開題報告書基于ARM7及FPGA的多路時序控制系統(tǒng)ARM7模塊設(shè)計

.z...畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告題目：基于ARM7與FPGA的多路時序控制系統(tǒng)-ARM7模塊設(shè)計1．畢業(yè)設(shè)計〔論文〕綜述〔題目背景、研究意義及國內(nèi)外相關(guān)研究情況〕題目背景多路時序控制系統(tǒng)是一種廣泛應(yīng)用于軍事、社會生活等領(lǐng)域的控制系統(tǒng)。如靶場多個測試設(shè)備的信號控制、多路設(shè)備電源的輸出開關(guān)控制等。很多系統(tǒng)的功能都依賴于多路時序控制系統(tǒng)。時序控制核心單元的設(shè)計和實現(xiàn)，早期時采用別離式中、小規(guī)模數(shù)字電路芯片搭建，構(gòu)造復雜，實現(xiàn)繁瑣，可靠性差。隨著新型的超大規(guī)模邏輯器件不斷出現(xiàn)，越來越多的設(shè)計采用可編程邏輯器件代替中、小規(guī)模數(shù)字電路芯片。使得簡化多路時序控制系統(tǒng)的電路具有很大的研究意義。研究意義基于FPGA與ARM7的多通道、多時間*圍的同步時序控制系統(tǒng)，采用FPGA實現(xiàn)20路高精度的信號延時輸出控制，通過ARM7的數(shù)據(jù)總線接口實現(xiàn)了FPGA與ARM7的數(shù)據(jù)交互；重點介紹了系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計、FPGA與ARM總線的設(shè)計和FPGA內(nèi)部程序模塊的設(shè)計；各通道的輸出信號類型與延時時間等參數(shù)均可以通過人機接口現(xiàn)場配置，也可以通過上位機軟件來配置；該設(shè)計可以保證各通道信號通過外觸發(fā)信號為基準來進展延時輸出，系統(tǒng)的延時時間精度小于1us；ARM7處理器芯片采用PHILIPS公司的LPC2214，F(xiàn)PGA采用ALTERA公司CYCLONE系列的EP1C12Q240；采用硬件描述語言VERILOG來設(shè)計延時模塊，延時精度到達1us；該系統(tǒng)在控制多路終端系統(tǒng)中有很廣泛的用途。多路時序控制系統(tǒng)在設(shè)計中對功能的實現(xiàn)進展了劃分，充分利用ARM7微處理器的運算能力和FPGA的高速邏輯處理能力，基于FPGA與ARM的硬件平臺設(shè)計出了具有嵌入式特性、可靠性高的時序控制單元。該系統(tǒng)電路簡單，功耗低，輸出方式靈活，具有良好的兼容性、擴容性與移植性，可以對多路設(shè)備進展準確的延時控制。因此對多路時序控制系統(tǒng)的研究具有較好的實際意義。國內(nèi)外相關(guān)研究情況同步時序控制系統(tǒng)是火炮試驗中的重要控制儀器，主要用于試驗中的火炮點火控制、高速像機、數(shù)采系統(tǒng)等測試設(shè)備的同步觸發(fā)時序控制，其時序控制精度關(guān)系到火炮試驗數(shù)據(jù)采集的成敗,系統(tǒng)包含6路輸出控制通道，通道間的時序控制精度為40us，各通道時間脈寬在32s內(nèi)可調(diào)，利用PCI總線模塊與硬件定時技術(shù)實現(xiàn)時序準確控制，系統(tǒng)操作簡單平安可靠，完全滿足靶場火炮試驗時序控制需求。2．本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施?！惨弧持饕獌?nèi)容多路時序控制系統(tǒng)以外觸發(fā)信號為基準進展延時，依次輸出電平信號進展控制，主要用于20臺測試設(shè)備的啟動控制?？刂苾x的主控單元主要由ARM處理器LPC2214、FPGA電路組成；其他外圍電路包括：RS485通信接口電路、人機接口電路、電源電路、存儲電路、外觸發(fā)電路、輸出驅(qū)動電路等。人機接口電路主要是液晶與鍵盤接口電路，鍵盤選用4*4矩陣鍵盤，液晶選用8寸彩屏，帶RS485串口。20路通道的延時參數(shù)、輸出信號類型、信號的使能與屏蔽等功能，通過鍵盤配置，在液晶上進展顯示，參數(shù)配置完后，就可以啟動觸發(fā)信號進展延時輸出控制。本課題重點是讓學生掌握ARM7處理器LPC2214根本知識和根本應(yīng)用，以及液晶驅(qū)動程序與鍵盤掃描程序設(shè)計、通信程序的設(shè)計。