基于NiosⅡ的微波干涉测速系统电路及软件接口设计

摘要

本文研究了将SOPC技术融入嵌入式系统的设计方法，并搭建了一个微波干涉测速系统。随着近年来半导体和微电子技术的快速发展，各种高性能的片上系统和实时操作系统不断推陈出新，嵌入式系统的设计正在进行一场革命。如今，FPGA(现场可编程逻辑阵列)已经深入复杂逻辑电路和数字信号处理等领域，将之应用于嵌入式系统已经成为未来的发展趋势。本课题采用Altera公司的FPGA和SOPC技术，设计了微波干涉系统的电路和接口驱动及应用程序。该系统以Altera公司的CycloneⅢ系列FPGA为核心，采用NiosII软核处理器和FFT算法，得到了待测物同发射微波的相对运动出现的多普勒效应而产生的多普勒频率信号，达到高速处理数据测得初速的目的。扩展了CAN、UART等模块接口以及其他电路来构成基于嵌入式系统的信号处理和传输的硬件平台；采用uC/OS-II嵌入式实时操作系统为底层软件平台设计了相关软件程序。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1研究目的和意义

1.2本论文完成的主要研究工作

2系统总体结构

2.1 SOPC技术和FPGA

2.1.1 SOPC技术简介

2.1.2 FPGA的选择

2.1.3 Nios Ⅱ软核处理器

2.2系统总体架构

2.3硬件设计内容

2.4软件设计内容

3 Nios Ⅱ片上系统的搭建

3.1 SOPC Builder设计工具与IP核

3.1.1 SOPC Builder介绍

3.1.2 IP核介绍

3.2基于NIOS Ⅱ硬件系统的搭建

3.2.1定制IP组件

3.2.2 FPGA引脚分配

4硬件电路设计

4.1 CAN总线扩展电路设计

4.1.1 CAN总线特点

4.1.2 CAN报文帧格式

4.1.3 CAN总线接口电路设计

4.2 UART串口扩展电路接口设计

4.2.1电平转换芯片SP3232E

4.2.2 UART接口电路设计

4.3存储器扩展电路设计

4.3.1 DDR SDRAM与FPGA的接口

4.3.2 Flash与FPGA的接口

4.4数据采集电路与FPGA的接口设计

4.4.1 A／D转换电路设计

4.4.2乒乓结构FIFO设计

4.5 FPGA配置模块电路设计

4.5.1 AS配置模式电路

4.5.2 JTAG配置模式电路

4.6电源、复位和时钟电路

4.6.1电源电路

4.6.2复位电路

4.6.3时钟电路

5系统软件设计

5.1 uC／OS-Ⅱ操作系统和NIOS Ⅱ IDE

5.1.1 uC／OS-Ⅱ操作系统介绍

5.1.2 Nios Ⅱ IDE集成开发环境

5.2应用分析与程序设计

5.2.1 MCP2515驱动程序设计

5.2.2 UART驱动程序设计

5.2.3 FFT驱动程序设计

5.2.4上层应用程序设计

6实验结果与分析

6.1调试工具和调试方法

6.1.1系统在线调试

6.1.2编程下载

6.2实验结果分析

总 结

致 谢

参考文献