基于FPGA的数字光纤监控系统的研究与设计

论文摘要

目前在复杂的工业控制领域,需要采集监控的信息量越来越大,传统的双绞线等电缆因为容量有限、抗干扰能力差、远距离传输延时大,已无法胜任。近年来随着光通信技术的进一步发展与成熟,光纤以其频带宽、容量大、抗干扰强、中继距离长等优点,已开始逐步取代传统的电缆。本文将数字化技术和光纤通信技术相结合,设计了一套高品质、非压缩的八路数字光纤监控系统,该系统基于时分复用技术,采用光纤线路8B/10B编解码的高速串行数字传输方式,实现了在一根光纤中同时传输多路视频、音频、数据信号。它分为光发射机和接收机的两大部分,其中各自硬件部分包括:视频缓冲放大、视频A/D或D/A转换、音频编解码、并串转换、串并转换、光纤收发、FPGA核心控制、数据接口、电源、LED显示十大模块,并在每一接口处添加了多级防雷保护电路,设计时采用了业界专用的高速电路设计Cadence软件,PCB采用四层板布线,保证了高速信号的完整性;软件部分主要包括8B/10B编解码模块、高速TLK1501模块、语音处理模块,采用了Verilog HDL和原理图混合编程的方法来进行硬件电路描述,利用Quartus II软件从仿真、综合到下载,都一一得到了实现。测试结果表明:该光传输系统稳定可靠地实现了八路视频、音频、数据的实时、高质传输,符合工业级的设计标准,能广泛应用于各种复杂恶劣的环境中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与现状
• 1.2 主要工作内容
• 1.3 本文组织结构
• 第二章 系统总体方案设计
• 2.1 硬件总体方案设计
• 2.1.1 硬件总体框图
• 2.1.2 硬件模块的选择
• 2.2 软件总体方案设计
• 2.2.1 开发工具
• 2.2.2 硬件描述语言
• 2.2.3 软件总体框图
• 2.2.4 软件模块设计
• 2.3 本章小结
• 第三章 系统的硬件设计
• 3.1 光发射机原理图的设计
• 3.1.1 视频缓冲放大电路
• 3.1.2 视频模数转换电路
• 3.1.3 音频编解码电路
• 3.1.4 并串转换电路
• 3.1.5 串并转换电路
• 3.1.6 光纤收发电路
• 3.1.7 FPGA核心控制模块
• 3.1.8 数据接口电路
• 3.1.9 电源模块
• 3.1.10 LED显示电路
• 3.2 光接收机原理图的设计
• 3.2.1 视频缓冲放大电路
• 3.2.2 视频数模转换电路
• 3.2.3 串并转换电路
• 3.2.4 并串转换电路
• 3.2.5 其它模块电路
• 3.3 系统PCB的设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 系统的软件设计
• 4.1 光纤线路8B/10B编解码模块
• 4.2 高速TLK1501 模块
• 4.3 语音处理模块
• 4.4 本章小结
• 第五章 系统测试与结论
• 5.1 系统调试
• 5.2 系统测试
• 5.2.1 视频测试
• 5.2.2 音频测试
• 5.2.3 RS232、RS485 通讯测试
• 5.2.4 实时性测试
• 5.2.5 电磁兼容与温度测试
• 5.3 测试结论
• 5.4 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者攻读硕士学位期间发表的论文