隨著計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備的發(fā)展，傳統(tǒng)的并行接口和串行接口在靈活性和接口擴(kuò)展等方面存在的缺陷愈來(lái)愈不可回避，并逐漸成為計(jì)算機(jī)通信的瓶頸。在這種情況下，通用串行總線(Universal Serial Bus，USB)誕生了。USB由于具有傳輸速率高、價(jià)格便宜、使用方便、靈活性高、支持熱插拔、接口標(biāo)準(zhǔn)化和易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)外設(shè)接口的主流技術(shù)，在計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備和消費(fèi)類電子領(lǐng)域正獲得越來(lái)越多的應(yīng)用。 @@ 本文基于USB2．0協(xié)議規(guī)范，設(shè)計(jì)了一款支持高速和全速傳輸?shù)腢SB2．0設(shè)備控制器IP核。文中著重介紹了這款設(shè)備控制器IP核的設(shè)計(jì)和FPGA驗(yàn)證工作，詳細(xì)研究并分析了USB2．0規(guī)范，根據(jù)規(guī)范提出了一種USB2．0設(shè)備控制器整體構(gòu)架方案，描述了各個(gè)功能子模塊硬件電路的功能及實(shí)現(xiàn)。從可重用的角度出發(fā)，對(duì)設(shè)備控制器模塊進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，增加多個(gè)靈活的配置選項(xiàng)，根據(jù)不同的應(yīng)用對(duì)硬件進(jìn)行配置，使其在滿足要求的情況下去除冗余電路，以減少占用面積和功耗，從而使其靈活地應(yīng)用于各種USB系統(tǒng)。本文還研究了IP核的驗(yàn)證方法，并對(duì)所設(shè)計(jì)的USB2．0設(shè)備控制器建立了功能完備的ModelSim仿真驗(yàn)證環(huán)境，搭建了FPGA硬件驗(yàn)證平臺(tái)，設(shè)計(jì)了具有AHB接口的設(shè)備控制器和帶有8051的設(shè)備控制器，并分別在FPGA平臺(tái)上進(jìn)行了功能驗(yàn)證。 @@ 本文所設(shè)計(jì)的USB2．0設(shè)備控制器IP核可配置性高，使用者可以自由配置所需端點(diǎn)的個(gè)數(shù)以及每個(gè)端點(diǎn)類型等，可以集成于多種USB系統(tǒng)中，適于各類USB設(shè)備的開(kāi)發(fā)。本課題所取得的成果為USB2．0設(shè)備類的研究和開(kāi)發(fā)積累了經(jīng)驗(yàn)，并為后來(lái)實(shí)驗(yàn)室某項(xiàng)目測(cè)試芯片的USB數(shù)據(jù)采集提供了參考方案，也為未來(lái)USB3．0接口IP核的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 @@關(guān)鍵詞USB2．0控制器；IP核；FPGA；驗(yàn)證
上傳時(shí)間： 2013-06-30
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無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSN）是由大量傳感器節(jié)點(diǎn)組成，這些節(jié)點(diǎn)部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)通過(guò)無(wú)線通信方式，形成的一個(gè)多跳自組織的網(wǎng)絡(luò)。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的作用是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，并發(fā)送給觀察者，可廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療護(hù)理、軍事、商業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域。 媒體訪問(wèn)控制（Medium Access Control，MAC）協(xié)議處于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的物理層和路由層之間，用于在傳感器節(jié)點(diǎn)間公平有效地共享通信媒介，對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能有較大影響。與傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)不同，提高能量效率和可擴(kuò)展性是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。 本文主要闡述基于FPGA對(duì)IEEE802．15．4 MAC層功能的實(shí)現(xiàn)。首先介紹了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、MAC協(xié)議的設(shè)計(jì)要求以及已有的MAC層協(xié)議，討論了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC層的主要要求和功能。然后詳細(xì)介紹和分析了IEEE802．15．