1.ARM7系列微處理器ARM7系列微處理器為低功耗的32位RISC處理器，最適合用于對價格和功耗要求較高的消費類應(yīng)用。ARM7系列微處理器的主要應(yīng)用領(lǐng)域為：工業(yè)控制、Internet設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和調(diào)制解調(diào)器設(shè)備、移動等多種多媒體和嵌入式應(yīng)用。ARM7系列微處理器包括如下幾種類型的核：ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ。其中，ARM7TMDI是目前使用最廣泛的32位嵌入式RISC處理器，屬低端ARM處理器核。該系統(tǒng)采用ARM7處理器LPC2214作為整個主控單元的核心，用于控制平臺的上層管理，并通過數(shù)據(jù)總線與FPGA進展數(shù)據(jù)交互，從而構(gòu)成一個功能強大的硬件平臺。2.矩陣鍵盤在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在穿插處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接。這樣，一個端口〔如P1口〕就可以構(gòu)成4*4=16個按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比方再多加一條線就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵〔9鍵〕。由此可見，在需要的鍵數(shù)比擬多時，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。矩陣式構(gòu)造的鍵盤顯然比直接法要復雜一些，識別也要復雜一些，列線通過電阻接正電源，并將行線所接的單片機的I/O口作為輸出端，而列線所接的I/O口則作為輸入。這樣，當按鍵沒有按下時，所有的輸入端都是高電平，代表無鍵按下。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會被拉低，這樣，通過讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。3.RS485通信接口RS485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)，一般是兩線制〔以前有四線制接法，只能實現(xiàn)點對點的通信方式，現(xiàn)很少采用〕，多采用屏蔽雙絞線傳輸。這種接線方式為總線式拓撲構(gòu)造在同一總線上最多可以掛接32個結(jié)點。在RS485通信網(wǎng)絡(luò)中一般采用的是主從通信方式，即一個主機帶多個從機。由于PC機默認的只帶有RS232接口，有兩種方法可以得到PC上位機的RS485電路：〔1〕通過RS232/RS485轉(zhuǎn)換電路將PC機串口RS232信號轉(zhuǎn)換成RS485信號，對于情況比擬復雜的工業(yè)環(huán)境最好是選用防浪涌帶隔離柵的產(chǎn)品?！?〕通過PCI多串口卡，可以直接選用輸出信號為RS485類型的擴展卡。4.LCD的顯示方法分析直接讀寫GPIO驅(qū)動方式。目前有很多類型的液晶屏自帶LCD控制器,ARM向控制器寫控制指令和數(shù)據(jù)就可以完成對LCD的初始化和內(nèi)容的顯示。這種顯示方法軟件設(shè)計相對簡單,占用的代碼空間小,可以通過簡單的控制芯片進展驅(qū)動。針對自帶控制器的LCD,本文設(shè)計了直接讀寫GPIO驅(qū)動LCD的方法。該方法在底層驅(qū)動向LCD控制器和LCD的應(yīng)用程序提供接口,LCD控制器的讀寫時序全部在底層驅(qū)動中完成,底層驅(qū)動向應(yīng)用程序提供初始化接口和顯示數(shù)據(jù)接口。該方法應(yīng)用程序和內(nèi)核的交互少,程序執(zhí)行效率高。根據(jù)總體的設(shè)計的要求，設(shè)計出相應(yīng)系統(tǒng)方框圖，如下列圖所示圖1.系統(tǒng)構(gòu)造框圖〔二〕研究方案第一步：分析系統(tǒng)的工作原理，進展相應(yīng)的物理抽象，畫出系統(tǒng)的電路原理圖，并根據(jù)原理圖進展硬件電路搭建。