Asynchronous Receiver Transmitter,UART)是一種能同時支持短距離和長距離數據傳輸的串行通信接口,被廣泛應用于微機和外設之間的數據交換。像8251、NS8250、NS16550等都是常用的UART芯片,但是這些專用的串行接口芯片的缺點是數據傳輸速率比較慢,難以滿足高速率數據傳輸的場合,而更重要的就是它們都具有不可移植性,因此要利用這些芯片來實現PC機和FPGA芯片之間的通信,勢必會增加接口連線的復雜程度以及降低整個系統的穩定性和有效性。 本課題就是針對UART的特點以及FPGA設計具有可移植性的優勢,提出了一種基于FPGA芯片的嵌入式UART設計方法,其中主要包括狀態機的描述形式以及自頂向下的設計方法,利用硬件描述語言來編制UART的各個子功能模塊以及頂層模塊,之后將其集成到FPGA芯片的內部,這樣不僅能解決傳統UART芯片的缺點而且同時也使整個系統變得更加具有緊湊性以及可靠性。 本課題所設計的LIART支持標準的RS-232C傳輸協議,主要設計有發送模塊、接收模塊、線路控制與中斷仲裁模塊、Modem控制模塊以及兩個獨立的數據緩沖區FIFO模塊。該模塊具有可變的波特率、數據幀長度以及奇偶校驗方式,還有多種中斷源、中斷優先級、較強的抗干擾數據接收能力以及芯片內部自診斷的能力,模塊內分開的接收和發送數據緩沖寄存器能實現全雙工通信。除此之外最重要的是利用IP模塊復用技術設計數據緩沖區FIFO,采用兩種可選擇的數據緩沖模式。這樣既可以應用于高速的數據傳輸環境,也能適合低速的數據傳輸場合,因此可以達到資源利用的最大化。 在具體的設計過程中,利用Synplify Pro綜合工具、ModelSim仿真工具、ISE集成的軟件開發環境中對各個功能模塊進行綜合優化、仿真驗證以及下載實現。各項數據結果表明,本課題中所設計的UART滿足預期設計目標。
上傳時間: 2013-08-02
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現場可編程門陣列(FPGA)的發展已經有二十多年,從最初的1200門發展到了目前數百萬門至上千萬門的單片FPGA芯片。現在,FPGA已廣泛地應用于通信、消費類電子和車用電子類等領域,但國內市場基本上是國外品牌的天下。 在高密度FPGA中,芯片上時鐘分布質量變的越來越重要,時鐘延遲和時鐘偏差已成為影響系統性能的重要因素。目前,為了消除FPGA芯片內的時鐘延遲,減小時鐘偏差,主要有利用延時鎖相環(DLL)和鎖相環(PLL)兩種方法,而其各自又分為數字設計和模擬設計。雖然用模擬的方法實現的DLL所占用的芯片面積更小,輸出時鐘的精度更高,但從功耗、鎖定時間、設計難易程度以及可復用性等多方面考慮,我們更愿意采用數字的方法來實現。 本論文是以Xilinx公司Virtex-E系列FPGA為研究基礎,對全數字延時鎖相環(DLL)電路進行分析研究和設計,在此基礎上設計出具有自主知識產權的模塊電路。 本文作者在一年多的時間里,從對電路整體功能分析、邏輯電路設計、晶體管級電路設計和仿真以及最后對設計好的電路仿真分析、電路的優化等做了大量的工作,通過比較DLL與PLL、數字DLL與模擬DLL,深入的分析了全數字DLL模塊電路組成結構和工作原理,設計出了符合指標要求的全數字DLL模塊電路,為開發自我知識產權的FPGA奠定了堅實的基礎。 本文先簡要介紹FPGA及其時鐘管理技術的發展,然后深入分析對比了DLL和PLL兩種時鐘管理方法的優劣。接著詳細論述了DLL模塊及各部分電路的工作原理和電路的設計考慮,給出了全數字DLL整體架構設計。最后對DLL整體電路進行整體仿真分析,驗證電路功能,得出應用參數。在設計中,用Verilog-XL對部分電路進行數字仿真,Spectre對進行部分電路的模擬仿真,而電路的整體仿真工具是HSIM。 本設計采用TSMC0.18μmCMOS工藝庫建模,設計出的DLL工作頻率范圍從25MHz到400MHz,工作電壓為1.8V,工作溫度為-55℃~125℃,最大抖動時間為28ps,在輸入100MHz時鐘時的功耗為200MW,達到了國外同類產品的相應指標。最后完成了輸出電路設計,可以實現時鐘占空比調節,2倍頻,以及1.5、2、2.5、3、4、5、8、16時鐘分頻等時鐘頻率合成功能。
