基于物联网的USB接口系统设计

发布时间：2017-06-09 03:06

  本文关键词：基于物联网的USB接口系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着通信技术、网络技术、芯片技术等技术的不断发展,物联网作为继互联网、微型计算机、智能手机、多媒体等技术之后的又一次信息技术革命,已经成为目前新一轮经济和信息技术发展的战略制高点。但是物联网数据量大,接口种类繁多,接口不统一等一系列问题的出现,使得物联网在飞速发展的过程中也遇到了很大问题。基于解决现有物联网面临的接口不统一的问题,探索一种能够满足物联网接口标准繁多、传输速率范围大、低功耗和低成本的接口,尤其在保证与其他类型接口能够转换为统一接口,并且有很好兼容性,以及今后对接口的升级简单,传输距离远等问题。提出了一种用USB接口将物联网接口统一连接起来的设计方案。其特点是传输速度快,传输距离远,能够更好的解决物联网数据量大,传输距离远的等问题。因此具有较好的创新性。本设计选用了逐步细化的分模块的设计方法,针对目前物联网数据种类繁多等问题,提出了开发时间短,性能稳定,输入输出接口多,设计灵活等优点的altera公司的CycloneII系列的FPGA芯片技术,结合USB接口技术来改善物联网接口种类不统一问题的方案。采用VHDL硬件描述语言实现本系统各个功能的设计,包括USB接口芯片的控制模块、物联网数据的预处理模块、物联网数据的识别模块、物联网数据的编码处理模块、物联网数据的解析模块和物联网数据的显示模块。USB接口系统的主要功能有:(1)实现USB对数据的基本的传输功能,对各种高速和低速数据的高效、正确的传输;(2)在发送端能够正确的对物联网数据进行标记,并且对数据进行打包处理;(3)在接收端对物联网数据的正确提取和解析。本设计主要研究工作体现在下列几个部分:第一部分,对物联网技术、USB技术和FPGA技术进行了研究,并且以这些理论为基础,使用FPGA对物联网数据进行处理,并且对USB进行数据传输的控制部分的设计,其中数据处理部分包括对数据进行各种类型数据的处理、数据识别、数据分类、数据打包和解包等功能,控制部分包括FPGA控制器和USB控制器两部分之间的通信控制;第二部分,主要是对USB接口芯片配置,用C语言编写芯片固件驱动程序,并通过专用的下载线将程序下载到USB接口芯片中;第三部分,为了实现USB接口传输系统在功能上的仿真,设计了使用了ModelSim进行功能仿真;第四部分,用VHDL硬件描述语言编写硬件代码,在集成软件上经过编译和调试后,再把程序下载到FPGA芯片中,仿真结果证明系统具有一定的可用性,完成了设计方案和系统的通信目的。本课题对未来物联网数据传输系统的进一步研究提供了参考和借鉴。
【关键词】：物联网技术 USB技术 FPGA VHDL
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5;TP391.44;TP334.7
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 引言9-12
• 1.1 课题研究背景与意义9-10
• 1.2 物联网的研究动态10
• 1.3 论文的组织架构10-12
• 第2章 相关理论研究12-32
• 2.1 物联网相关理论研究12-13
• 2.2 USB相关理论研究13-29
• 2.2.1 USB概述13-16
• 2.2.2 USB电气特性16-18
• 2.2.3 USB编解码18-20
• 2.2.4 USB协议层20-25
• 2.2.5 USB传输控制类型25-29
• 2.3 FPGA相关理论研究29-31
• 2.3.1 FPGA简介29-30
• 2.3.2 FPGA的基本工作原理30-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 系统方案及硬件设计32-46
• 3.1 系统的设计思想32
• 3.2 系统的总体框架设计32-34
• 3.3 USB控制器设计34-40
• 3.3.1 USB控制器芯片介绍34-36
• 3.3.2 USB控制器端.缓存区36
• 3.3.3 USB控制器芯片接.模式36-39
• 3.3.4 USB与FPGA的接.模块设计39-40
• 3.4 FPGA控制器设计40-45
• 3.4.1 FPGA芯片的选取40-42
• 3.4.2 FPGA控制器电路的设计42-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第4章 系统软件设计46-55
• 4.1 FPGA的时序逻辑设计46-49
• 4.1.1 硬件描述语言HDL介绍46
• 4.1.2 QUARTUSⅡ9.0 概述46-47
• 4.1.3 FPGA开发流程47-49
• 4.2 USB固件程序设计49-52
• 4.2.1 固件框架49-50
• 4.2.2 固件驱动下载50-52
• 4.3 发送端和接收端软件设计52-54
• 4.3.1 发送端设计52-53
• 4.3.2 接收端设计53-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第5章 系统仿真与验证55-67
• 5.1 发送端各模块仿真55-61
• 5.1.1 加CRC5校验模块55-56
• 5.1.2 位填充模块56-59
• 5.1.3 NRZI编码模块59-61
• 5.2 接收端各模块仿真61-66
• 5.2.1 NRZI解码模块61-62
• 5.2.2 去位填充模块62-64
• 5.2.3 去CRC5校验位模块64-65
• 5.2.4 数据解析模块65-66
• 5.3 本章小结66-67
• 结论67-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-71
• 攻读学位期间获得学术成果71

【参考文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 李站;物联网异步通信的研究与仿真[D];成都理工大学;2014年

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本文编号：434296