随着计算机及其外围设备的发展，传统的并行接口和串行接口在灵活性和接口扩展等方面存在的缺陷愈来愈不可回避，并逐渐成为计算机通信的瓶颈。在这种情况下，通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)诞生了。USB由于具有传输速率高、价格便宜、使用方便、灵活性高、支持热插拔、接口标准化和易于扩展等优点，目前已经成为计算机外设接口的主流技术，在计算机外围设备和消费类电子领域正获得越来越多的应用。 @@ 本文基于USB2．0协议规范，设计了一款支持高速和全速传输的USB2．0设备控制器IP核。文中着重介绍了这款设备控制器IP核的设计和FPGA验证工作，详细研究并分析了USB2．0规范，根据规范提出了一种USB2．0设备控制器整体构架方案，描述了各个功能子模块硬件电路的功能及实现。从可重用的角度出发，对设备控制器模块进行优化设计，增加多个灵活的配置选项，根据不同的应用对硬件进行配置，使其在满足要求的情况下去除冗余电路，以减少占用面积和功耗，从而使其灵活地应用于各种USB系统。本文还研究了IP核的验证方法，并对所设计的USB2．0设备控制器建立了功能完备的ModelSim仿真验证环境，搭建了FPGA硬件验证平台，设计了具有AHB接口的设备控制器和带有8051的设备控制器，并分别在FPGA平台上进行了功能验证。 @@ 本文所设计的USB2．0设备控制器IP核可配置性高，使用者可以自由配置所需端点的个数以及每个端点类型等，可以集成于多种USB系统中，适于各类USB设备的开发。本课题所取得的成果为USB2．0设备类的研究和开发积累了经验，并为后来实验室某项目测试芯片的USB数据采集提供了参考方案，也为未来USB3．0接口IP核的开发和应用奠定了基础。 @@关键词USB2．0控制器；IP核；FPGA；验证
上传时间： 2013-06-30
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激光打标是指利用高能量密度的激光束在物件表面作永久性标刻。激光打标以其“打标速度快、性能稳定、打标质量好”等优势，获得了日益广泛的应用。传统的激光打标系统一般是基于ISA总线或PCI总线的，运动控制卡必须插在计算机的PCI插槽内，且不支持热捅拔，影响了控制卡的稳定性；以单片机为主控制器的激光打标控制卡虽然成本低、运行可靠，但由于其运算速度慢、存储容量有限，限制了它的应用范围。 运动控制卡是激光打标系统的核心组成部分。本文设计了一种新型的基于USB总线，以FPGA为主控单元的振镜扫描式激光打标控制卡，它利用了USB总线高速、稳定、易用和FPGA资源丰富、处理能力强、易扩展等优点，将PC机强大的信息处理能力与运动控制卡的运动控制能力相结合，具有信息处理能力强、开放程度高、使用方便的特点。 本文首先介绍了激光打标的原理，激光打标技术的发展现状以及激光打标系统的组成结构。在对USB总线技术作了简要介绍后，详细讨论了激光打标控制卡的硬件电路设计，包括USB接口电路，FPGA主控单元电路，D/A单元电路，存储器电路，I/O接口电路等。接着对USB接口单元的固件程序和FPGA中USB接口功能模块、D/A写控制功能模块和SRAM读写控制功能模块的程序做了详细设计，通过软硬件调试，控制卡实现了USB通信，输出两路模拟信号，SRAM数据读写，数字量输入输出等功能。
上传时间： 2013-04-24
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现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)是可编程逻辑器件的一种，它的出现是随着微电子技术的发展，设计与制造集成电路的任务已不完全由半导体厂商来独立承担。系统设计师们更愿意自己设计专用集成电路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)．芯片，而且希望ASIC的设计周期尽可能短，最好是在实验室里就能设计出合适的ASIC芯片，并且立即投入实际应用之中。现在，FPGA已广泛地运用于通信领域、消费类电子和车用电子。 