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射频收发片上系统开发板的设计与实现

作　者: 张亮
导　师: 董秀洁
学　校: 中原工学院
专　业: 信号与信息处理
关键词: FPGA SOPC NiosⅡ ISM
分类号: TN47
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


ISM(Industrial Scientific Medical)频段的无线射频技术，因其操作方便、使用灵活、无需授权许可等特点，在许多的实际应用中取代了有线数据传输。SOPC（Systemon a Programmable Chip）是一种灵活、高效的SOC解决方案，它将处理器、存储器、I/O口、LVDS等系统需要的功能模块集成到一个PLD器件上，构建成所谓可编程的片上系统。本课题正是对SOPC技术和ISM频段的射频技术进行研究与系统开发，采用FPGA做无线射频收发系统的控制器，使系统的大多功能集成在单片FPGA芯上，实现中短距离无线获取数据的功能。本文根据系统要求对器件进行选型，对FPGA芯片、外部存储器SDRAM和EPCS Flash芯片、数据采集与转换器件、射频收发器以及显示器等主要部件进行了研究、分析、论证，制定出系统的总体设计方案。采用先进的SOPC技术，利用Quartus II开发工具构建系统硬件，利用Nios II IDE和C/C++语言开发系统的软件。本文详细介绍了Nios II软核CPU、JTAG控制器、SDRAM存储器控制器、EPCSFlash控制器、数据采集模块控制器、射频收发模块控制器及LCD显示屏控制器等的硬软件设计流程，利用硬件描述语言和调用IP核相结合方式，完成片上系统的硬件设计。阐述系统外围硬件设计原理，给出具体电路、各单元模块仿真波形和系统调试结果，对测试结果进行整理和分析，比对设计要求进行总结测评。结果显示，用嵌入式技术在单片FPGA芯片上实现无线收发系统，与传统的控制器相比，具有可移植性强，应用灵活，设计周期短，且在线可编程等优点。该项成果可广泛应用于非接触射频智能卡、工业数据采集系统、小型无线数据终端、门禁系统、无线抄表系统、无线485/422数据通信等场合。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
1.绪论  10-13
  1.1 课题研究的背景  10-11
    1.1.1 ISM 频段射频技术  10
    1.1.2 SOPC 设计技术  10-11
  1.2 课题研究的目的和意义  11-12
  1.3 国内外关于本研究的发展水平与存在的问题  12
  1.4 课题研究的内容  12-13
2.系统总体方案设计  13-15
  2.1 系统目标要求  13
  2.2 系统概述  13-14
  2.3 本章小结  14-15
3.器件选型及外围电路的设计  15-31
  3.1 FPGA 芯片选型  15
  3.2 下载配置接口  15-17
  3.3 外设存储器  17-18
    3.3.1 SDRAM 的设计  17
    3.3.2 EPCS Flash 设计  17-18
  3.4 数据采集  18-22
    3.4.1 模拟信号采集  18-20
    3.4.2 数字信号采集  20-22
  3.5 射频收发器  22-26
  3.6 显示器  26-27
  3.7 功能控制键  27-28
  3.8 其它外围电路  28-30
    3.8.1 电源电路  28-29
    3.8.2 复位电路  29
    3.8.3 时钟模块  29-30
  3.9 PCB 版图  30
  3.10 本章小结  30-31
4 片上系统的设计  31-53
  4.1 片上系统的开发流程  31-32
  4.2 开发工具介绍  32-33
    4.2.1 QuartusⅡ简介  32-33
    4.2.2 SOPC Builder 简介  33
    4.2.3 Nios II IDE 简介  33
  4.3 片上系统的硬件设计  33-41
    4.3.1 Nios II CPU 软核  33-35
    4.3.2 JTAG 口控制器  35
    4.3.3 EPCS Flash 控制器  35-36
    4.3.4 SDRAM 控制器  36-37
    4.3.5 ADC0809 控制器  37
    4.3.6 DS18B20 控制器  37-38
    4.3.7 UTC-903SE 控制器  38
    4.3.8 LCD1602 控制器  38-39
    4.3.9 功能控制键  39
    4.3.10 其它 IP 模块和用户逻辑  39-40
    4.3.11 片上系统硬件  40-41
  4.4 片上系统软件设计  41-52
    4.4.1 模拟量采集模块的软件设计  41-43
    4.4.2 数字量采集模块的软件设计  43-47
    4.4.3 射频模块的软件设计  47-50
    4.4.4 LCD1602 显示模块的软件设计  50-52
  4.5 本章小结  52-53
5.系统调试  53-57
  5.1 SignalTap II 简介  53
  5.2 模拟量采集模块测试  53-54
  5.3 数字量采集模块测试  54
  5.4 射频模块测试  54-55
  5.5 LCD1602 显示模块测试  55
  5.6 整个系统功能测试  55-56
  5.7 本章小结  56-57
6.总结  57-58
参考文献  58-61
附录：硕士研究生学习阶段发表论文  61-62
致谢  62-63

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 微电子学、集成电路（IC） > 大规模集成电路、超大规模集成电路
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