基于FPGA的红外图像USB接口技术研究

发布时间：2017-05-18 18:20

  本文关键词：基于FPGA的红外图像USB接口技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：现场可编程逻辑器件FPGA以其强大的数据传输和处理能力被广泛应用于卫星通信,工业控制,电子消费,航天军事等领域,其设计的灵活性和可扩展性使其逐渐成为各应用系统的核心。 本课题“基于FPGA的红外图像USB接口技术研究”正是利用FPGA强大的并行数据处理能力,并结合最新一代USB3.0控制器EZ-USB FX3,按照北方工业大学红外成像系统实际应用需求,为其设计高速USB3.0数据传输接口,并衍生出通用高速数据采集和传输接口。 接口系统为保证数据传输的稳定性,设计中采用目前广泛使用的高性能、大容量DDR2SDRAM作为数据缓冲区,能有效应对突发数据流的出现和预留了足够大的缓存空间供后续对数据进行处理使用。 本论文在深入研究各器件原理和性能后,根据其具体的时序关系,确定接口系统的基本框架。设计以Altera公司EP3C40F484C8N型号FPGA作为主控芯片,选用Cypress公司最新一代USB3.0控制芯片EZ-USB FX3为从属数据传输芯片,并采用Micron公司的MT47H64M16颗粒DDR2SDRAM内存芯片作为接口系统大容量数据缓冲区,在PC端为接口系统设计了相应的应用程序,完成与接口系统数据的传输和数据处理。 课题主要完成了整个接口系统的方案设计,器件选择,原理图绘制,PCBlayout和制版,芯片焊接,电路板调试,程序代码的编写与调试,测试彩条信号数据的产生和传输,应用程序的创建和功能实现,并最终完成整个系统数据速率测试以及测试视频数据的接收和实时显示。
【关键词】：FPGA 高速数据传输 USB3.0 DDR2
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP334.7
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 1 绪论7-10
• 1.1 课题背景7
• 1.2 国内外现状7-9
• 1.2.1 从可编程器件发展看FPGA未来趋势7-8
• 1.2.2 通用串行总线USB8-9
• 1.3 本文的研究内容和主要工作9-10
• 2 基于FPGA的红外图像USB接口系统硬件平台10-16
• 2.1 主控芯片FPGA的介绍和选择10-11
• 2.1.1 FPGA概述10
• 2.1.2 EP3C40F484N介绍及其配置芯片的选择10-11
• 2.2 USB接口芯片11-13
• 2.2.1 USB接口简介11
• 2.2.2 EZ-USB FX3的原理和性能11-13
• 2.3 数据缓存芯片13-14
• 2.3.1 DDR2简介13
• 2.3.2 MT47H64M16性能分析及其电源管理13-14
• 2.4 电源管理模块14-16
• 2.4.1 电源管理需求分析14-15
• 2.4.2 电源管理芯片TPS65024315-16
• 3 接口系统设计方案16-20
• 3.1 数据采集16
• 3.2 数据缓存16-17
• 3.3 数据传送17-18
• 3.4 PC端的数据接收18
• 3.5 控制信号的传送18-20
• 4 设计关键技术点20-46
• 4.1 EZ-USB FX3应用固件程序20-23
• 4.2 虚拟外接的DDR2存储器成为FIFO23-26
• 4.2.1 基于Altera的DDR2控制器IP的使用23
• 4.2.2 实现逻辑23-25
• 4.2.3 接口描述和接口信号说明25-26
• 4.3 FPGA与EZ-USB FX3之间数据传输时序的控制26-32
• 4.3.1 EX-USB FX3在同步Slave FIFO模式下的时序26-30
• 4.3.2 FPGA与EZ-USB FX3之间的时序逻辑30
• 4.3.3 接口描述和接口信号说明30-32
• 4.4 RGB彩条信号的产生与传送32-33
• 4.4.1 彩条信号产生模块32
• 4.4.2 跨时钟域的数据传送模块32-33
• 4.5 串行控制信号的接收与发送33-36
• 4.5.1 UART总线协议33-34
• 4.5.2 UART模块实现逻辑34-36
• 4.6 PC端应用程序设计36-46
• 4.6.1 应用程序主界面设计37-38
• 4.6.2 固件编程功能38-39
• 4.6.3 速率测试功能39-42
• 4.6.4 视频采集功能42-44
• 4.6.5 按键/led控制功能44-46
• 5 接口系统的电路板实现46-52
• 5.1 接口系统各主要功能模块电路设计46-49
• 5.1.1 DDR2接口电路设计46-47
• 5.1.2 电源管理模块电路设计47-48
• 5.1.3 FPGA串行配置芯片接口电路48-49
• 5.2 详细的布线说明49-52
• 5.2.1 DDR2布线要求49-50
• 5.2.2 EZ-USB FX3布线要求50-52
• 6 系统验证52-57
• 6.1 DDR2读写时序测试52
• 6.2 数据传送读写时序测试52-53
• 6.3 控制信号接收和发送时序测试53-54
• 6.4 系统传输速度测试54-55
• 6.5 用户界面的视频接收与显示测试55-57
• 7 总结57-59
• 7.1 本文工作总结57
• 7.2 本文的创新点57
• 7.3 本文有待完善的工作57-59
• 参考文献59-61
• 申请学位期间的研究成果及发表的学术论文61-62
• 致谢62

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 张伟,韩一明,吴新玲;基于FPGA的高速数据采集系统的设计[J];电力情报;2002年03期

2 梅杰,曹以龙,许明东;基于Verilog HDL语言的USB收发器设计[J];电子技术;2003年12期

3 张莉;李敬文;陈永禄;;基于FPGA和USB的图像采集系统设计与实现[J];计算机与信息技术;2008年08期

4 何光祖;杨录;;基于EZ-USB FX3的USB 3.0系统软件开发[J];科技信息;2013年04期

5 刘益成;USB接口技术——USB简介[J];石油仪器;2002年01期

6 徐庆元;张天序;钟胜;;基于USB总线的高速视频采集系统设计[J];微计算机信息;2006年28期

7 林思夏;马海波;姜薇;;基于FPGA的UART扩展总线设计和应用[J];微计算机信息;2009年23期

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本文编号：376814