论文题目: SOPC的技术研究——基于SOPC的数据采集系统
论文类型: 硕士论文
论文专业: 光学工程
作者: 林鹏
导师: 郝庭柱
关键词: 片上可编程系统,数据采集,微处理器
文献来源: 天津理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 论文简要论述了嵌入式系统发展趋势,比较分析了采用ASIC, CPU实现数字系统的优缺点,介绍了一种新型的设计方案,即SOPC(可编程片上系统),并研究了基于Nios处理器的SOPC设计技术。论文分析了嵌入式硬核和软核处理器性能和特点,着重介绍了Altera公司推出的新一代Nios处理器的结构、性能及总线规范。针对通用嵌入式系统开发特别是数据采集系统的设计需求,提出了一个基于Nios处理器的数据采集系统设计思想,分析了该系统功能和组成,给出了系统整体设计方案,并实现了该系统。本文将此设计分为两个部分的工作,第一部分是数据采集系统的硬件设计和实现。本部分工作借鉴以往的研究经验,详细说明了两个主要模块:一是前端信号调理电路,二是基于Nios软核处理器及其各功能模块的设计。其中,前端信号调理电路主要包括:信号衰减放大电路、信号滤波电路、信号采样电路等;第二部分主要包括Nios处理器模块、电源模块、调试端口(JTAG)模块、片外RAM(SRAM)模块、片外ROM(FLASH)模块、时钟(CLOCK)模块、PIO(parallel input/output)端口模块、FIFO接口模块(数据缓存器)、PCI总线接口模块等。第二部分介绍了基于SOPC数据采集系统程序方面的设计和实现,包括采集系统的开发流程、基于Verilog HDL设计的自动状态机,由硬件控制A/D转换以及自动向FIFO中存储数据。最后,作者对数采系统进行了仿真和验证,分析了仿真结果,验证了本系统方案设计的正确性和基于Nios处理器实现可编程片上系统的可行性,为基于Nios处理器的片上数据采集系统的设计奠定了技术基础。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 SOPC设计技术产生的背景
1.2 SOPC设计技术国内外发展现状
1.3 课题的来源、研究目的及意义
第二章 SOPC系统的嵌入式IP核
2.1 基于FPGA嵌入IP硬核的SOPC系统
2.2 基于FPGA嵌入IP软核的SOPC系统
2.2.1 Xilinx公司的Micro Blaze
2.2.2 Atmel公司的FPSLIC系列产品
2.2.3 QuickLogic公司的QuickMIPS
2.3 Nios处理器简介
2.3.1 Nios处理器的基本特征
2.3.2 Nios处理器的内部结构
2.3.3 选用Nios处理器的优势
2.4 片上系统总线及接口
2.4.1 片上总线的特点
2.4.2 常见片上总线的比较
2.4.3 Avalon总线概述
第三章 SOPC试验系统的硬件设计与实现
3.1 SOPC的设计原则
3.2 SOPC的开发工具
3.2.1 Quartus II 3.0
3.2.2 SOPC Builder
3.2.3 Nios SDK Shell
3.3 数据采集系统结构的设计
3.4 前端信号调理电路功能介绍
3.4.1 前置衰减和放大电路设计
3.4.2 编码开关
3.4.3 通用阵列逻辑(GAL)设计
3.4.4 衰减器
3.4.5 放大器设计
3.4.6 信号滤波电路
3.4.7 A/D转换与存储电路设计
3.4.8 传感器简介
3.5 基于Nios软核处理器及其各功能模块设计
3.5.1 电源模块
3.5.2 调试端口（JTAG）模块
3.5.3 片外RAM（SRAM）模块
3.5.4 片外ROM（FLASH）模块
3.5.5 时钟（CLOCK）模块
3.5.6 PIO（parallel input/output）端口模块
3.5.7 FIFO接口模块（数据缓存器）
3.5.8 状态机模块
3.5.9 PCI总线接口设计
3.6 试验系统PCB板的设计
3.6.1 高速PCB板设计概述
3.6.2 高速PCB板设计的一般原则
3.6.3 数采系统PCB板的实现
第四章 SOPC数据采集系统的软件设计与实现
4.1 采集系统的开发流程
4.2 开发系统的设计步骤
4.3 系统的Verilog HDL描述
4.3.1 用Verilog HDL语言描述MAX196
4.3.2 用Verilog HDL语言描述自动状态机
4.3.3 数据采集系统
4.4 仿真图形
第五章 结束语
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢
发布时间: 2007-08-01
参考文献
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