4的MAC協(xié)議，并在此基礎(chǔ)上，通過(guò)NS2平臺(tái)對(duì)MAC層協(xié)議進(jìn)行了仿真，研究不同網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷下信道訪問(wèn)機(jī)制的各個(gè)參數(shù)對(duì)吞吐量，丟包率，傳輸延時(shí)的影響，分析了隱蔽站問(wèn)題、確認(rèn)幀機(jī)制。 本文對(duì)MAC層中的主要功能，諸如數(shù)據(jù)收發(fā)、幀處理、信道接入方式以及幀檢驗(yàn)等提出了基于FPGA的硬件解決方法。設(shè)計(jì)選用硬件描述語(yǔ)言VerilogHDL，在QuartusⅡ中完成模塊的綜合和布局布線，在QuartusⅡ和Modelsim中進(jìn)行時(shí)序仿真驗(yàn)證，最終下載到自主設(shè)計(jì)Altera公司的Cyclone開(kāi)發(fā)板中。 對(duì)設(shè)計(jì)的驗(yàn)證采取的是由里及外的方式，先對(duì)系統(tǒng)主模塊的功能進(jìn)行驗(yàn)證，然后下載到與CC2430開(kāi)發(fā)板相連接的FPGA中對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試。驗(yàn)證流程是功能仿真、時(shí)序仿真和板級(jí)調(diào)試，最終通過(guò)測(cè)試，驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)的功能。測(cè)試結(jié)果表明，該模塊能滿足無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)低速率應(yīng)用環(huán)境的需要，具有優(yōu)良的擴(kuò)展性能，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
標(biāo)簽： FPGA MAC 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)
上傳時(shí)間： 2013-06-14
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近年來(lái)，大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備主要是機(jī)械硬盤，機(jī)械硬盤采用機(jī)械馬達(dá)和磁片作為載體，存在抗震性能低、高功耗和速度提升難度大等缺點(diǎn)。固態(tài)硬盤是以半導(dǎo)體作為存儲(chǔ)介質(zhì)及控制載體，無(wú)機(jī)械裝置，具有抗震、寬溫、無(wú)噪、可靠和節(jié)能等特點(diǎn)，是目前存儲(chǔ)領(lǐng)域所存在問(wèn)題的解決方案之一。本文針對(duì)這一問(wèn)題，設(shè)計(jì)基于FPGA的固態(tài)硬盤控制器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的固態(tài)存儲(chǔ)。 文章首先介紹硬盤技術(shù)的發(fā)展，分析固態(tài)硬盤的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，闡述課題研究意義，并概述了本文研究的主要內(nèi)容及所做的工作。然后從分析固態(tài)硬盤控制器的關(guān)鍵技術(shù)入手，研究了SATA接口協(xié)議和NANDFLASH芯片特性。整體設(shè)計(jì)采用SOPC架構(gòu)，所有功能由單片F(xiàn)PGA完成。移植MicroBlaze嵌入式處理器軟核作為主控制器，利用Verilog HDL語(yǔ)言描述IP核形式設(shè)計(jì)SATA控制器核和NAND FLASH控制器核。SATA控制器核作為高速串行傳輸接口，實(shí)現(xiàn)SATA1.0協(xié)議，根據(jù)協(xié)議劃分四層模型，通過(guò)狀態(tài)機(jī)和邏輯電路實(shí)現(xiàn)協(xié)議功能。NAND FLASH控制器核管理NANDFLASH芯片陣列，將NAND FLASH接口轉(zhuǎn)換成通用的SRAM接口，提高訪問(wèn)效率。控制器完成NAND FLASH存儲(chǔ)管理和糾錯(cuò)算法，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和讀取。最后完成固態(tài)硬盤控制器的模塊測(cè)試和整體測(cè)試，介紹了測(cè)試方法、測(cè)試工具和測(cè)試流程，給出測(cè)試數(shù)據(jù)和結(jié)果分析，得出了驗(yàn)證結(jié)論。 本文設(shè)計(jì)的固態(tài)硬盤控制器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，易于升級(jí)和二次開(kāi)發(fā)，是實(shí)現(xiàn)固態(tài)硬盤和固態(tài)存儲(chǔ)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。
標(biāo)簽： FPGA 固態(tài)硬盤 制器設(shè)計(jì)
上傳時(shí)間： 2013-05-28