上傳時間: 2013-06-10
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SATA接口是新一代的硬盤串行接口標準,和以往的并行硬盤接口比較它具有支持熱插拔、傳輸速率快、執行效率高的明顯優勢。SATA2.0是SATA的第二代標準,它規定在數據線上使用LVDS NRZ串行數據流傳輸數據,速率可達3Gb/s。另外,SATA2.0還具有支持NCQ(本地命令隊列)、端口復用器、交錯啟動等一系列技術特征。正是由于以上的種種技術優點,SATA硬盤業已被廣泛的使用于各種企業級和個人用戶。 硬盤作為主要的信息載體之一,其信息安全問題尤其引起人們的關注。由于在加密時需要實時處理大量的數據,所以對硬盤數據的加密主要使用帶有密鑰的硬件加密的方式。因此將硬盤加密和SATA接口結合起來進行設計和研究,完成基于SATA2.0接口的加解密芯片系統設計具有重要的使用價值和研究價值。 本論文首先介紹了SATA2.0的總線協議,其協議體系結構包括物理層、鏈路層、傳輸層和命令層,并對系統設計中各個層次中涉及的關鍵問題進行了闡述。其次,本論文對ATA協議和命令進行了詳細的解釋和分析,并針對設計中涉及的命令和對其做出的修改進行了說明。接著,本論文對SATA2.0加解密控制芯片的系統設計進行了講解,包括硬件平臺搭建和器件選型、模塊和功能劃分、系統工作原理等,剖析了系統設計中的難點問題并給出解決問題的方法。然后,對系統數據通路的各個模塊的設計和實現進行詳盡的闡述,并給出各個模塊的驗證結果。最后,本文簡要的介紹了驗證平臺搭建和測試環境、測試方法等問題,并分析測試結果。 本SATA2.0硬盤加解密接口電路在Xilinx公司的Virtex5 XC5VLX50T FPGA上進行測試,目前工作正常,性能良好,已經達到項目性能指標要求。本論文在SATA加解密控制芯片設計與實現方面的研究成果,具有通用性、可移植性,有一定的理論及經濟價值。
上傳時間: 2013-04-24
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隨著我國國防現代化建設進程的不斷深化,MIL-STD-1553B標準總線已經廣泛應用于各種軍事應用領域。MIL-STD-1553B標準總線是我國上世紀八十年代引進的一種現代化通訊總線,國內稱為GJB289A-97。該總線技術以其高穩定性和使用靈活等特點成為現代航空電子綜合系統所廣泛采用的通訊總線技術。 1553B總線接口模塊作為總線通訊的基本單元,其性能成為影響航電綜合系統整體性能的一個關鍵因素。目前國內關于1553B總線通訊模塊的對外接口類型較多,而基于嵌入式處理芯片的接口設計并不多見。嵌入式設備具有體積小、重量輕、實時性強、功耗小、穩定性好以及接口方便等優點。 基于以上考慮,論文中提出了以DSP+FPGA為平臺實現MIL-STD-1553B總線的收發控制,通過收發控制器和變壓器實現MIL-STD-1553B總線的電氣連接。根據項目需求,設計分為硬件和軟件兩部分完成。在對MIL-STD-1553B總線協議進行詳細研究后提出了總體設計方案原理圖。再根據方案需求設計各功能模塊。使用硬件描述語言VHDL對各功能模塊進行邏輯和行為描述,最終實現在FPGA中,使其能夠完成1553B數據碼的接受、發送、轉換和與處理器的信息交換等功能。DSP部分采用的是TI公司的TMS320F2812,使用C語言進行軟件的編譯,使其實現總體控制和通訊的調度等功能。 該方案經過實際參與1553B總線通訊系統驗證實驗,證明各項技術指標均達到預定的目標,可以投入實際應用。
上傳時間: 2013-04-24
