无线传感器网络节点芯片中I~2C控制器的设计

论文摘要

无线传感器网络作为信息科学领域中一个全新的发展方向,也是新兴学科与传统学科学术交叉的结果,已经引起了世界各国军事部门、工业界和学术界的极大关注。作为无线传感器网络的承载基础,无线传感器网络节点技术至关重要。而I~2C总线以其接口简单,成本低和扩展性好等优点在数字系统中得到了广泛的应用。本课题通过对无线传感器网络节点芯片总线的通讯扩展,使之能够与更多的外围器件进行数据交换,从而构成更复杂、应用范围更为广泛的系统。为了简化系统、提高系统的灵活性,将I~2C控制器连接于无线传感器网络节点芯片内部的SFR总线上,来实现与外部设备之间高效、可靠和方便的串行通信。该I~2C控制器的设计主要是采用Verilog HDL语言在FPGA上来实现的。针对该无线传感器网络节点芯片低功耗的设计思想,在所设计的I~2C控制器中添加时钟选择模块和增加停止信号来实现与内部的快速和外部的低速串行通信,以达到降低功耗的目的。同时,为了更进一步的增加系统的灵活性,所设计的I~2C控制器具有主/从两种模式,能够在不同的情况下实现主/从两种模式的相互转换。所设计的I~2C控制器在华宏NEC0.35的库下,经DC综合后进行了时序仿真。从仿真波形中可以看出在加入低功耗和提升灵活性的设计后,数据传输仍然能够有序、有效、稳定地进行,设计完全符合I~2C总线的传输规范,能够较好地满足无线传感器网络节点芯片对设计的要求,实现8位并行数据与串行数据之间的相互转换。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 无线传感器网络的发展与应用
• 1.2 无线传感器网络节点芯片总线通讯扩展的选择
• 1.3 课题的目的与意义
• 1.4 论文研究的主要目标与内容
• 2C 总线协议'>2 I²C 总线协议
• 2C 总线的概念'>2.1 I²C 总线的概念
• 2C 总线的信号线和接口电路'>2.2 I²C 总线的信号线和接口电路
• 2C 总线的位传输'>2.3 I²C 总线的位传输
• 2C 总线的数据传输'>2.4 I²C 总线的数据传输
• 2.5 重复起始条件
• 2.6 子地址
• 2C 控制器设计'>3 针对无线传感器网络节点芯片的I²C 控制器设计
• 2C 控制器的实现方式'>3.1 低功耗I²C 控制器的实现方式
• 3.2 增加系统灵活性的实现方式
• 3.3 增加系统稳定性的实现方式
• 2C 总线控制器的设计方法'>3.4 I²C 总线控制器的设计方法
• 2C 总线控制器各模块的具体实现'>4 I²C 总线控制器各模块的具体实现
• 4.1 实现功能
• 2C 总线控制器的顶层设计'>4.2 I²C 总线控制器的顶层设计
• 4.3 顶层模块结构的划分
• 4.4 内部各模块的具体设计与实现
• 2C 总线控制器的RTL 级的实现'>4.5 I²C 总线控制器的RTL 级的实现
• 2C 总线控制器的硬件仿真'>5 I²C 总线控制器的硬件仿真
• 5.1 器件的选择
• 5.2 硬件仿真
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献