本文中涉及的I/O端口模块是FPGA中最主要的几个大模块之一，它的主要作用是提供封装引脚到CLB之间的接口，将外部信号引入FPGA内部进行逻辑功能的实现并把结果输出给外部电路，并且根据需要可以进行配置来支持多种不同的接口标准。FPGA允许使用者通过不同编程来配置实现各种逻辑功能，在IO端口中它可以通过选择配置方式来兼容不同信号标准的I/O缓冲器电路。总体而言，可选的I/O资源的特性包括：IO标准的选择、输出驱动能力的编程控制、摆率选择、输入延迟和维持时间控制等。 本文是关于FPGA中多标准兼容可编程输入输出电路(Input/Output Block)的设计和实现，该课题是成都华微电子系统有限公司FPGA大项目中的一子项，目的为在更新的工艺水平上设计出能够兼容单端标准的I/O电路模块；同时针对以前设计的I/O模块不支持双端标准的缺点，要求新的电路模块中扩展出双端标准的部分。文中以低压双端差分标准(LVDS)为代表构建双端标准收发转换电路，与单端标准比较，LVDS具有很多优点： (1)LVDS传输的信号摆幅小，从而功耗低，一般差分线上电流不超过4mA，负载阻抗为100Ω。这一特征使它适合做并行数据传输。 (2)LVDS信号摆幅小，从而使得该结构可以在2.5V的低电压下工作。 (3)LVDS输入单端信号电压可以从0V到2.4V变化，单端信号摆幅为400mV，这样允许输入共模电压从0.2V到2.2V范围内变化，也就是说LVDS允许收发两端地电势有±1V的落差。 本文采用0.18μm1.8V/3.3V混合工艺，辅助Xilinx公司FPGA开发软件ISE，设计完成了可以用于Virtex系列各低端型号FPGA的IOB结构，它有灵活的可配置性和出色的适应能力，能支持大量的I/O标准，其中包括单端标准，也包括双端标准如LVDS等。它具有适应性的优点、可选的特性和考虑到被文件描述的硬件结构特征，这些特点可以改进和简化系统级的设计，为最终的产品设计和生产打下基础。设计中对包括20种IO标准在内的各电器参数按照用户手册描述进行仿真验证，性能参数已达到预期标准。
上传时间： 2013-05-15
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现场可编程门阵列(FPGA)的发展已经有二十多年，从最初的1200门发展到了目前数百万门至上千万门的单片FPGA芯片。现在，FPGA已广泛地应用于通信、消费类电子和车用电子类等领域，但国内市场基本上是国外品牌的天下。 在高密度FPGA中，芯片上时钟分布质量变的越来越重要，时钟延迟和时钟偏差已成为影响系统性能的重要因素。目前，为了消除FPGA芯片内的时钟延迟，减小时钟偏差，主要有利用延时锁相环(DLL)和锁相环(PLL)两种方法，而其各自又分为数字设计和模拟设计。虽然用模拟的方法实现的DLL所占用的芯片面积更小，输出时钟的精度更高，但从功耗、锁定时间、设计难易程度以及可复用性等多方面考虑，我们更愿意采用数字的方法来实现。 本论文是以Xilinx公司Virtex-E系列FPGA为研究基础，对全数字延时锁相环(DLL)电路进行分析研究和设计，在此基础上设计出具有自主知识产权的模块电路。 本文作者在一年多的时间里，从对电路整体功能分析、逻辑电路设计、晶体管级电路设计和仿真以及最后对设计好的电路仿真分析、电路的优化等做了大量的工作，通过比较DLL与PLL、数字DLL与模拟DLL，深入的分析了全数字DLL模块电路组成结构和工作原理，设计出了符合指标要求的全数字DLL模块电路，为开发自我知识产权的FPGA奠定了坚实的基础。 本文先简要介绍FPGA及其时钟管理技术的发展，然后深入分析对比了DLL和PLL两种时钟管理方法的优劣。接着详细论述了DLL模块及各部分电路的工作原理和电路的设计考虑，给出了全数字DLL整体架构设计。最后对DLL整体电路进行整体仿真分析，验证电路功能，得出应用参数。在设计中，用Verilog-XL对部分电路进行数字仿真，Spectre对进行部分电路的模拟仿真，而电路的整体仿真工具是HSIM。 本设计采用TSMC0.18μmCMOS工艺库建模，设计出的DLL工作频率范围从25MHz到400MHz，工作电压为1.8V，工作温度为-55℃～125℃，最大抖动时间为28ps，在输入100MHz时钟时的功耗为200MW，达到了国外同类产品的相应指标。最后完成了输出电路设计，可以实现时钟占空比调节，2倍频，以及1.5、2、2.5、3、4、5、8、16时钟分频等时钟频率合成功能。
