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基于FPGA的虚拟逻辑分析仪的设计
作 者: 史洪玮
导 师: 王紫婷
学 校: 兰州交通大学
专 业: 测试计量技术及仪器
关键词: FPGA LabVIEW 逻辑分析仪
分类号: TN791
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 80次
引 用: 1次
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内容摘要
随着大规模集成电路和微型计算机的发展,数字仪器的智能化程度越来越高。在数字系统设计和调试中,常产生传输延迟、竞争冒险、毛刺干扰等问题,这是传统仪器无法解决的。在这种情况下出现了适用于软、硬件分析的一种新型的数字域测试仪器——逻辑分析仪,它能够有效的解决数字系统中出现的问题。逻辑分析仪在数字系统调试中起着巨大的作用,但是价格十分昂贵,这很大程度上限制了它的市场范围。为了使更多用户使用到逻辑分析仪,本论文在对虚拟仪器技术、FPGA技术以及USB总线接口研究的基础上,设计了基于FPGA的虚拟逻辑分析仪。虚拟仪器技术是将计算机技术、传感器技术、数字处理等技术结合起来的产物,充分利用了计算机丰富的软硬件资源,突破了数据处理以及存储等方面的限制,是当今仪器发展的趋势;FPGA包含大量的逻辑门、I/O等资源,可利用其在线系统重构性实现所需要的逻辑功能。系统所使用的总线是USB总线接口,具有即插即用、传输速度快、通用性好等特点,将USB总线接口应用到虚拟逻辑分析仪的设计中,符合现代仪器发展趋势。本系统设计的虚拟逻辑分析仪将FPGA技术与虚拟仪器技术相结合,突出了新技术在智能仪器应用中的优势。该虚拟逻辑分析仪的价格只为传统逻辑分析仪的十分之一,是一款实用的数字域测试仪器。本系统采用了"PC+USB+FPGA"的设计方案。它包括硬件设计和软件设计两个方面。硬件系统设计是由Verilog HDL语言实现的,该硬件系统主要由毛刺检测模块、触发识别模块、触发产生模块、触发控制模块、存储控制模块、USB控制模块等构成,实现了对信号的采集及存储功能。软件设计包括用LabVIEW设计的应用界面、驱动程序设计、固件程序设计以及通信协议的制定。该虚拟逻辑分析仪可同时对16路数字信号进行同时检测。经在实验室测试,其功能可满足教学上的需要,具有一定的应用与推广前景。
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全文目录
摘要 4-5 Abstract 5-9 1 绪论 9-15 1.1 课题的引入 9 1.2 逻辑分析仪的介绍 9-10 1.3 虚拟仪器的介绍 10-11 1.4 USB介绍 11-13 1.4.1 USB传输介绍 11-12 1.4.2 USB设备功能介绍 12-13 1.5 研究虚拟逻辑分析仪的必要性 13 1.6 论文结构安排 13-15 2 FPGA技术 15-19 2.1 FPGA的基本概述 15 2.2 FPGA的设计流程 15-16 2.3 Verilog HDL语言介绍 16 2.4 Altera Cyclone Ⅱ系列芯片 16-17 2.5 硬件开发环境 17-19 3 系统方案分析和论证 19-23 3.1 系统整体方案比较 19 3.2 应用程序开发平台的比较 19-20 3.3 硬件设计方案的选择 20 3.4 计算机接口方案的选择 20-21 3.5 USB接口芯片的选择 21 3.6 FPGA的硬件模块介绍 21-22 3.7 技术指标 22-23 4 系统硬件设计 23-38 4.1 系统的总体结构 23-24 4.2 前端采集电路的设计 24-25 4.2.1 探头电路的设计 24-25 4.2.2 延迟网络 25 4.3 时钟选择模块的设计 25-26 4.4 系统工作时钟生成模块设计 26-27 4.5 毛刺检测模块设计 27-28 4.6 触发与存储控制模块设计 28-29 4.7 触发模块设计 29-33 4.7.1 触发方式 29-31 4.7.2 触发识别模块的设计 31-33 4.8 SRAM控制模块设计 33-35 4.9 USB控制模块设计 35-38 5 系统软件设计 38-56 5.1 USB芯片 38-44 5.1.1 Slave FIFO传输 38-41 5.1.2 同步Slave FIFO写 41-43 5.1.3 同步Slave FIFO读 43-44 5.2 应用程序设计 44-48 5.2.1 LabVIEW运行机制及应用技巧 45-46 5.2.2 界面设计 46 5.2.3 动态链接库 46-48 5.3 驱动程序设计 48-49 5.3.1 USB设备驱动程序设计 48 5.3.2 固件下载驱动程序 48-49 5.4 固件程序设计 49-54 5.4.1 固件编程的思想 49 5.4.2 固件结构及组成 49-53 5.4.3 系统描述符 53-54 5.5 通信协议的制定 54-56 6 系统调试 56-58 6.1 系统的调试工作 56 6.2 调试中遇到的问题 56 6.3 测试结果 56-58 结论 58-59 致谢 59-60 参考文献 60-62 攻读学位期间的研究成果 62
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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 数字电路 > 逻辑电路
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