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太空座椅采集与控制系统设计

作　者: 龙涛
导　师: 张常年
学　校: 北方工业大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 座椅单片机摇杆 FPGA VGA
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 25次
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内容摘要

近年来,随着文化创意的不断扩展,虚拟太空旅行受到人们的普遍欢迎,而太空座椅作为一种体验载体,有一定的研究和开发价值。基于此,本文设计了太空座椅的采集和控制系统,主要分为三部分：座椅控制系统设计、摇杆设计和显示终端设计。其中座椅控制系统实现对座椅的上下升降、左右摇摆等运动的控制；摇杆系统实现摇杆的基本功能,包括方向按键、数字按键及其油门,而且可以自定义设备功能；显示终端能够在液晶显示器上显示字符,做到简洁流畅。座椅控制系统设计以单片机为核心,外围配有串口通信电路、继电器驱动电路和A/D转换电路,并基于硬件平台设计了控制程序。摇杆系统设计是基于AT90USB162微处理器进行开发的,设计了USB通信电路,并以USB的枚举过程和数据传输过程为基础开发了USB接口程序。显示终端系统以FPGA为开发平台,并结合视频D/A转换芯片完成了对VGA接口显示的控制,在设计过程中,对硬件电路的设计、FPGA的工作原理、开发流程以及VGA时序都做了详细的介绍。经过调试和试验验证,本文所设计的采集和控制系统具有很高的稳定性,而且能够根据需求变化而扩展功能,所以该系统具有较高的研发和应用价值。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
1 绪论  7-10
  1.1 引言  7
  1.2 国内外座椅控制平台研究现状  7-8
  1.3 本文研究内容  8-10
2 平台的建立和方案设计  10-13
  2.1 平台简介  10-11
  2.2 方案总体设计  11-12
    2.2.1 控制系统方案设计  11
    2.2.2 摇杆系统方案设计  11
    2.2.3 显示系统方案设计  11-12
    2.2.4 总体设计框图  12
  2.3 本章小结  12-13
3 座椅控制系统设计  13-22
  3.1 51单片机简介  13-14
  3.2 单片机控制电路  14-18
    3.2.1 单片机电源模块电路  14-15
    3.2.2 单片机最小系统电路  15-16
    3.2.3 串口通信模块电路  16-17
    3.2.4 继电器驱动电路  17
    3.2.5 A/D转换电路  17-18
  3.3 单片机控制程序设计  18-20
    3.3.1 控制主程序  18-19
    3.3.2 控制子程序  19-20
  3.4 小结  20-22
4 摇杆系统设计  22-33
  4.1 USB系统的结构  22-23
    4.1.1 USB主机  22-23
    4.1.2 USB设备  23
    4.1.3 USB设备插入检测机制  23
  4.2 USB设备的枚举过程  23-24
  4.3 摇杆硬件电路设计  24-26
    4.3.1 AT90USB162微处理器  24
    4.3.2 摇杆硬件电路  24-26
  4.4 摇杆软件程序设计  26-30
    4.4.1 摇杆主程序  26
    4.4.2 摇杆子程序  26-29
    4.4.3 报告描述符的构造  29-30
  4.5 摇杆调试及结果  30-32
  4.6 小结  32-33
5 显示终端系统设计  33-50
  5.1 FPGA介绍和开发流程  33-36
    5.1.1 FPGA简介  33-34
    5.1.2 FPGA开发流程  34-36
  5.2 FPGA配置电路设计  36-37
  5.3 FPGA电源设计  37-39
  5.4 VGA接口电路设计  39-41
  5.5 PCB设计  41-42
    5.5.1 电源设计  41
    5.5.2 布局  41
    5.5.3 布线  41-42
  5.6 FPGA程序设计  42-49
    5.6.1 VGA时序  42-44
    5.6.2 软件设计  44-47
    5.6.3 FPGA调试及结果  47-49
  5.7 小结  49-50
6 总结与展望  50-52
  6.1 结论  50
  6.2 展望  50-52
参考文献  52-54
申请学位期间的研究成果及发表的学术论文  54-55
致谢  55

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