上传时间： 2013-06-10
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随着科学技术的飞速发展，电子测量技术被广泛应用在电子、机械、医疗、测控及航天等各个领域，而电子测量技术要用到各种形式的高质量信号源，因此任意波形发生器的研制就具有非常重要的现实意义。 本文便是基于DDS(DirectDigitalSynthesis)技术进行任意波形发生器研制的。要求可以产生正弦波、方波、三角波与锯齿波等常规波形，而且能够产生任意波形，从而满足研究的需要。具体工作如下： (一)介绍国内外关于任意波形发生器研究的发展情况，阐述频率合成技术的各种方式与技术对比情况，并选定直接数字频率合成技术进行研制。 (二)介绍系统的硬件设计构成与功能实现，并对系统部件进行逐一细述。选用单片机作为控制模块，使用FPGA实现DDS功能作为技术核心，并对外围电路的设计与接口技术进行分析。 (三)讲述DDS的工作原理、工作特点与技术指标，并基于FPGA芯片EP1C3T144C8进行设计，通过使用相位累加器与波形ROM等模块，实现DDS功能。同时辅以使能模块与行列式键盘，实现各种波形的灵活输出。 (四)给出系统产生的测试数据，并对影响频谱纯度的杂散与噪声产生的原因进行分析。
上传时间： 2013-04-24
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在现代电子系统中，数字化已经成为发展的必然趋势，接收机数字化是电子系统数字化中的一项重要内容，对数字化接收机的研究具有重要的意义。随着数字化理论和微电子技术的迅速发展，高速的中频数字化接收机的实现已经成为可能。本文研究了一种基于FPGA的软件无线电数字接收平台的设计，并着重研究了其中数字中频处理单元的设计和实现。FPGA器件具有设计灵活、开发周期短和开发成本低等优点，所以广泛应用于各种通信系统中。相比于传统的DSP串行结构，FPGA能够进行流水线性设计，对数据进行并行处理，所以FPGA在进行数据量大，要求实时处理的系统设计时有很大的优势。 本文首先首先分析了软件无线电当前的发展趋势及技术现状，针对存在的处理速度跟不上的DSP瓶颈问题，提出了中频软件无线电的FPGA实现方案。本文以FPGA实现为重点，在深入分析软件无线电相关理论的基础上，着重研究和完成了中频软件无线电数字接收平台两大模块的FPGA实现：数字下变频相关模块和数字调制解调模块。其中，在深入研究数字下变频实现结构的基础上，首先对数字下变频模块的数控振荡器(NCO)采用了直接频率合成技术(DDS)实现，其频率分辨率高，灵活，易于实现；高效抽取滤波器组由积分梳状滤波器(CIC)，半带滤波器(HB)，FIR滤波器组成。对积分梳状滤波器(CIC)本文采用了Hogenaur“剪除”理论对内部寄存器的位宽进行改进，极大地节约了资源，提高了运行速率。对FIR滤波器和半带滤波器采用了(DA)分布式算法，它的运行速度只与数据的宽度有关，只有加减法运算和二进制除法，既缩减了系统资源又大大节省了运算时间，实现了高效的实时处理。对数字调制解调模块，重点研究和完成了2ASK和2FSK的调制解调的FPGA实现，模块有很好的通用性，能方便地移植到其它的系统中。在文章的最后还对整个系统进行了Matlab仿真，验证了系统设计思想的正确性。在系统各个关键模块的设计过程中，都是先依据一定的设计指标进行verilog编程，然后再在Quartus软件中编译，时序仿真测试，并与Matlab仿真结果进行对比，验证设计的正确性。
上传时间： 2013-05-18
