基于FPGA的SOPC实验系统的研究与开发

论文摘要

随着电子设计技术的不断发展和现场可编程逻辑门阵列FPGA(Field Programmable Gate Array)器件的集成度不断提高,片上可编程系统SOPC(System On Programmable Chip)技术逐渐成为电子设计自动化EDA(Electronic Design Automation)技术发展的新方向。本课题研究的目的是设计一种适用于本科教学的SOPC实验教学系统方案,并使该方案能够充分体现系统性和实用性特点。本文在对FPGA芯片和实验教学系统认真分析的基础上,制定了基于SOPC技术的实现方案,并分别对该系统硬件电路设计、软件实验项目设计和仿真验证等进行了详细介绍。硬件电路采用Altera公司的Cyclone系列芯片EP1C12Q240为核心芯片,外接存储器模块、输入输出模块、时钟电路模块、各种接口模块、电源模块和传感器模块;软件实验项目分为基础实验项目设计、综合设计实验项目和创新实验项目,并分别对实验实例进行了仿真验证,设计输入采用原理图输入法和硬件描述语言文本输入法。本研究设计的实验教学系统方案与以往的方案相比较,具有软硬件在系统可编程的功能,灵活的设计方式,可升级,可裁减,可靠性高,成本低;软件实验项目具有从简单到复杂、从基础性实验逐步向自主创新性实验延伸的特色,使接受该实验训练的学生能够较快地掌握FPGA的设计方法,充分调动学生自主创新的主观能动性,进而最大限度地提高学生的学习兴趣,培养学生的自主创新能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 1.3.1 硬件电路设计
• 1.3.2 软件实验项目设计
• 1.4 论文结构安排
• 第2章 系统总体方案的设计
• 2.1 EDA 实验教学系统的比较
• 2.2 总体设计方案
• 2.2.1 硬件电路设计
• 2.2.2 软件设计流程
• 2.3 FPGA、SOPC 介绍
• 2.3.1 FPGA 简介
• 2.3.2 SOPC 技术
• 2.4 Nios II 处理器
• 2.5 技术难点分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 系统硬件电路设计
• 3.1 核心控制模块
• 3.2 电源电路设计
• 3.3 存储器模块电路设计
• 3.3.1 SDRAM 存储器
• 3.3.2 FLASH 存储器
• 3.4 输入输出电路设计
• 3.4.1 输入接口
• 3.4.2 输出接口
• 3.4.3 扩展接口
• 3.5 时钟和复位电路设计
• 3.6 编程/配置模块电路设计
• 3.6.1 JTAG 配置方式
• 3.6.2 AS 配置方式
• 3.7 VGA 、PS/2、UART 接口模块
• 2C 接口模块'>3.8 I²C 接口模块
• 3.9 USB 接口电路
• 3.10 温度传感器电路
• 3.11 本章小结
• 第4章 软件实验项目设计
• 4.1 基础实验设计
• 4.1.1 基本逻辑电路设计
• 4.1.2 SOPC 系统设计实践
• 4.2 综合实验设计
• 4.2.1 多功能数字时钟设计
• 4.2.2 数字频率计设计
• 4.2.3 VGA 图像显示控制电路设计
• 4.3 创新实验设计
• 4.3.1 FIR 滤波器设计
• 4.3.2 数字调制系统设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 论文工作总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢
• 作者简介
• 详细摘要