本文關鍵詞：自適應傳感器接口設計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著電子系統(tǒng)的不斷進步,多種不同類型傳感器集中應用在同一系統(tǒng)成為重要的發(fā)展趨勢,包括衛(wèi)星在內的航空航天設備盡在此列。然而傳感器接口種類多樣,電氣標準差異大等問題制約了多傳感器的系統(tǒng)集成,針對傳感器技術的這一不足,本課題設計了一種基于FPGA的自適應傳感器接口系統(tǒng),該接口系統(tǒng)可將多種傳感器接口及數(shù)據(jù)轉換為統(tǒng)一的USB接口及數(shù)據(jù),并實現(xiàn)即插即用。分析了系統(tǒng)工作原理,確定了總體設計方案。課題主要工作包括多接口傳感器系統(tǒng)板設計、基于FPGA的Nios II軟核系統(tǒng)設計、上位機軟件設計。設計的核心部分為基于FPGA的Nios II軟核系統(tǒng),它是一個軟硬件協(xié)同設計的過程。完成了板級系統(tǒng)硬件設計。具體內容有整體結構設計、FPGA器件選型、USB接口電路設計、各類傳感器接口電路設計以及其它電路設計。設計完成了系統(tǒng)原理圖、PCB版圖,并完成了電路板的加工和調試。完成了Nios II軟核系統(tǒng)設計,主要包含Nios II處理器的選擇、各類控制器的設計以及調試接口設計。根據(jù)Avalon總線規(guī)范及對應接口時序,完成了USB控制器和I2C控制器設計,仿真驗證后成功掛載到總線上。編寫了設備驅動程序,并完成了應用程序設計。本設計的上位機軟件的功能主要是用于系統(tǒng)的狀態(tài)控制和數(shù)據(jù)處理。使用板級系統(tǒng)進行了原型驗證,實現(xiàn)了上位機軟件及各種配套軟件調試。本文給出系統(tǒng)各部分電路的調試方法和結果,驗證了系統(tǒng)的各項功能滿足設計要求。本課題的研究成果在航空航天、信息通訊等領域有著廣泛的應用價值,并對今后即插即用智能型傳感器的研究開發(fā)也具有一定的參考價值。
【關鍵詞】：傳感器 Nios II FPGA 即插即用
【學位授予單位】：北京工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP334.7;TP212
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 課題研究背景9-10
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 國內研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 課題的研究意義12
• 1.4 論文結構安排12-15
• 第2章 系統(tǒng)分析及總體方案設計15-21
• 2.1 系統(tǒng)接口選擇15
• 2.2 系統(tǒng)的工作原理分析15-16
• 2.3 系統(tǒng)的總體設計16-18
• 2.4 Nios II系統(tǒng)設計流程18-19
• 2.5 本章小結19-21
• 第3章 板級系統(tǒng)硬件設計21-39
• 3.1 整體結構設計21-22
• 3.2 FPGA器件選型22-23
• 3.3 USB接.電路設計23-25
• 3.4 各類傳感器接.電路設計25-30
• 3.4.1 A/D轉換電路設計27-28
• 3.4.2 UART接.電路設計28-30
• 3.4.2.1 RS232接.及電平轉換28-29
• 3.4.2.2 RS422接.及電平轉換29-30
• 3.5 其它電路及PCB設計30-34
• 3.5.1 存儲器選型30-31
• 3.5.2 配置電路設計31-32
• 3.5.3 電源轉換組合電路32-33
• 3.5.4 系統(tǒng)PCB制板設計33-34
• 3.6 各類傳感器的選型34-38
• 3.6.1 模擬量傳感器選型34-35
• 3.6.2 UART接.傳感器選型35-36
• 3.6.3 I2C 接口傳感器選型36-37
• 3.6.4 數(shù)字I/O傳感器選型37-38
• 3.7 本章小結38-39
• 第4章 Nios II軟核系統(tǒng)設計39-51
• 4.1 引言39
• 4.2 構建Nios II軟核系統(tǒng)39-41
• 4.3 配置鎖相環(huán)PLL41
• 4.4 USB接.模塊設計與掛載41-46
• 4.4.1 傳輸模式42
• 4.4.2 硬件連接與時序42-44
• 4.4.3 USB控制器的設計44-45
• 4.4.4 USB控制器的掛載45-46
• 4.5 I2C接.模塊設計與掛載46-50
• 4.5.1 I2C總線協(xié)議分析46
• 4.5.2 I2C控制器的設計46-49
• 4.5.3 I2C控制器的掛載49-50
• 4.6 本章小結50-51
• 第5章 系統(tǒng)軟件開發(fā)與調試實現(xiàn)51-67
• 5.1 引言51
• 5.2 上位機軟件設計51-55
• 5.2.1 軟件界面布局51-52
• 5.2.2 指令格式52-54
• 5.2.3 軟件調試54-55
• 5.3 Nios II軟件開發(fā)實現(xiàn)55-58
• 5.3.1 HAL系統(tǒng)庫55-56
• 5.3.2 設備驅動文件設計56-58
• 5.3.3 應用程序設計58
• 5.4 系統(tǒng)的調試與實現(xiàn)58-66
• 5.4.1 主芯片調試59
• 5.4.2 USB接.電路調試59-61
• 5.4.3 UART接.模塊調試實現(xiàn)61-63
• 5.4.4 I2C接.模塊調試實現(xiàn)63-65
• 5.4.5 A/D轉換電路調試實現(xiàn)65
• 5.4.6 數(shù)字I/O模塊調試實現(xiàn)65-66
• 5.5 本章小結66-67
• 結論67-69
• 參考文獻69-73
• 附錄73-81
• 攻讀碩士學位期間所發(fā)表的學術論文81-83
• 致謝83

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 尤政;田賀祥;李濱;張木梁;;微小衛(wèi)星綜合電子系統(tǒng)中的即插即用技術[J];清華大學學報(自然科學版);2009年11期

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 金長江;基于FPGA的電感傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研制[D];哈爾濱工業(yè)大學;2008年

  本文關鍵詞：自適應傳感器接口設計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：426319