基于SOPC數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：基于SOPC技術(shù)設(shè)計(jì)了一個(gè)綜合應(yīng)用系統(tǒng)；實(shí)現(xiàn)了鍵值數(shù)據(jù)采集、顯示，并將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)串口送給上位機(jī)；也可以接收上位機(jī)送來(lái)的數(shù)據(jù)，控制點(diǎn)亮相應(yīng)的二極管且將接收到的數(shù)據(jù)顯示在數(shù)碼管上。系統(tǒng)硬件由FPGA及外圍電路組成，采用了性能優(yōu)良的Nios II軟核處理器；軟件在Altera公司的軟件集成開(kāi)發(fā)工具Nios II IDE下應(yīng)用C語(yǔ)言編程。該系統(tǒng)工作可靠，在實(shí)際的應(yīng)用設(shè)計(jì)中有一定的參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集；控制；軟核處理器；數(shù)據(jù)；工作可靠

隨著IC設(shè)計(jì)與工藝水平的提高，可編程邏輯器件FPGA因其功能強(qiáng)大，設(shè)計(jì)靈活，開(kāi)發(fā)周期短等特點(diǎn)，得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。片上可編程系統(tǒng)(System On Programmable Chip，SOPC)的設(shè)計(jì)方法更是越來(lái)越受到重視。SOPC將微處理器、存儲(chǔ)器、定時(shí)器、通用I／O接口等系統(tǒng)設(shè)計(jì)必需的功能模塊以及用戶設(shè)計(jì)的特定功能的模塊集成到一片可編程邏輯器件上，構(gòu)成一個(gè)軟、硬件可編程的片上系統(tǒng)。采用NiosⅡ軟核處理器，使設(shè)計(jì)具有更大的靈活性。NiosⅡ系列32位RISC嵌入式處理器具有超過(guò)200DMIP的性能，在低成本FPGA中實(shí)現(xiàn)成本只有35美分，可以在多種系統(tǒng)設(shè)置組合中進(jìn)行選擇，滿足成本和功能要求。這種設(shè)計(jì)方式使整個(gè)系統(tǒng)的裁減、擴(kuò)充、升級(jí)變的容易，可縮短系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期，節(jié)省開(kāi)發(fā)成本，延長(zhǎng)產(chǎn)品的生命周期。

1 系統(tǒng)總體框圖
系統(tǒng)一方面采集按鍵的鍵值顯示在數(shù)碼管上，并將鍵值數(shù)據(jù)通過(guò)串口送給PC；另一方面通過(guò)串口接收由PC發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，將收到的數(shù)據(jù)顯示在數(shù)碼管上，由收到的數(shù)據(jù)控制相應(yīng)的發(fā)光二極管亮。系統(tǒng)方框圖如圖1所示。

整個(gè)系統(tǒng)由Altera支持SOPC的CycloneII高性能、低成本、低功耗的FPGA和一些外圍電路組成。采用了Nios II嵌入式處理器，在FPGA芯片上實(shí)現(xiàn)核心控制處理功能。外圍電路主要有串行通信接口，LED數(shù)碼管、發(fā)光二極管，鍵盤，F(xiàn)lash、SRAM存儲(chǔ)器等組成。