基于FPGA的GPIB總線接口IP核設(shè)計【開題報告】

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1、畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告題目：　　　　基于FPGA的GPIB總線接口IP核設(shè)計　　　　　　　　　　　　　　　　　　　專業(yè)：電子信息工程1選題的背景、意義隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，許多現(xiàn)代化的系統(tǒng)，例如龐大的通信網(wǎng)、復(fù)雜的過程控制、反應(yīng)快速的武器系統(tǒng)等等，它們的研制、調(diào)試、維修等工作，對測試系統(tǒng)的依賴性很強。測試系統(tǒng)需要GPIB(通用接口總線)控制器，而控制器本質(zhì)上是協(xié)議轉(zhuǎn)換器。用戶給計算機輸入特定命令，計算機操作系統(tǒng)通過驅(qū)動程序向掛接在PCI/ISA總線上的控制器發(fā)起一個相應(yīng)的數(shù)據(jù)交易?？刂破鲃t把交易中所得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一個符合GPIB協(xié)議的控制信號和數(shù)據(jù)信號，這樣用戶就可以通過對計

2、算機的操作來控制掛接在GPIB母線上的各個測量儀器進行控制。GPIB雖然己經(jīng)有了很長的歷史，但是這種測量總線方便易用，組建自動測試系統(tǒng)方便，而且費用低廉。雖然近來出現(xiàn)了VXI等更加快速先進的測試總線，但他們大多昂貴而又麻煩，大多是插卡式的。所以，GPIB總線在使用臺式機組建測試系統(tǒng)的時候有不可替代的作用。此外，在很多對測試速度要求不高，測試儀器的體積不作要求的情況下，GPIB總線也有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢。而GPIB控制芯片(NAT9914)是自動測試系統(tǒng)中的關(guān)鍵芯片，因此對GPIB控制芯片有一定的需求量。集成電路的飛速發(fā)展使得它在各行各業(yè)中發(fā)揮著越來越大的重要性。特別是ASIC技術(shù)的發(fā)展

3、，用FPGA/CPLD對各類芯片進行設(shè)計和仿真，再在底層對FPGA進行布線，實現(xiàn)專用芯片的功能己經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。此課題的研究，正是針對ASIC的發(fā)展而開展的。設(shè)計基于FPGA芯片的GPIB接口的IPCore不僅量身定做，不浪費資源，而且通用性極強，具有自主知識產(chǎn)權(quán)，儀器研發(fā)人員拿來稍作修改就可以應(yīng)用。有了IEEE-488協(xié)議的IP核，再加上以后繼續(xù)深入的研發(fā)，就能實現(xiàn)測控領(lǐng)域的NAT9914芯片的自主化，所以用FPGA實現(xiàn)GPIB接口芯片有一定的意義和價值。本課題正是基于這樣的契機以及業(yè)界的需求而決定選用FPGA實現(xiàn)完全獨立自主的GPIB控制器。2相關(guān)研究的最新成果及動態(tài)綜觀

4、現(xiàn)今市場上的測試儀器，不難發(fā)現(xiàn)GPIB總線有重要的作用，國外目前只有德州儀器(TI)、NATIONALINSTRUMENT(NI)和NEC三家公司生產(chǎn)基于IEEE-488協(xié)議的GPIB控制器芯片，主要以NI公司生產(chǎn)的ENET-GPIB和GPIB控制器為代表，但價格昂貴，單用戶系統(tǒng)控制器也要兩千美金，多用戶系統(tǒng)的控制器更是高達兩萬美金。在國內(nèi)，清華大學(xué)己經(jīng)開發(fā)了基于網(wǎng)絡(luò)的自動測試系統(tǒng);電子科技大學(xué)CAT實驗室也推出了ENET-GPIB和GPIB控制器;復(fù)旦大學(xué)、上海交通大學(xué)、四川大學(xué)等一批高校，也開發(fā)了一批新的實驗儀器系統(tǒng)用于教學(xué)和科研。鑒于此，國內(nèi)在組建GPIB測試系統(tǒng)時，核心

5、技術(shù)方面完全受制于以上廠商，這對整個國內(nèi)測試領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展以及軍事等相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用都會有不同程度的負囪影響[xUJ0隨看最近兒年EDA等新技術(shù)的小斷引入，以及CPLD/FPGA等新型器件的廣泛應(yīng)用，無論是在理論創(chuàng)新層面還是在工程需求方面都完全有必要而且也具備可能實現(xiàn)GPIB控制器的自主知識產(chǎn)權(quán)研發(fā)。所以，開發(fā)國內(nèi)的同類產(chǎn)品的現(xiàn)實意義是十分明顯的。3課題的研究內(nèi)容及擬采取的研究方法（技術(shù)路線）、研究難點及預(yù)期達到的目標(biāo)本文擬用FPGA實現(xiàn)GPIB控制器芯片，設(shè)計藍本參照NI公司的NAT9914。本設(shè)計實現(xiàn)的GPIB控制器芯片的功能與TMS9914或NAT9914相同，其中包括對寄

6、存器的讀寫訪問，和微處理器的通信機理，以及同GPIB儀器通信等。狀態(tài)機設(shè)計完全符合IEEE-488協(xié)議，所以本設(shè)計具有極強的通用性。并且所有核心模塊完全采用VerilogHDL語言實現(xiàn)，這不僅能具備專用芯片的功能而且在移植方面更具靈活性?？傮w的設(shè)計思想是用可寫寄存器中的數(shù)值和IEEE-488數(shù)據(jù)總線以及控制總線對狀態(tài)機進行控制，把狀態(tài)機產(chǎn)生的各類信息寫入可讀寄存器。計算機就可以通過對可寫寄存器賦值來控制狀態(tài)機并通過對可讀寄存器讀值而獲得狀態(tài)機的當(dāng)前狀態(tài)。從而計算機通過驅(qū)動程序來控制GPIB總線上的各類測量儀器。芯片結(jié)構(gòu)由數(shù)據(jù)通道、存儲單元、狀態(tài)機組成。在GPIB芯片中，十三個讀

7、寫寄存器就是存儲單元，狀態(tài)機由聽功能、講功能、源功能、受功能和控功能等組成，數(shù)據(jù)通道是由寄存器和組合電路組成的，它應(yīng)用在芯片數(shù)據(jù)線和GPIB總線上數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的時候。其中控功能包括負責(zé)控者功能和系統(tǒng)控者功能。此芯片實現(xiàn)的功能只是針對控制機的，實現(xiàn)的功能比NAT9914通用接口母線適配器功能要少，這主要體現(xiàn)在狀態(tài)機中。4研究工作詳細工作進度和安排4.1課題所完成的工作：在這半年的時間里，本人所做的工作主要包括:1、與工EEE-488-1975標(biāo)準(zhǔn)兼容:2、有源方掛鉤和受方掛鉤功能;3、有講者