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高速數據采集系統在信號檢測、雷達、圖像處理、網絡通信等領域有廣泛應用,不同的應用要求使用不同的總線和不同的設計,但是,無論基于何種應用,其設計的關鍵在接口的實現上。 @@ 隨著cPCI總線技術的發展,cPCI總線逐漸代替了PCI總線、VME總線,成為測控領域中最受人們青睞的總線形式。 @@ 為滿足高速采集過程中數據傳輸速度的要求和采集卡與PC機連接的機械強度的要求,本論文提出設計基于cPCI總線接口的數據采集系統。設計中利用單片FPGA芯片實現PCI協議,代替傳統的FIFO芯片和串并轉換芯片,并完成對模擬電路的控制功能;并提出將應用程序中的一部分數據讀寫操作放入動態鏈接庫中,減少因應用程序反復調用驅動程序而造成的資源浪費和時間的延遲。 @@ 通過分析PCI總線協議,理解高頻數字電路設計方法和高速數據采集原理,本文開發了基于cPCI接口的高速數據采集系統。經過綜合測試和現場應用驗證表明,采集系統已達到了要求的性能指標。 @@關鍵詞:FPGA;數據采集系統;cPCI; PC
上傳時間: 2013-07-08
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同步是移動通信領域中的關鍵技術,是保障通信初始和進行的必要過程,對系統的性能影響重大。縱觀移動通信系統的發展史,同步技術自始至終都是人們研究的熱點。 @@ WCDMA作為第三代移動通信無線接口標準之一,已經在全世界范圍內得到了商用。小區搜索是WCDMA的重要物理層過程,是實現下行移動臺和基站間同步的重要手段。 @@ 作為ASIC領域的一種半定制電路,現場可編程門陣列(FPGA)既解決了全定制電路不能修改的不足,又解決了原有可編程器件容量有限的問題。FPGA以其強大的現場可編程能力和開發速度優勢,逐漸成為ASIC電路中設計周期最短、開發費用最低、風險最小的器件之一。 @@ 因此,研究WCDMA同步算法及其在FPGA中的實現與驗證是具有理論和現實意義的。本文首先介紹了WCDMA物理層基礎,接著詳細討論了WCDMA主同步、輔同步和導頻同步的原理,介紹了前兩步同步的改進型算法和證明,并和傳統相關算法在資源和實現復雜度方面進行了比較,給出了下行同步的浮點仿真結果和分析。之后,深入討論了下行同步的FPGA (V4-SX-35)實現方案、運算流程和模塊間的接口設計。最后,介紹了下行同步的FPGA驗證方法。 @@ 本文較為深入的討論了WCDMA下行同步的算法和FPGA實現方案,給出了理論分析和仿真、實驗結果。并在低復雜度和資源開銷條件下,完成了FPGA的硬件設計和片上測試,達到了系統的性能指標。 @@關鍵詞:WCDMA;同步;小區搜索;FPGA
上傳時間: 2013-04-24
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LED顯示屏是LED點陣模塊或者像素單元組成的平面顯示屏幕。自從誕生以來,以其亮度高、視角廣、壽命長、性價比高的特點,在交通、廣告、新聞發布、體育比賽、電子景觀等領域得到了廣泛應用。 LED顯示屏控制器作為控制LED屏顯示圖像、數據的關鍵,是整個LED視頻顯示系統的核心。本文研究的是對全彩色同步LED屏的控制,控制LED屏同步顯示在上位機顯示系統中某固定位置處的圖像。根據已有的LED顯示屏及其驅動器的特點,提出了一種可行的方案并進行了設計。系統主要分為兩個部分:視頻信號的獲取,視頻信號的處理。 經過分析比較,決定從顯卡的DVI接口獲得視頻源,視頻源經過DVI解碼芯片TFP401A的解碼后,可以獲得圖像的數字信息,這些信息包括紅、綠、藍三基色的數據以及行同步、場同步、使能等控制信號。這些信號將在視頻信號處理模塊中被使用。 信號處理模塊在接收視頻信號源后,對數據進行處理,最后輸出數據給驅動電路。