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基于FPGA的SOPC实验系统的研究与开发

作　者: 孙红伟
导　师: 苑津莎
学　校: 华北电力大学
专　业: 电工理论与新技术
关键词: 实验系统片上可编程系统现场可编程逻辑门阵列硬件描述语言
分类号: TN791
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 75次
引　用: 2次
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内容摘要

随着电子设计技术的不断发展和现场可编程逻辑门阵列FPGA(Field Programmable Gate Array)器件的集成度不断提高,片上可编程系统SOPC(System On Programmable Chip)技术逐渐成为电子设计自动化EDA(Electronic Design Automation)技术发展的新方向。本课题研究的目的是设计一种适用于本科教学的SOPC实验教学系统方案,并使该方案能够充分体现系统性和实用性特点。本文在对FPGA芯片和实验教学系统认真分析的基础上,制定了基于SOPC技术的实现方案,并分别对该系统硬件电路设计、软件实验项目设计和仿真验证等进行了详细介绍。硬件电路采用Altera公司的Cyclone系列芯片EP1C12Q240为核心芯片,外接存储器模块、输入输出模块、时钟电路模块、各种接口模块、电源模块和传感器模块;软件实验项目分为基础实验项目设计、综合设计实验项目和创新实验项目,并分别对实验实例进行了仿真验证,设计输入采用原理图输入法和硬件描述语言文本输入法。本研究设计的实验教学系统方案与以往的方案相比较,具有软硬件在系统可编程的功能,灵活的设计方式,可升级,可裁减,可靠性高,成本低;软件实验项目具有从简单到复杂、从基础性实验逐步向自主创新性实验延伸的特色,使接受该实验训练的学生能够较快地掌握FPGA的设计方法,充分调动学生自主创新的主观能动性,进而最大限度地提高学生的学习兴趣,培养学生的自主创新能力。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-14
  1.1 课题研究背景及意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-12
  1.3 本课题的主要研究内容  12
    1.3.1 硬件电路设计  12
    1.3.2 软件实验项目设计  12
  1.4 论文结构安排  12-14
第2章系统总体方案的设计  14-22
  2.1 EDA 实验教学系统的比较  14-15
  2.2 总体设计方案  15-18
    2.2.1 硬件电路设计  16-17
    2.2.2 软件设计流程  17-18
  2.3 FPGA、SOPC 介绍  18-20
    2.3.1 FPGA 简介  18-19
    2.3.2 SOPC 技术  19-20
  2.4 Nios II 处理器  20-21
  2.5 技术难点分析  21
  2.6 本章小结  21-22
第3章系统硬件电路设计  22-37
  3.1 核心控制模块  23
  3.2 电源电路设计  23-25
  3.3 存储器模块电路设计  25-26
    3.3.1 SDRAM 存储器  25-26
    3.3.2 FLASH 存储器  26
  3.4 输入输出电路设计  26-29
    3.4.1 输入接口  26
    3.4.2 输出接口  26-28
    3.4.3 扩展接口  28-29
  3.5 时钟和复位电路设计  29-30
  3.6 编程/配置模块电路设计  30-32
    3.6.1 JTAG 配置方式  30
    3.6.2 AS 配置方式  30-32
  3.7 VGA 、PS/2、UART 接口模块  32-33
  3.8 I~2C 接口模块  33
  3.9 USB 接口电路  33-35
  3.10 温度传感器电路  35-36
  3.11 本章小结  36-37
第4章软件实验项目设计  37-53
  4.1 基础实验设计  37-43
    4.1.1 基本逻辑电路设计  37-39
    4.1.2 SOPC 系统设计实践  39-43
  4.2 综合实验设计  43-47
    4.2.1 多功能数字时钟设计  43-44
    4.2.2 数字频率计设计  44-46
    4.2.3 VGA 图像显示控制电路设计  46-47
  4.3 创新实验设计  47-52
    4.3.1 FIR 滤波器设计  48-49
    4.3.2 数字调制系统设计  49-52
  4.4 本章小结  52-53
第五章结论与展望  53-55
  5.1 论文工作总结  53-54
  5.2 工作展望  54-55
参考文献  55-58
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  58-59
致谢  59-60
作者简介  60-61
详细摘要  61-71

基于FPGA的SOPC实验系统的研究与开发

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