基于FPGA的U盘读写器的研制与应用

发布时间：2018-03-30 08:10

  本文选题：FPGA　切入点：Nios　出处：《西北农林科技大学》2012年硕士论文

【摘要】：目前应用于农林业数据采集方面的便携式仪器的flash较小，常采用扩展硬件的方法来满足存储的需求，但扩展硬件的方法降低了硬件的通用性且不利于掉电数据的保护。本论文在对国内外市场和电子设计中应用的各种U盘读写器分析的基础上，提出将FPGA和CH376芯片相结合的研究方案，旨在研究一种应用于存储大容量野外农林业数据的便携式仪器，并将其作为低功耗采集仪器的一个外设。 研制成功的U盘读写器以FPGA作为核心控制器，由串口模块、USB接口模块、A/D采集模块、程序存储模块和其它模块组成。串口模块主要用来实现串口数据的接收，接收的数据通过USB接口模块写入U盘；USB接口模块通过控制U盘读写芯片CH376完成对U盘的读写；A/D采集模块通过对A/D芯片TLC549的控制实现模数转换并采集数字信号；程序存储模块包括SDRAM和flash，主要用来存储启动代码、加载程序等；其它模块中JTAG实现程序的在线调试和下载运行；电源模块满足整个系统的供电需求。通过整合各个模块并以Quartus Ⅱ和Nios Ⅱ EDS为平台，实现了对串口数据的U盘读写，并具有A/D转换的功能。论文取得的主要成果如下： （1）在研究分析目前国内外U盘读写器的发展现状的基础上，，确定了本文所实现仪器的研制方案和思路。 （2）在对异步通信数据帧格式和串口接收/发送时序仔细研究的基础上，设计了串口通信控制模块。通过仿真测试，基本功能正常，最后将设计的硬件控制接口内嵌在FPGA内部，实现了对串口芯片MAX3232的控制。 （3）通过参考CH376芯片的数据手册，编写出了控制该芯片所需的初始化函数、发送命令函数、读写数据函数以及延时函数等。并在对Nios Ⅱ自带的API函数深入了解的基础上完成了对整个USB接口模块的程序设计。 （4）分析了A/D芯片TLC549和Avalon-MM从机接口的控制时序，采用三段式状态机编写Verilog硬件语言程序，完成了对实现A/D转换功能的硬件控制接口的设计，并在此基础上生成了实现A/D转换功能的接口控制器组件。 （5）将各个设计部分进行整合，加入系统运行所需的其它IP核，通过SOPC Builder工具，完成了整个硬件系统的搭建和生成，并进一步进行多次的时序约束，使得硬件系统的时序实现了收敛，为软件的开发提供了基础。 （6）以硬件系统为基础，在Nios Ⅱ EDS环境下，实现了控制各个模块的软件程序的编写、调试和运行功能。完成了电路板的制作，通过实验调试，研制成功了一种可供在野外无交流电条件下可以大容量存储农林业数据的便携式仪器。
[Abstract]:At present, the flash of portable instruments used in agricultural and forestry data acquisition is relatively small, and the extended hardware method is often used to meet the storage needs. However, the method of extending hardware reduces the generality of the hardware and is not conducive to the protection of power-down data. In this paper, based on the analysis of all kinds of U disk readers used in domestic and foreign markets and electronic design, A research scheme combining FPGA and CH376 chips is proposed to study a portable instrument for storing large capacity field agricultural and forestry data and to use it as a peripheral device for low power acquisition instruments. The developed U disk reader uses FPGA as the core controller, which is composed of serial port module, FPGA interface module, program storage module and other modules. The serial port module is mainly used to receive serial port data. The received data is written into the USB disk by the USB interface module. Through the control of CH376, the data acquisition module realizes the ADC conversion and the acquisition of digital signals by controlling the TLC549 of the A / D chip. The program storage module includes SDRAM and flash, which are mainly used to store startup code, load program and so on. The power supply module meets the power demand of the whole system. By integrating each module and using Quartus 鈪

本文编号：1685055