在信號處理模塊中,采用了可編程邏輯器件FPGA來完成。可編程邏輯器件具有高集成度、高速度、高可靠性、在線可編程(ISP)等特點,所以特別適合于本設計。利用FPGA的可編程性,在FPGA內部劃分了各個小模塊,各小模塊中通過少量的信號進行聯系,這樣就將比較大的系統轉化成許多小的系統,使得設計更加簡單,容易驗證。本文分析了驅動電路所需要的數據的特點,全彩色灰度級的實現方式,決定把系統劃分為視頻源截取、RGB格式轉化、位平面分離、讀SRAM地址發生器、寫SRAM地址發生器、讀寫SRAM選擇控制器、灰度實現等模塊。 最后利用示波器和SignalTap II邏輯分析儀等工具,對系統進行了聯合調試。改進了時序、優化了布局布線,使得系統性能得到了良好的改善。 在分析了所需要的資源的基礎上,課題決定采用Altera的Cyclone EP1C12 FPGA設計視頻信號處理模塊,在Quartus II和modelsim平臺下,用Verilog HDL語言開發。
上傳時間: 2013-05-19
上傳用戶:玉簫飛燕
現代社會信息量爆炸式增長,由于網絡、多媒體等新技術的發展,用戶對帶寬和速度的需求快速增加。并行傳輸技術由于時鐘抖動和偏移,以及PCB布線的困難,使得傳輸速率的進一步提升面臨設計的極限;而高速串行通信技術憑借其帶寬大、抗干擾性強和接口簡單等優勢,正迅速取代傳統的并行技術,成為業界的主流。 本論文針對目前比較流行并且有很大發展潛力的兩種高速串行接口電路——高速鏈路口和Rocket I/O進行研究,并以Xilinx公司最新款的Virtex-5 FPGA為研究平臺進行仿真設計。本論文的主要工作是以某低成本相控陣雷達信號處理機為設計平臺,在其中的一塊信號處理板上,進行了基于LVDS(Low VoltageDifferential Signal)技術的高速LinkPort(鏈路口)設計和基于CML(Current ModeLogic)技術的Rocket I/O高速串行接口設計。首先在FPGA的軟件中進行程序設計和功能、時序的仿真,當仿真驗證通過之后,重點是在硬件平臺上進行調試。硬件調試驗證的方法是將DSP TS201的鏈路口功能與在FPGA中的模擬高速鏈路口相連接,進行數據的互相傳送,接收和發送的數據相同,證明了高速鏈路口設計的正確性。并且在硬件調試時對Rocket IO GTP收發器進行回環設計,經過回環之后接收到的數據與發送的數據相同,證明了Rocket I/O高速串行接口設計的正確性。
上傳時間: 2013-04-24
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高速、高精度已經成為伺服驅動系統的發展趨勢,而位置檢測環節是決定伺服系統高速、高精度性能的關鍵環節之一。光電編碼器作為伺服驅動系統中常用的檢測裝置,根據結構和原理的不同分為增量式和絕對式。本文從原理上對增量式光電編碼器和絕對式光電編碼器做了深入的分析,通過對比它們的特性,得出了絕對式光電編碼器更適合高速、高精度伺服驅動系統的結論。 絕對式光電編碼器精度高、位數多的特點決定其通信方式只能采取串行傳輸方式,且由相應的通信協議控制信息的傳輸。本文首先針對編碼器主要生產廠商日本多摩川公司的絕對式光電編碼器,深入研究了通信協議相關的硬件電路、數據幀格式、時序等。隨后介紹了新興的電子器件FPGA及其開發語言硬件描述語言Verilog HDL,并對基于FPGA的絕對式編碼器通信接口電路做了可行性的分析。在此基礎上,采用自頂向下的設計方法,將整個接口電路劃分成發送模塊、接收模塊、序列控制模塊等多個模塊,各個模塊采用Verilog語言進行描述設計編碼器接口電路。最終的設計在相關硬件電路上實現。最后,通過在TMS320F2812伺服控制平臺上編寫的硬件驅動程序驗證了整個設計的各項功能,達到了設計的要求。
上傳時間: 2013-07-11
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