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工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程往往具有非線性、不確定性，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型。應(yīng)用常規(guī)的PID控制器難以達(dá)到理想的控制效果。作為的重要分支，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有良好的非線性映射能力和高度的并行信息處理能力，已成為非線性系統(tǒng)建模、辨識(shí)和控制中常用的理論和方法。其中，神經(jīng)元具有很強(qiáng)的信息綜合、學(xué)習(xí)記憶、自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力，可以處理那些難以用模型和規(guī)則描述的過(guò)程，將神經(jīng)元與PID結(jié)合，應(yīng)用到實(shí)際的控制中，可以在線調(diào)整PID的參數(shù)，使系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力、自適應(yīng)能力和較好的魯棒性。 目前，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究主要是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理論研究、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用研究和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究，這三方面是相互依賴和相互促進(jìn)的關(guān)系。本文主要側(cè)重的是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究方面，創(chuàng)新性地利用FPGA嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)單神經(jīng)元PID智能控制器的研究與設(shè)計(jì)，并將其封裝成為一個(gè)專用的IP核供其他的控制系統(tǒng)使用。 首先，對(duì)單神經(jīng)元PID智能控制器的設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)算法進(jìn)行了深入的研究與分析；其次，利用MATLAB設(shè)計(jì)單神經(jīng)元PID智能控制器，針對(duì)特定的被控對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，獲得比較理想的系統(tǒng)輸出；然后，研究基于FPGA的單神經(jīng)元智能控制算法的實(shí)現(xiàn)，對(duì)控制器進(jìn)行VHDL語(yǔ)言分層設(shè)計(jì)，使用Altera公司的軟件QuartusⅡ6.1進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。兩個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于FPGA的單神經(jīng)元智能控制器比MATLAB設(shè)計(jì)的單神經(jīng)元PID智能控制器性能優(yōu)良。 本文的設(shè)計(jì)模塊主要包括權(quán)值修改模塊、誤差計(jì)算模塊、權(quán)值產(chǎn)生模塊和輸出模塊。在各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)中進(jìn)行了優(yōu)化處理，使本文的設(shè)計(jì)不僅利用的硬件資源少，而且也有很快的運(yùn)行速度，同時(shí)也改善了傳統(tǒng)控制器的控制性能。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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隨著以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的信息技術(shù)的迅速發(fā)展以及信息的爆炸式增長(zhǎng)，人類獲得的視覺(jué)信息很大一部分是從各種各樣的電子顯示器件上獲得的。這對(duì)顯示器件的要求也越來(lái)越高。在這些因素的驅(qū)動(dòng)下，顯示技術(shù)也取得了飛速的發(fā)展。使用FPGA/CPLD設(shè)計(jì)的液晶控制器具有很高的靈活性，可以根據(jù)不同的液晶類型、尺寸、使用場(chǎng)合，特別是不同的工業(yè)產(chǎn)品，做一些特殊的設(shè)計(jì)，以最小的代價(jià)滿足系統(tǒng)的要求。而且可以解決通用的液晶顯示控制器本身固有的一些缺點(diǎn)。 本文設(shè)計(jì)了一個(gè)采用FPGA設(shè)計(jì)的液晶顯示控制器，主要解決以下內(nèi)容：采用Cyclone芯片設(shè)計(jì)的液晶控制器；采用硬件描述語(yǔ)言進(jìn)行的液晶顯示控制器設(shè)計(jì)，重點(diǎn)介紹了如何通過(guò)特殊設(shè)計(jì)控制器與CPU協(xié)調(diào)的工作，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所需時(shí)序信號(hào)的產(chǎn)生，STN液晶彩色屏灰度顯示的時(shí)間抖動(dòng)算法和幀率控制原理及實(shí)現(xiàn)，顯示數(shù)據(jù)的緩沖、轉(zhuǎn)化方法，使用FPGA設(shè)計(jì)的用于本系統(tǒng)的特殊SDRAM控制器，以及液晶控制器通過(guò)該SDRAM控制器進(jìn)行顯示緩沖器的管理，還有很重要的一點(diǎn)是各個(gè)模塊之間的同步處理。這款液晶控制器在實(shí)際中的使用效果證明了本課題介紹的液晶控制器方案是一個(gè)非常可行的，具有廣泛的通用性。 關(guān)鍵詞：液晶控制器、SDRAM控制器、時(shí)序信號(hào)發(fā)生器、灰度顯示、時(shí)間抖動(dòng)算法
