自适应传感器接口设计

发布时间：2017-06-06 12:10

  本文关键词：自适应传感器接口设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着电子系统的不断进步,多种不同类型传感器集中应用在同一系统成为重要的发展趋势,包括卫星在内的航空航天设备尽在此列。然而传感器接口种类多样,电气标准差异大等问题制约了多传感器的系统集成,针对传感器技术的这一不足,本课题设计了一种基于FPGA的自适应传感器接口系统,该接口系统可将多种传感器接口及数据转换为统一的USB接口及数据,并实现即插即用。分析了系统工作原理,确定了总体设计方案。课题主要工作包括多接口传感器系统板设计、基于FPGA的Nios II软核系统设计、上位机软件设计。设计的核心部分为基于FPGA的Nios II软核系统,它是一个软硬件协同设计的过程。完成了板级系统硬件设计。具体内容有整体结构设计、FPGA器件选型、USB接口电路设计、各类传感器接口电路设计以及其它电路设计。设计完成了系统原理图、PCB版图,并完成了电路板的加工和调试。完成了Nios II软核系统设计,主要包含Nios II处理器的选择、各类控制器的设计以及调试接口设计。根据Avalon总线规范及对应接口时序,完成了USB控制器和I2C控制器设计,仿真验证后成功挂载到总线上。编写了设备驱动程序,并完成了应用程序设计。本设计的上位机软件的功能主要是用于系统的状态控制和数据处理。使用板级系统进行了原型验证,实现了上位机软件及各种配套软件调试。本文给出系统各部分电路的调试方法和结果,验证了系统的各项功能满足设计要求。本课题的研究成果在航空航天、信息通讯等领域有着广泛的应用价值,并对今后即插即用智能型传感器的研究开发也具有一定的参考价值。
【关键词】：传感器 Nios II FPGA 即插即用
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP334.7;TP212
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 国外研究现状10-11
• 1.2.2 国内研究现状11-12
• 1.3 课题的研究意义12
• 1.4 论文结构安排12-15
• 第2章 系统分析及总体方案设计15-21
• 2.1 系统接口选择15
• 2.2 系统的工作原理分析15-16
• 2.3 系统的总体设计16-18
• 2.4 Nios II系统设计流程18-19
• 2.5 本章小结19-21
• 第3章 板级系统硬件设计21-39
• 3.1 整体结构设计21-22
• 3.2 FPGA器件选型22-23
• 3.3 USB接.电路设计23-25
• 3.4 各类传感器接.电路设计25-30
• 3.4.1 A/D转换电路设计27-28
• 3.4.2 UART接.电路设计28-30
• 3.4.2.1 RS232接.及电平转换28-29
• 3.4.2.2 RS422接.及电平转换29-30
• 3.5 其它电路及PCB设计30-34
• 3.5.1 存储器选型30-31
• 3.5.2 配置电路设计31-32
• 3.5.3 电源转换组合电路32-33
• 3.5.4 系统PCB制板设计33-34
• 3.6 各类传感器的选型34-38
• 3.6.1 模拟量传感器选型34-35
• 3.6.2 UART接.传感器选型35-36
• 3.6.3 I2C 接口传感器选型36-37
• 3.6.4 数字I/O传感器选型37-38
• 3.7 本章小结38-39
• 第4章 Nios II软核系统设计39-51
• 4.1 引言39
• 4.2 构建Nios II软核系统39-41
• 4.3 配置锁相环PLL41
• 4.4 USB接.模块设计与挂载41-46
• 4.4.1 传输模式42
• 4.4.2 硬件连接与时序42-44
• 4.4.3 USB控制器的设计44-45
• 4.4.4 USB控制器的挂载45-46
• 4.5 I2C接.模块设计与挂载46-50
• 4.5.1 I2C总线协议分析46
• 4.5.2 I2C控制器的设计46-49
• 4.5.3 I2C控制器的挂载49-50
• 4.6 本章小结50-51
• 第5章 系统软件开发与调试实现51-67
• 5.1 引言51
• 5.2 上位机软件设计51-55
• 5.2.1 软件界面布局51-52
• 5.2.2 指令格式52-54
• 5.2.3 软件调试54-55
• 5.3 Nios II软件开发实现55-58
• 5.3.1 HAL系统库55-56
• 5.3.2 设备驱动文件设计56-58
• 5.3.3 应用程序设计58
• 5.4 系统的调试与实现58-66
• 5.4.1 主芯片调试59
• 5.4.2 USB接.电路调试59-61
• 5.4.3 UART接.模块调试实现61-63
• 5.4.4 I2C接.模块调试实现63-65
• 5.4.5 A/D转换电路调试实现65
• 5.4.6 数字I/O模块调试实现65-66
• 5.5 本章小结66-67
• 结论67-69
• 参考文献69-73
• 附录73-81
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文81-83
• 致谢83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 尤政;田贺祥;李滨;张木梁;;微小卫星综合电子系统中的即插即用技术[J];清华大学学报(自然科学版);2009年11期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 金长江;基于FPGA的电感传感器数据采集系统的研制[D];哈尔滨工业大学;2008年

  本文关键词：自适应传感器接口设计，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：426319