USB3.0-GPIB控制器设计

发布时间：2017-04-24 17:33

  本文关键词：USB3.0-GPIB控制器设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：GPIB，是一种广泛应用于电子测量仪器的通用接口总线，它具有并行总线传输速度快驱动能力强通信距离远抗干扰性能好及通用性等特点，利用它可以将电子测量仪器和计算机组建成一套积木式模块化的自动测试系统要组建基于GPIB总线的自动测试系统，核心是GPIB控制机实现GPIB控制机最简单的方法是在计算机上连接一个GPIB控制器，而GPIB控制器上必须要有能与计算机直接相连的接口传统的GPIB控制器一般都是基于RS232ISA或PCI总线协议，在使用过程中存在着安装麻烦不适合移动式测量价格昂贵受计算机插槽数量等多种问题本课题针对基于传统接口总线的GPIB控制器在使用中出现的多种问题，将新的USB3.0技术融入到GPIB控制板卡的设计中，使得新的USB3.0-GPIB控制器速度更快通用性更好功耗更低 本课题的主要内容由三部分组成：第一部分为USB3.0-GPIB控制器硬件电路设计与实现其中包括USB3.0接口和GPIB接口电路的设计及实现接口控制的FPGA平台USB3.0控制芯片选择CYPRESS公司的CYUSB3014芯片，因GPIB接口芯片受到专业用途的限制，价格昂贵购买不便等的影响，本课题采用Verilog HDL语言来实现基于FPGA的GPIB控制芯片IP核，FPGA则选用ALTERA公司的EP3C16F484工业级片子第二部分主要实现基于USB3.0接口的FPGA与电脑之间的数据通信此部分包括USB3.0的固件设计FPGA控制USB3.0芯片读写操作设计以及FPGA控制2片DDR2进行乒乓倒数据传输的设计第三部分主要实现GPIB接口控制芯片的IP核的设计GPIB IP核的设计包括各个接口功能模块的设计读写控制模块的设计配置寄存器模块的设计及终端模块的设计等 实现以上内容后，将三部分内容整合到USB3.0-GPIB控制器板卡上进行调试，调试工作主要包括USB3.0的枚举测试USB3.0数据流的测试分析及GPIB IP核各功能模块的编译与仿真经测试设计的USB3.0-GPIB控制器成功实现了基于FPGA的USB3.0与电脑四个线程的稳定正确的数据通信，GPIB IP核各功能模块功能验证正确
【关键词】：USB3.0 FPGA GPIB 固件 IP核
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP273;TP336
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-7
• 1 绪论7-11
• 1.1 课题的研究目的与意义7-8
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势8-9
• 1.3 课题的研究内容9
• 1.4 本文的组织结构9-11
• 2 USB3.0 -GPIB 控制器系统方案设计11-17
• 2.1 系统的总体设计方案11-12
• 2.2 芯片的选型及其内部结构12-16
• 2.2.1 FPGA 芯片的选择及内部结构12-14
• 2.2.2 USB3.0 控制芯片的选择及其内部结构14-15
• 2.2.3 GPIB 控制器芯片的选择及其内部结构15-16
• 2.3 本章小结16-17
• 3 USB3.0 -GPIB 控制器板卡的硬件设计17-25
• 3.1 电源模块的设计17-19
• 3.1.1 USB3.0 总线供电方式17-18
• 3.1.2 电源管理芯片的选择18-19
• 3.2 FX3 启动方式设计19-21
• 3.3 配置电路的设计21-23
• 3.3.1 FX3 的时钟选择管脚的配置21
• 3.3.2 FPGA 下载方式的配置21-23
• 3.4 USB3.0的 PCB 设计规则23-24
• 3.5 本章小结24-25
• 4 FPGA 控制逻辑的设计25-33
• 4.1 FPGA 的开发流程25-26
• 4.2 FPGA 控制逻辑的设计26-32
• 4.2.1 SLAVE FIFO 接口读写控制程序设计27-29
• 4.2.2 DDR2 SDRAM 控制模块29-32
• 4.2.3 USB3.0 与 GPIB 接口转换逻辑32
• 4.3 本章小结32-33
• 5 基于 FPGA 的 GPIB IP 核设计33-54
• 5.1 GPIB 总线的简介33-34
• 5.2 GPIB IP 核的总体设计34-35
• 5.3 GPIB 接口的数据传输35-37
• 5.4 GPIB 接口功能的设计与实现37-53
• 5.4.1 GPIB IP 核接口能功简介37-38
• 5.4.2 GPIB 接口功能的设计38-52
• 5.4.3 地址模块的设计52-53
• 5.4.4 命令译码模块的设计53
• 5.5 本章小结53-54
• 6 USB3.0 固件程序的设计54-61
• 6.1 固件数据流54-55
• 6.2 GPIF II 接口55-56
• 6.3 DMA 通道56-57
• 6.4 回调函数57-58
• 6.5 固件编程58-60
• 6.6 本章小结60-61
• 7 测试与验证61-65
• 7.1 USB3.0 固件枚举测试61-62
• 7.2 USB3.0 数据传输测试62-64
• 7.3 本章小结64-65
• 8 总结与展望65-66
• 8.1 工作总结65
• 8.2 工作展望65-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-69
• 附录A. 研究生期间参与的项目69-70
• 附录B. USB3.0-GPIB 控制器 PCB 图70-71
• 附录C. USB3.0-GPIB 控制器原理图71-74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 周芳;;基于FPGA的USB接口读写设计[J];安徽工业大学学报(自然科学版);2006年01期

2 张健;黄虎;;基于FPGA的USB 2.0控制器的设计[J];中国集成电路;2010年09期

3 李建苹;刘书桂;郭延平;;基于USB2.0的高速数据接口卡的设计及研究[J];科学技术与工程;2007年16期

4 索晓杰;翟正军;姜红梅;;USB3.0协议分析与框架设计[J];计算机测量与控制;2012年08期

5 岳奎;刘少君;任参;黄道平;;USB协议的下的PC机与FPGA的数据通信[J];微型电脑应用;2009年12期

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本文编号：324629