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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本文對(duì)基于FPGA的對(duì)象存儲(chǔ)控制器原型的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容如下： ⑴研究了對(duì)象存儲(chǔ)控制器的硬件設(shè)計(jì)，使其高效完成對(duì)象級(jí)接口的智能化管理和復(fù)雜存儲(chǔ)協(xié)議的解析，對(duì)對(duì)象存儲(chǔ)系統(tǒng)整體性能提升有重要意義。基于SoPC(片上可編程系統(tǒng))技術(shù)，在FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)上實(shí)現(xiàn)的對(duì)象存儲(chǔ)控制器，具有功能配置靈活，調(diào)試方便，成本較低等優(yōu)點(diǎn)。 ⑵采用Cyclone II器件實(shí)現(xiàn)的對(duì)象存儲(chǔ)控制器的網(wǎng)絡(luò)接口，包含處理器模塊、內(nèi)存模塊、Flash模塊等核心組成部分，提供千兆以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)接口和PCI(周邊元件擴(kuò)展接口)總線的主機(jī)接口，還具備電源模塊、時(shí)鐘模塊等以保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)PCB(印制電路板)時(shí)，從疊層設(shè)計(jì)、布局、布線、阻抗匹配等多方面解決高達(dá)100MHz的全局時(shí)鐘帶來(lái)的信號(hào)完整性問(wèn)題，并基于IBIS模型進(jìn)行了信號(hào)完整性分析及仿真。針對(duì)各功能模塊提出了相應(yīng)的調(diào)試策略，并完成了部分模塊的調(diào)試工作。 ⑶提出了基于Virtex-4的對(duì)象存儲(chǔ)控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，Virtex-4內(nèi)嵌PowerPC高性能處理器，可更好地完成對(duì)象存儲(chǔ)設(shè)備相關(guān)的控制和管理工作。實(shí)現(xiàn)了豐富的接口設(shè)計(jì)，包括千兆以太網(wǎng)、光纖通道、SATA(串行高級(jí)技術(shù)附件)等網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)接口以及較PCI性能更優(yōu)異的PCI-X(并連的PCI總線)主機(jī)接口；提供多種FPGA配置方式。使用Cadence公司的Capture CIS工具完成了該系統(tǒng)硬件的原理圖繪制，通過(guò)了設(shè)計(jì)規(guī)則檢查，生成了網(wǎng)表用作下一步設(shè)計(jì)工作的交付文件。
標(biāo)簽： FPGA 對(duì)象存儲(chǔ) 原型
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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信號(hào)與信息處理是信息科學(xué)中近幾年來(lái)發(fā)展最為迅速的學(xué)科之一,隨著片上系統(tǒng)(SOC,System On Chip)時(shí)代的到來(lái),FPGA正處于革命性數(shù)字信號(hào)處理的前沿。基于FPGA的設(shè)計(jì)可以在系統(tǒng)可再編程及在系統(tǒng)調(diào)試,具有吞吐量高,能夠更好地防止授權(quán)復(fù)制、元器件和開(kāi)發(fā)成本進(jìn)一步降低、開(kāi)發(fā)時(shí)間也大大縮短等優(yōu)點(diǎn)。然而,FPGA器件是基于SRAM結(jié)構(gòu)的編程工藝,掉電后編程信息立即丟失,每次加電時(shí),配置數(shù)據(jù)都必須重新下載,并且器件支持多種配置方式,所以研究FPGA器件的配置方案在FPGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)中具有極其重要的價(jià)值,這也給用于可編程邏輯器件編程的配置接口電路和實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)設(shè)備提出了更高的要求。 本論文基于IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)和USB2.0技術(shù),完成了FPGA配置接口電路及實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。作者在充分理解IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)和USB技術(shù)原理的基礎(chǔ)上,針對(duì)Altcra公司專用的USB數(shù)據(jù)配置電纜USB-Blaster,對(duì)其內(nèi)部工作原理及工作時(shí)序進(jìn)行測(cè)試與詳細(xì)分析,完成了基于USB配置接口的FPGA芯片開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)電路的完整軟硬件設(shè)計(jì)及功能時(shí)序仿真。