多路時序控制系統(tǒng)的核心是延時控制儀，它以外觸發(fā)信號為基準進展延時，依次輸出電平信號或開關(guān)信號進展控制，主要用于多臺測試設(shè)備的啟動控制?？刂苾x的主控單元主要由處理器LPC2214、FPGA電路組成；其他外圍電路包括：RS485通信接口電路、人機接口電路、電源電路、存儲電路、外觸發(fā)電路、輸出驅(qū)動電路等。人機接口電路主要是液晶與鍵盤接口電路，鍵盤選用4*4矩陣鍵盤，液晶選用8寸彩屏，20路通道的延時參數(shù)、輸出信號類型、信號的使能與屏蔽等功能，通過鍵盤配置，在液晶上進展顯示，參數(shù)配置完后，就可以啟動觸發(fā)信號進展延時輸出控制。LPC2214作為整個主控單元的核心，用于控制平臺的上層管理，并通過數(shù)據(jù)總線與FPGA進展數(shù)據(jù)交互，從而構(gòu)成一個功能強大的硬件平臺。用Protel99SE設(shè)計出電源電路，開關(guān)電路，ARM處理器電路等相關(guān)電路的電路圖，使之構(gòu)成一個完整的多路時序控制系統(tǒng)電路。第二步：根據(jù)系統(tǒng)功能要求，進展相關(guān)的程序設(shè)計，同時使用相應(yīng)的仿真軟件進展仿真，驗證程序的正確性并改正。用ADS1.2ARM開發(fā)環(huán)境設(shè)計出軟件程序，主要程序有LPC2214的定時器編程設(shè)計，矩陣鍵盤程序設(shè)計,LCD驅(qū)動程序以及相關(guān)通信協(xié)議設(shè)計三局部。第三步：下載程序到硬件系統(tǒng)中，完成整個系統(tǒng)調(diào)試及性能分析，確定整個編碼器系統(tǒng)的性能并進展進一步的完善。3.本課題研究的重點及難點，前期已開展工作。重點：本課題重點是掌握ARM7處理器LPC2214根本知識和根本應(yīng)用，以及LCD驅(qū)動程序設(shè)計，矩陣鍵盤掃描程序設(shè)計、通信程序的設(shè)計。難點：〔1〕.ARM7與FPGA接口協(xié)議設(shè)計?！?〕.LCD驅(qū)動程序設(shè)計?！?〕.矩陣鍵盤程序設(shè)計?！?〕.RS485通信接口電路程序設(shè)計。前期已展開工作：查詢資料收集相關(guān)信息，分析整個系統(tǒng)的工作原理，確定系統(tǒng)所需的功能模塊，各個單元模塊的功能。熟悉ADS1.2編程仿真環(huán)境，熟悉Protel99SE的使用，復習匯編語言及C語言。4.完成課題的工作方案及進度方案〔按周次填寫〕1.1——2周，前期準備工作，完成畢業(yè)設(shè)計所需資料的收集。2.3——4周，完成開題報告撰寫并進展開題辯論。3.5——8周，完成各個模塊的電路設(shè)計。4.9——11周，完成各模塊程序的設(shè)計。5.12——13周，撰寫中期報告，進展中期辯論。6.14——16周，對各個模塊程序進展調(diào)試。7.16——17周，將整個系統(tǒng)進展調(diào)試及整合進展演示，并撰寫畢業(yè)論文。8.18周，準備辯論。5.指導教師意見〔對課題的深度、廣度及工作量的意見〕。指導教師：年月日6.所在系審查意見：系主管領(lǐng)導：年月日參考文獻［1］周立功，王祖麟，嚴寒亮，等.ARM嵌入式系統(tǒng)根底教程［M］.第2版.：航空航天大學.2008.［2］李德兵莫清華基于AT89C52的液晶顯示的實現(xiàn)。****江南計算機研究所〔214083〕.［3］齊彩印,邵璀琪.通用鍵盤和LCD顯示設(shè)計[J].半導體技術(shù).2002(01).［4］華英成，童詩白.模擬電子技術(shù)根底［M］.第四版.：高等教育.2006.［5］閻石.數(shù)字電子技術(shù)根底［M］.第五版.：高等教育.2006.［6］吉雷.Protel99入門到精通［M］.**：**電子科技大學.2008.［7］陳鐵軍,謝春萍.PC機與RS485總線多機串行通信的軟硬件設(shè)計［J］.現(xiàn)代電子術(shù),2007，30(5):103-105.［8］譚浩強.C程序設(shè)計[M].第3版.:清華大學.2005.［9］陳斌.基于RS485的單片機多機通信技術(shù)[J].電子產(chǎn)品世界,2005，(14):91-94.［10］王孝；王彬；譚學治；一種新型4*4鍵盤電路。**