基于FPGA的数据采集系统的SOPC实现

论文题目: 基于FPGA的数据采集系统的SOPC实现

论文类型: 硕士论文

论文专业: 电子与通信工程

作者: 张海峰

导师: 王福源

关键词: 现场可编程门阵列,总线,数据采集器

文献来源: 郑州大学

发表年度: 2005

论文摘要: 本课题完成了基于FPGA的数据采集器以及ⅡC总线的模数转换器部分、通讯部分的电路设计。其中FPGA采用Xilinx公司Spartan-Ⅱ系列的XC2S100芯片，在芯片中嵌入32位软处理器MicroBlaze；ⅡC总线的模数转换采用Microchip公司的MCP3221芯片，通讯部分则在FPGA片内用VHDL语言实现。通过上述设计实现了“准单片化”的模拟量和数字量的数据采集和处理。所设计的数据采集器可以和结构类似的上位机通讯，本课题完成了在上位机中用VHDL语言实现的通信电路模块。通过上述两部分工作，将微处理器、数据存储器、程序存储器等数字逻辑电路均集成在同一个FPGA内部，形成一个可编程的片上系统。FPGA片外仅为模拟器件和开关量驱动芯片。FPGA内部的硬件电路采用VHDL语言编写；MCU软核工作所需要的程序采用C语言编写。多台数据采集器与服务器构成数据采集系统。服务器端软件用VB开发，既可以将实时采集的数据以数字方式显示，也可以用更加直观的曲线方式显示。由于数据采集器是所有自控类系统所必需的电路模块，所以一个通用的片上系统设计可以解决各类系统的应用问题，达到“设计复用”(Design Reuse)的目的。采用基于FPGA的SOPC设计的更加突出的优点是不必更换芯片就可以实现设计的改进和升级，同时也可以降低成本和提高可靠性。

论文目录:

摘要

Abstract

引言

第1章、数据采集系统、SOC／SOPC及总线概述

1.1、数据采集系统概述

1.2、SOC／SOPC

1.3、IP CORE

1.4、片上总线

1.5、IIC总线

第2章、数据采集系统方案论证

2.1、数据采集器传统设计方法

2.2、基于SOPC设计的数据采集器

2.3、数据采集系统结构与功能

2.4、数据采集器下位机设计

2.5、数据采集器上位机设计

2.6、数据采集系统服务器端软件设计

第3章、数据采集器的SOPC设计

3.1、MICROBLAZE~(TM) 32位软处理器核的结构和特点

3.2、CORECONNECT片上总线的结构和特点

3.3、开关量输入输出

3.4、模拟量输入输出

3.5、IIC总线接口设计

3.6、A／D芯片MCP3221程序设计

3.7、串行通讯接口设计

3.8、LED、数码管显示程序设计

3.9、引脚约束

第4章、数据采集系统服务器端软件设计

4.1、数据采集系统服务器端硬件选型

4.2、数据采集系统服务器端界面设计

4.3、数据采集系统服务器端通讯软件设计

4.4、数据采集系统服务器端绘图软件设计

第5章、数据采集系统的实现

5.1、基于EDK的SOPC开发流程

5.2、用EDK实现SOPC设计

5.3、下载配置

5.4、数据采集系统应用领域

第6章、结束语

6.1、结论

6.2、展望

参考文献

后记

附录

附录1、攻读硕士学位期间发表的文章

附录2、数据采集器原理图

附录3、数据采集器VHDL程序

附录4、数据采集器C程序

附录5、数据采集系统服务器端VB程序

发布时间: 2006-10-10

参考文献

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基于FPGA的数据采集系统的SOPC实现

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