作者最后進(jìn)行了軟硬件調(diào)試,完成測(cè)試與驗(yàn)證,實(shí)現(xiàn)了對(duì)Altera系列PLD的配置功能及實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板的功能。 本文討論的USB下載接口電路被驗(yàn)證能在Altera的QuartusII開(kāi)發(fā)環(huán)境下直接使用,無(wú)須在主機(jī)端另行設(shè)計(jì)通信軟件,其兼容性較現(xiàn)有設(shè)計(jì)有所提高。由于PLD(Programmable Logic Device)廠商對(duì)其知識(shí)產(chǎn)權(quán)嚴(yán)格保密,使得基于USB接口的配置電路應(yīng)用受到很大限制,同時(shí)也加大了自行對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的難度。 與傳統(tǒng)的基于PC并口的下載接口電路相比,本設(shè)計(jì)的基于USB下載接口電路及FPGA實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板具有更高的編程下載速率、支持熱插拔、體積小、便于攜帶、降低對(duì)PC硬件傷害,且具備其它下載接口電路不具備的SignalTapII嵌入式邏輯分析儀和調(diào)試NiosII嵌入式軟核處理器等明顯優(yōu)勢(shì)。從成本來(lái)看,本設(shè)計(jì)的USB配置接口電路及FPGA實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板與其同類產(chǎn)品相比有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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當(dāng)前，片上系統(tǒng)(SOC)已成為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主流技術(shù)。流片風(fēng)險(xiǎn)與費(fèi)用增加、上市時(shí)間壓力加大、產(chǎn)品功能愈加復(fù)雜等因素使得SOC產(chǎn)業(yè)逐漸劃分為IP提供者、SOC設(shè)計(jì)服務(wù)者和芯片集成者三個(gè)層次。SOC設(shè)計(jì)已走向基于IP集成的平臺(tái)設(shè)計(jì)階段，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格驗(yàn)證質(zhì)量可靠的IP核成為SOC產(chǎn)業(yè)中的重要一環(huán)。 GPIB控制器芯片是組建自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的核心，在測(cè)試領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。本人通過(guò)查閱大量的技術(shù)資料，分析了集成電路在國(guó)內(nèi)外發(fā)展的最新動(dòng)態(tài)，提出了基于FPGA的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的GPIB控制器IP核的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。 本文首先討論了基于FPGA的GPIB控制器的背景意義，接著對(duì)FPGA開(kāi)發(fā)所具備的基本知識(shí)作了簡(jiǎn)要介紹。文中對(duì)GPIB總線進(jìn)行了簡(jiǎn)單的描述，根據(jù)芯片設(shè)計(jì)的主要思想，重點(diǎn)在于論述怎樣用FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)IEEE-488.2協(xié)議，并詳細(xì)闡述了GPIB控制器的十種接口功能及其狀態(tài)機(jī)的IP核實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)通路也進(jìn)行了較為細(xì)致的說(shuō)明。在設(shè)計(jì)的時(shí)候采用基于模塊化設(shè)計(jì)思想，用VerilogHDL語(yǔ)言完成各模塊功能描述，通過(guò)Synplifv軟件的綜合，用Modelsim對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了前、后仿真。最后利用生成的模塊符號(hào)采取類似畫(huà)電路圖的方法完成整個(gè)系統(tǒng)芯片的lP軟核設(shè)計(jì)，并用EDA工具下載到了FPGA上。 為了更好地驗(yàn)證設(shè)計(jì)思想，借助EDA工具對(duì)GPIB控制器的工作狀態(tài)進(jìn)行了軟件仿真，給出仿真結(jié)果，仿真波形驗(yàn)證了GPIB控制器的工作符合預(yù)想。最后，本文對(duì)基于FPGA的GPIB控制器的IP核設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行了總結(jié)，展望了當(dāng)前GPIB控制器設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)，指出了開(kāi)展進(jìn)一步研究需要做的工作。
上傳時(shí)間： 2013-06-12
上傳用戶：mqien
