列车全数字紧急对讲单元硬件设计与实现

论文摘要

随着列车通信数字化程度的不断提高,列车紧急通信设备的技术要求也不断提高。一方面,基于传统模拟音频传输技术的紧急通信设备在可靠性、音频传输质量等方面已经不能满足实际要求。另一方面,多功能车辆总线（MVB-Multifunction Vehicle Bus）已经在列车通信领域得到广泛的应用。因此,基于MVB的列车紧急通信设备有着非常广阔的市场前景。本文通过对MVB技术的研究以及对MVB设备需求的理解,提出一种基于MVB以及现场可编程门阵列（FPGA-Field Programmable Gate Array）的列车全数字紧急对讲单元的设计方案。本文通过器件的选择、电路的设计、FPGA控制器的设计与实现以及最后的测试,验证该方案的正确性。本文首先对列车通信系统的发展情况和多功能车辆总线的基本原理做简单的介绍；然后根据MVB总线的特点和客户的实际需求,对列车全数字紧急对讲单元的需求进行分析,选择基于FPGA、TLV320AIC23音频编解码芯片以及MBI5036驱动芯片的整体设计方案；接着详细地介绍硬件设计开发平台及流程、电路原理图以及印刷电路板（PCB-Printed Circuit Board）设计,电路原理图设计主要包括系统的电源电路、时钟电路、MVB接口电路、语音功能电路、面板LED驱动电路以及FPGA配置电路,PCB设计主要包括PCB叠层的选取、PCB布局布线及其后处理；之后介绍了FPGA中的逻辑设计,以及各功能模块基于FPGA的实现；接着对列车全数字紧急对讲单元进行电路基本测试以及功能调试；最后给出本文总结,并对下一步的工作进行展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 列车通信网络发展状况
• 1.1.1 列车通信网络简介
• 1.1.2 列车通信网络发展概况
• 1.1.3 列车广播通信系统简介
• 1.2 MVB知识简介
• 1.2.1 MVB数据的通信
• 1.2.2 MVB物理层传输介质
• 1.3 课题的主要内容及意义
• 1.4 论文结构
• 2 列车全数字紧急对讲单元需求分析与整体设计
• 2.1 需求分析
• 2.2 列车全数字紧急对讲单元整体设计
• 2.2.1 方案的选取
• 2.2.2 器件的选择依据
• 2.2.3 主要器件的选择
• 2.2.4 整体结构
• 2.3 本章小结
• 3 列车全数字紧急对讲单元硬件电路设计与实现
• 3.1 硬件开发工具及流程简介
• 3.2 电路原理图设计
• 3.2.1 电源电路
• 3.2.3 时钟电路
• 3.2.3 复位电路
• 3.2.4 MVB接口电路
• 3.2.5 语音功能电路
• 3.2.6 控制按键及地址编码电路
• 3.2.7 面板LED驱动电路
• 3.2.8 FPGA配置电路
• 3.3 PCB设计与实现
• 3.3.1 PCB叠层选取
• 3.3.2 PCB布局
• 3.3.3 PCB布线
• 3.3.4 PCB后处理
• 3.4 本章小结
• 4 基于FPGA控制器设计与实现
• 4.1 FPGA设计开发简介
• 4.2 FPGA功能模块设计与仿真
• 4.2.1 FPGA控制器整体设计
• 4.2.2 语音功能及LED控制设计与仿真
• 4.3 本章小结
• 5 列车全数字紧急对讲单元测试与应用
• 5.1 硬件电路基本检测
• 5.2 功能测试
• 5.2.1 功能测试环境搭建
• 5.2.2 语音功能测试
• 5.2.3 EMD冗余接口功能测试
• 5.2.4 控制按键以及地址编码功能测试
• 5.2.5 面板LED灯错误侦测功能测试
• 5.3 实际应用
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