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自20世纪90年代以来，随着计算机技术、超大规模集成电路技术和通信及网络技术的发展，微机保护和测控装置的性能得到大幅提升，以此为基础的变电站自动化系统在我国的电力系统中得到长足的发展和广泛的应用。 @@ 为增加产品的市场竞争力，电力系统二次设备生产厂商紧跟市场需求，将各种具有高性价比的新型处理器芯片和外围芯片大量应用到变电站自动化系统的保护、测控装置上，如32位CPU、数字信号处理芯片DSP、高速高精度A/D转换芯片、大容量Flash存储芯片、可编程逻辑器件CPLD、FPGA等。这些功能强大的器件的应用使保护测控装置在外形上趋于小型化集成化，而在功能上则较以前有显著提升。同时，各种成熟的商用嵌入式实时操作系统的采用使处理器的性能得到充分发挥，装置通信、数据存储及处理能力更强，性能大幅提高，程序移植升级更加方便快捷。 @@ 本论文以现阶段国内外变电站自动化系统测控技术为参考，根据变电站自动化系统的发展趋势和要求，研究一种基于ARM和FPGA技术并采用嵌入式实时操作系统的高性能测控装置，并给出硬软件设计。 @@ 装置硬件采用模块化设计，按照测控装置基本功能设计插件板。分为主CPU插件、交流采样插件、遥信采集插件、遥控出口插件、直流采样及输出插件。除主CPU插件，其他插件的数量可以根据需要任意增减，满足不同用户的需求。 @@ 装置主CPU采用目前先进的基于ARM技术的微处理器AT91RM9200，通过数据、地址总线和其他插件板连接，构成装置的整个系统。交流采样插件采用FPGA技术，利用ALTERA公司的FPGA芯片EP1K10实现交流采样的控制，降低了CPU的负担。 @@ 软件采用Vxworks嵌入式实时操作系统，增加了系统的性能。以任务来管理不同的软件功能模块，利于装置软件的并行开发和维护。 @@关键词：测控装置；嵌入式实时操作系统；ARM；现场可编程门阵列
上传时间： 2013-04-24
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近年来，大容量数据存储设备主要是机械硬盘，机械硬盘采用机械马达和磁片作为载体，存在抗震性能低、高功耗和速度提升难度大等缺点。固态硬盘是以半导体作为存储介质及控制载体，无机械装置，具有抗震、宽温、无噪、可靠和节能等特点，是目前存储领域所存在问题的解决方案之一。本文针对这一问题，设计基于FPGA的固态硬盘控制器，实现数据的固态存储。 文章首先介绍硬盘技术的发展，分析固态硬盘的技术现状和发展趋势，阐述课题研究意义，并概述了本文研究的主要内容及所做的工作。然后从分析固态硬盘控制器的关键技术入手，研究了SATA接口协议和NANDFLASH芯片特性。整体设计采用SOPC架构，所有功能由单片FPGA完成。移植MicroBlaze嵌入式处理器软核作为主控制器，利用Verilog HDL语言描述IP核形式设计SATA控制器核和NAND FLASH控制器核。SATA控制器核作为高速串行传输接口，实现SATA1.0协议，根据协议划分四层模型，通过状态机和逻辑电路实现协议功能。NAND FLASH控制器核管理NANDFLASH芯片阵列，将NAND FLASH接口转换成通用的SRAM接口，提高访问效率。控制器完成NAND FLASH存储管理和纠错算法，实现数据的存储和读取。最后完成固态硬盘控制器的模块测试和整体测试，介绍了测试方法、测试工具和测试流程，给出测试数据和结果分析，得出了验证结论。 本文设计的固态硬盘控制器，具有结构简单和稳定性高的特点，易于升级和二次开发，是实现固态硬盘和固态存储系统的关键技术。
上传时间： 2013-05-28
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FPGA作为新一代集成电路的出现，引起了数字电路设计的巨大变革。随着FPGA工艺的不断更新与改善，越来越多的用户与设计公司开始使用FPGA进行系统开发，因此，PFAG的市场需求也越来越高，从而使得FPGA的集成电路板的工艺发展也越来越先进，在如此良性循环下，不久的将来，FPGA可以主领集成电路设计领域。正是由于FPGA有着如此巨大的发展前景与市场吸引力，因此，本文采用FPGA作为电路设计的首选。 @@ 随着FPGA的开发技术日趋简单化、软件化，从面向硬件语言的VHDL、VerilogHDL设计语言，到现在面向对象的System Verilog、SystemC设计语言，硬件设计语言开始向高级语言发展。作为一个软件设计人员，会很容易接受面向对象的语言。