隨著以太網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度已經(jīng)由最初的10M發(fā)展到現(xiàn)在的10,000M。用可編程邏輯器件(FPGA)實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)控制器與其它SOC系統(tǒng)的互連成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。本文闡述了MAC層的FPGA設(shè)計(jì)、仿真及測(cè)試；介紹了整個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、模塊劃分，并對(duì)各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)闡述，接著介紹了開(kāi)發(fā)環(huán)境和驗(yàn)證工具，同時(shí)給出測(cè)試方案、驗(yàn)證數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)結(jié)果及時(shí)序仿真波形圖。 對(duì)MAC層的主要功能模塊如:發(fā)送模塊、接收模塊、MAC流程控制模塊、寄存器模塊、MⅡ接口模塊和主機(jī)接口模塊以及CRC，CSMA/CD，HASH表等算法給出了基于FPGA及硬件描述語(yǔ)言的解決方法。 本課題針對(duì)以下三個(gè)方面進(jìn)行了研究并取得一定的成果: 1)FPGA開(kāi)發(fā)平臺(tái)的硬件實(shí)現(xiàn)。選用Xilinx公司的XC3S1000-FT256-4-C和ATMEL公司的ARM9200作為測(cè)試的核心器件，采用LXT971芯片作為物理層芯片，AT91RM9200作為數(shù)據(jù)輸入源和雙blockram作為幀緩存搭建FPGA硬件驗(yàn)證開(kāi)發(fā)平臺(tái)。 2)基于FPGA實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)控制器。用VerilogHDL語(yǔ)言構(gòu)建以太網(wǎng)控制器，實(shí)現(xiàn)CSMA/CD協(xié)議、10M/100M自適應(yīng)以及與物理層MⅡ接口等。 3)采用片上系統(tǒng)通用的WS接口。目的是便于與具有通用接口的片上系統(tǒng)互連，也為構(gòu)建SOC上處理器提供條件。 本論文實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于WS總線接口可裁減的以太網(wǎng)MAC控制器IP軟核，為設(shè)計(jì)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的以太網(wǎng)MAC控制器積累了經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，為與其它WS接口的控制器實(shí)現(xiàn)直接互連創(chuàng)造了條件，對(duì)高層次設(shè)計(jì)這一先進(jìn)ASIC設(shè)計(jì)方法也有了較為深入的認(rèn)識(shí)。
標(biāo)簽： 10M100M FPGA 以太網(wǎng)控制器
上傳時(shí)間： 2013-07-17
上傳用戶：bruce
文章開(kāi)篇提出了開(kāi)發(fā)背景。認(rèn)為現(xiàn)在所廣泛應(yīng)用的開(kāi)關(guān)電源都是基于傳統(tǒng)的分立元件組成的。它的特點(diǎn)是頻率范圍窄、電力小、功能少、器件多、成本較高、精度低，對(duì)不同的客戶要求來(lái)“量身定做”不同的產(chǎn)品，同時(shí)幾乎沒(méi)有通用性和可移植性。在電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，這種傳統(tǒng)的模擬開(kāi)關(guān)電源已經(jīng)很難跟上時(shí)代的發(fā)展步伐。 隨著DSP、ASIC等電子器件的小型化、高速化，開(kāi)關(guān)電源的控制部分正在向數(shù)字化方向發(fā)展。由于數(shù)字化，使開(kāi)關(guān)電源的控制部分的智能化、零件的共通化、電源的動(dòng)作狀態(tài)的遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)成為了可能，同時(shí)由于它的智能化、零件的共通化使得它能夠靈活地應(yīng)對(duì)不同客戶的需求，這就降低了開(kāi)發(fā)周期和成本。依靠現(xiàn)代數(shù)字化控制和數(shù)字信號(hào)處理新技術(shù)，數(shù)字化開(kāi)關(guān)電源有著廣闊的發(fā)展空間。 在數(shù)字化領(lǐng)域的今天，最后一個(gè)沒(méi)有數(shù)字化的堡壘就是電源領(lǐng)域。近年來(lái)，數(shù)字電源的研究勢(shì)頭與日俱增，成果也越來(lái)越多。雖然目前中國(guó)制造的開(kāi)關(guān)電源占了世界市場(chǎng)的80％以上，但都是傳統(tǒng)的比較低端的模擬電源。高端市場(chǎng)上幾乎沒(méi)有我們份額。 本論文研究的主要內(nèi)容是在傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源模擬調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上，提出了一種新的數(shù)字化調(diào)節(jié)器方案，即基于DSP和FPGA的數(shù)字化PID調(diào)節(jié)器。論文對(duì)系統(tǒng)方案和電路進(jìn)行了較為具體的設(shè)計(jì)，并通過(guò)測(cè)試取得了預(yù)期結(jié)果。