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多参数数字化阵列传感器高速通信适配器设计

作　者: 那凯鹏
导　师: 李永红
学　校: 中北大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 阵列传感器 FIFO FLASH存储器 FPGA CP2200
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 65次
引　用: 1次
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内容摘要


我国的飞行器表面测试技术还不是很成熟,测试系统还不完善。数据还只能通过遥测系统获得,急需采集存储实时数据的新途径。本课题“多参数数字化阵列传感器高速通信适配器设计”,就是要设计一种可以实时存储多路多参数数据的存储设备,弥补遥测系统的带宽缺陷,分担遥测系统的传输任务,全程实时存储多路数据,供分析使用。课题分析了多参数数字化阵列传感器数据的具体特征,提出了八路间歇性数据并行存储的解决方案,设计分为:以太网传输模块(CP2200),协议解析模块(MCU),FPGA模块和存储模块。基于以太网10/100Mbps的带宽,采用C8051F120作为微控制器,通过以太网芯片CP2200与上位机连接,加快了数据的传输速率。介绍了系统实现的硬件结构以及CP2200的驱动程序设计。充分利用FPGA内部资源,给出了内部FIFO的集成方法,降低了“亚稳态”概率,能正确判决存储器的空、满和半满状态;介绍了FLASH存储器的使用方法,设计了无效块处理方案;设计了串并相互转换的UART模块;设计了对八路信号进行编码和数据读取控制的数据编码模块;设计了以太网接口控制逻辑模块,实现FPGA与以太网传输模块的连接。经模块仿真与分析,该设计方案极具可行性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
1. 绪论  10-17
  1.1 课题研究的目的和意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-16
    1.2.1 嵌入式internet 的发展现状  11-14
    1.2.2 非易失性存储介质的发展现状  14-15
    1.2.3 大容量存储器的发展现状  15-16
  1.3 本论文研究的内容  16-17
2. 系统分析和总体方案设计  17-27
  2.1 适配器设计原则  17-18
    2.1.1 模块化设计原则  17
    2.1.2 微型化原则  17-18
  2.2 适配器的系统分析和设计方案  18-23
    2.2.1 适配器的组成分析  18
    2.2.2 存储模块设计  18-20
    2.2.3 数据接收、编码方案分析  20-22
    2.2.4 适配器总体存储方案  22-23
  2.3 命令接收、读数分析与方案设计  23-25
    2.3.1 读数方案选择  23-24
    2.3.2 以太网控制器的选择  24
    2.3.3 MCU 的选择  24-25
  2.4 电源设计  25-26
  2.5 本章小结  26-27
3. 以太网传输模块  27-35
  3.1 系统硬件设计  27-28
  3.2 CP2200 驱动程序的设计  28-34
    3.2.1 CP2200 的初始化  28-31
    3.2.2 CP2200 发送数据包过程  31-34
  3.3 本章总结  34-35
4. 协议解析控制模块  35-44
  4.1 微控制器  35-38
  4.2 协议解析控制模块  38-43
    4.2.1 协议解析控制模块的功能  38-39
    4.2.2 上位机命令的解析  39-42
    4.2.3 FPGA 接收数据的组织方式  42
    4.2.4 数据传输组织方式  42-43
  4.3 本章总结  43-44
5. 逻辑控制模块  44-72
  5.1 模块功能要求  44
  5.2 FPGA 的技术特点和芯片选型  44-47
    5.2.1 FPGA 简介  44-45
    5.2.2 FPGA 与 DSP 的比较  45-46
    5.2.3 FPGA 与 CPLD 的比较  46-47
    5.2.4 Quartus Ⅱ概述  47
  5.3 逻辑控制模块的顶层设计  47-48
  5.4 管理控制模块的设计  48-49
  5.5 UART 模块的设计  49-51
    5.5.1 UART 模块的功能要求  49
    5.5.2 串-并功能实现与时序仿真  49-51
  5.6 时钟产生模块的设计  51-52
  5.7 FIFO 模块  52-62
    5.7.1 异步FIFO 原理  53-54
    5.7.2 格雷码计数器  54-55
    5.7.3 格雷码-二进制的转换模块  55-56
    5.7.4 同步模块的设计  56
    5.7.5 空/满/半满标志产生逻辑  56-58
    5.7.6 存储器设计  58
    5.7.7 FIFO 模块的顶层模型  58-62
  5.8 数据的编码实现  62-64
  5.9 以太网接口控制逻辑模块的设计  64-65
  5.10 FLASH 逻辑控制模块的设计  65-71
  5.11 本章小结  71-72
6. 系统集成和调试  72-80
  6.1 适配器样图  72-75
    6.1.1 存储模块结构设计  72-74
    6.1.2 整体结构  74-75
  6.2 以太网传输模块CP2200 通信调试  75-77
  6.3 FPGA 单元程序调试  77-79
  6.4 本章小结  79-80
总结与展望  80-81
参考文献  81-84
攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的研究成果  84-85
致谢  85

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器
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