现在软件的设计中，算法处理的瓶颈就是速度的问题，如果采用专用的硬件电路，可以解决这个问题，本文在第一章第二节详细介绍了软硬结合的开发优势。另外，在第一章中还介绍了知识产权核心（IP Core）的发展与前景，特别是IP Core中软核的设计与开发，许多FGPA的开发公司开始争夺软核的开发市场。 @@ 数字电路设计中最长遇到的就是通信的问题，而每一种通信方式都有自己的协议规范。在CPU的设计中，由于需要高速的处理速度，因此其内部都是用并行总线进行通信，但是由于集成电路资源的问题，不可能所有的外部设备都要用并行总线进行通信，因此其外部通信就需要进行串行传输。又因为需要连接的外部设备的不同，因此就需要使用不同的串行通信接口。本文主要介绍了小型CPU中常用的三种通信协议，那就是SPI、I2C、UART。除了分别论述了各自的通信原理外，本文还特别介绍了一个小型CPU的内部构造，以及这三个通信协议在CPU中所处的位置。 @@ 在硬件的设计开发中，由于集成电路本身的特殊性，其开发流程也相对的复杂。本文由于篇幅的问题，只对总的开发流程作了简要的介绍，并且将其中最复杂但是又很重要的静态时序分析进行了详细的论述。在通信协议的开发中，需要注意接口的设计、时序的分析、验证环境的搭建等，因此，本文以SPI数据通信协议的设计作为一个开发范例，从协议功能的研究到最后的验证测试，将FPGA 的开发流程与关键技术等以实例的方式进行了详细的论述。在SPI通信协议的开发中，不仅对协议进行了详细的功能分析，而且对架构中的每个模块的设计都进行了详细的论述。@@关键词：FPGA；SPI；I2C；UART；静态时序分析；验证环境
上传时间： 2013-04-24
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随着现代DSP、FPGA等数字芯片的信号处理能力不断提高，基于软件无线电技术的现代通信与信息处理系统也得到了更为广泛的应用。软件无线电的基本思想是以一个通用、标准、模块化的硬件系统作为其应用平台，把尽可能多的无线及个人通信和信号处理的功能用软件来实现，从而将无线通信新系统、新产品的开发逐步转移到软件上来。另一方面，现代信号处理系统对数据的处理速度、处理精度和动态范围的要求也越来越高，需要每秒完成几千万到几百亿次运算。因此研制具备高速实时信号处理能力的通用硬件平台越来越受到业界的重视。 @@ 目前的高速实时信号处理系统一般均采用DSP+FPGA的架构，其中DSP主要负责完成系统通信和基带信号处理算法，而FPGA主要完成信号预处理等前端算法，并提供系统常用的各种外部接口逻辑。本文的主要工作就在于完成通用型高速实时信号处理系统的FPGA软件设计。 @@ 本文提出了一种基于多DSP与FPGA的通用高速实时信号处理系统的架构。综合考虑各方面因素，作者选择使用两片ADSP-TS201浮点DSP以混合耦合模型构成系统信号处理核心；以Xilinx公司最新的高性能FPGA Virtex-5系列的XC5VLX50T提供系统所需的各种接口，包括与ADSP-TS201的高速Linkport接口以及SPI、UART、SPORT等常用外设接口。此外，作者还选择了ADSP-BF533定点DSP加入系统当中以扩展系统音视频信号处理能力，体现系统的通用性。 @@ 基于FPGA的嵌入式系统设计正逐渐成为现代FPGA应用的一个热点。结合课题需要，作者以Xilinx公司的MicroBlze软核处理器为核心在Virtex-5片内设计了一个嵌入式系统，完成了对CF卡、DDR2 SDRAM存储器的读写控制，并利用片内集成的三态以太网MAC硬核模块，实现了系统与上位PC机之间的以太网通信链路。此外，为扩展系统功能，适应未来可能的软件升级，进一步提高系统的通用性，还将嵌入式实时操作系统μC/OS-II移植到MicroBlaze处理器上。 @@ 最后，作者介绍了基于Xilinx RocketIO GTP收发器的高速串行传输设计的关键技术和基本的设计方法，充分体现了目前高速实时信号处理系统的发展要求和趋势。 @@关键词：高速实时信号处理；FPGA；Virtex-5；嵌入式系统；MicroBlaze
上传时间： 2013-05-17
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