測(cè)試證明該方案能夠適合本行業(yè)時(shí)代發(fā)展的步伐，使系統(tǒng)電路更簡(jiǎn)單，精度更高，通用性更強(qiáng)。同時(shí)該方案也可用于相關(guān)領(lǐng)域。 本文首先分析了國(guó)內(nèi)外開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的現(xiàn)狀，以及研究數(shù)字化開(kāi)關(guān)電源的意義。然后提出了數(shù)字化開(kāi)關(guān)電源的總體設(shè)計(jì)框圖和實(shí)現(xiàn)方案，并與傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)電源做了較為詳細(xì)的比較。本論文的設(shè)計(jì)方案是采用DSP技術(shù)和FPGA技術(shù)來(lái)做數(shù)字化PID調(diào)節(jié)，通過(guò)數(shù)字化PID算法產(chǎn)生PWM波來(lái)控制斬波器，控制主回路。從而取代傳統(tǒng)的模擬PID調(diào)節(jié)器，使電路更簡(jiǎn)單，精度更高，通用性更強(qiáng)。傳統(tǒng)的模擬開(kāi)關(guān)電源是將電流電壓反饋信號(hào)做PID調(diào)節(jié)后--分立元器件構(gòu)成，采用專用脈寬調(diào)制芯片實(shí)現(xiàn)PWM控制。電流反饋信號(hào)來(lái)自主回路的電流取樣，電壓反饋信號(hào)來(lái)自主回路的電壓采樣。再將這兩個(gè)信號(hào)分別送至電流調(diào)節(jié)器和電壓調(diào)節(jié)器的反相輸入端，用來(lái)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。同時(shí)用來(lái)保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的過(guò)流過(guò)壓保護(hù)、電流和電壓值的顯示。電壓、電流的給定信號(hào)則由單片機(jī)或電位器提供。再次，文章對(duì)各個(gè)模塊從理論和實(shí)際的上都做了仔細(xì)的分析和設(shè)計(jì)，并給出了具體的電路圖，同時(shí)寫出了軟件流程圖以及設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的地方。整個(gè)系統(tǒng)由DSP板和ADC板組成。DSP板完成PWM生成、PID運(yùn)算、環(huán)境開(kāi)關(guān)量檢測(cè)、環(huán)境開(kāi)關(guān)量生成以及本地控制。ADC板主要完成前饋電壓信號(hào)采集、負(fù)載電壓信號(hào)采集、負(fù)載電流信號(hào)采集、以及對(duì)信號(hào)的一階數(shù)字低通濾波。由于整個(gè)系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng)，要求采樣速率相當(dāng)高。本系統(tǒng)采用FPGA來(lái)控制ADC，這樣就避免了高速采樣占用系統(tǒng)資源的問(wèn)題，減輕了DSP的負(fù)擔(dān)。DSP可以將讀到的ADC信號(hào)做PID調(diào)節(jié)，從而產(chǎn)生PWM波來(lái)控制逆變橋的開(kāi)關(guān)速率，從而達(dá)到閉環(huán)控制的目的。 最后，對(duì)數(shù)字化開(kāi)關(guān)電源和模擬開(kāi)關(guān)電源做了對(duì)比測(cè)試，得出了預(yù)期結(jié)論。同時(shí)也提出了一些需要改進(jìn)的地方，認(rèn)為該方案在其他相關(guān)行業(yè)中可以廣泛地應(yīng)用。模擬控制電路因?yàn)槭褂迷S多零件而需要很大空間，這些零件的參數(shù)值還會(huì)隨著使用時(shí)間、溫度和其它環(huán)境條件的改變而變動(dòng)并對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性和響應(yīng)能力造成負(fù)面影響。數(shù)字電源則剛好相反，同時(shí)數(shù)字控制還能讓硬件頻繁重復(fù)使用、加快上市時(shí)間以及減少開(kāi)發(fā)成本與風(fēng)險(xiǎn)。在當(dāng)前對(duì)產(chǎn)品要求體積小、智能化、共通化、精度高和穩(wěn)定度好等前提條件下，數(shù)字化開(kāi)關(guān)電源有著廣闊的發(fā)展空間。本系統(tǒng)來(lái)基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。能夠滿足較高精度的設(shè)計(jì)要求。但對(duì)于高精度數(shù)字化電源，系統(tǒng)還有值得改進(jìn)的地方，比如改進(jìn)主控器，提高參考電壓的精度，提高采樣器件的精度等，都可以提高系統(tǒng)的精度。 本系統(tǒng)涉及電子、通信和測(cè)控等技術(shù)領(lǐng)域，將數(shù)字PID算法與電力電子技術(shù)、通信技術(shù)等有機(jī)地結(jié)合了起來(lái)。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案不僅可以用在電源控制器上，只要是相關(guān)的領(lǐng)域都可以采用。
上傳時(shí)間： 2013-06-29
上傳用戶：dreamboy36
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