刘海涛[1]2003年在《基于8位MCU核的智能编码ASIC设计》文中指出本论文的目的在于设计出具有智能编码功能的ASIC。所采用的研究方法是:在系统分析ASIC设计技术以及所采用的MCU内部系统结构之后，采取在8位MCU核基础之上，运用与MCU应用系统开发相同的手段，完成ASIC所具有功能验证的全部验证过程。更进一步地设计了编码发射和解码接收的实验电路。生成了能直接在拥有该MCU核的IC制造厂家投片就能生产出该ASIC的程序代码文件。所选用的MCU核是Microchip公司的PIC16C5X系列中的16C54，该系列8位MCU具有很多的优点，主要体现在宽字节单周期指令、哈佛双总线和RISC结构。这使得它有着更快的指令执行速度。它的低功耗、强大的I/O端口特性、一次性编程技术的低价格优点等都使得它具有很高的性价比。该ASIC最大拥有11位的地址管脚，可提供多达2048（211）个地址编码，因此极大的减少了码的冲突和非法对编码进行扫描以使匹配的可能性,具有极强的保密性和智能性。同时也使得它最多可拥有11位的数据管脚，提供2048个数据编码，可完成2048个状态控制。而且在11位地址/数据码中，可自由分配地址码和数据码的位数，体现出完美的智能控制。可广泛的应用于家庭汽车安全系统、车库控制、遥控风扇、遥控玩具和其它工业控制等领域。本论文的创新之处，就是在设计中采用独特的编码方式，很大程度上地排除了使用该编码ASIC的不同遥控用户之间的相互干扰，而且在无线传输方式下，编码信号能实现可靠传输和接收，使得该ASIC具有高可靠性
周奇勋[2]2004年在《基于ASIC的无线数据传输系统设计》文中研究说明无线数据传输系统是建立在研究智能住宅无线网络通信系统的基础上，以数字无绳电话的主机为核心建立起的一种家庭无线通信网络。本论文采用自顶向下（top-down）的正向高层次设计方法对无线数据传输系统芯片的核心部分——突发模式控制器（Bust Mode Controller，以下简称“BMC”）的设计与实现进行了研究。对系统中心控制器的设计进行了研究，对系统语音编解码（CODEC）模块作了简要的分析以及在BMC中设计了相应的数据接口电路。在该课题的研究中，BMC的设计采用了目前ASIC设计中最先进的高层次设计方法，使用硬件电路描述语言VHDL对其进行描述。控制器首先采用8位单片机AT89C52实现系统的功能验证，采用单片机C语言编写源程序，然后将源程序载入8位MCU核中进行ASIC的设计。本论文以芯片的FPGA和ASIC的设计和实现为主线，阐述了突发模式控制器设计、仿真、综合验证以及布局布线的步骤，以及基于ASIC技术的高层次设计方法，并且分析了系统的工作状态转换和中心控制器的软件设计流程。在本论文的研究中，重点分析了突发模式控制器的设计。以对数据通信协议和时分双工的通信工作方式的分析和理解为基础，对突发模式控制器的设计思路和各个子模块电路的设计和实现做了详细的分析阐述。本论文完成了突发模式控制器的设计，由测试激励程序完成了功能仿真，以及布局布线后的时序仿真。并且通过系统仿真软件MATLAB提供信号源，在信噪比为 15dB的情况下通过计算机仿真系统的误码率为0.63%，完全可满足语音通信的要求，同时在数据量不大的数据通信中质量也能基本得到满足。最后设计PCB实验板进行了测试，通过FPGA证明所实现的无线数据传输系统芯片符合基本功能要求。并且完成了包括BMC、中心控制器、CODEC的无线数传芯片的ASIC实现。通过本论文的研究，开发了拥有自主知识产权的无线数据传输系统专用集成电路。为建立智能住宅的家庭无线通信网络提供了低成本的解决方案。
白运福[3]2015年在《无线传感器网络MAC层通信芯片的研究与设计》文中研究说明无线传感器网络是搭载传感器和无线局域网络,可以无线采集数据和监控环境的新兴信息交互网络。通过在某一特定区域快速建立无线通信网络,通信节点设备和通信终端形成了一个自组织、动态的数据传送网络。无线传感器网络的引入和应用给人们生产生活带来了智能和便利,由于无线传感器网络的应用价值、应用需求以及芯片设计技术的发展,关于无线传感器网络的专属通信芯片设计的研究应运而生。IEEE 802.15.4是一种低功耗低速率的无线局域网协议,协议定义了物理层和介质访问控制层。本文结合了目前无线传感器网络的发展及研究现状,基于ASIC数字芯片设计技术和IEEE 802.15.4 MAC协议,提出了功能完备的MAC通信控制芯片的设计方案。本文的MAC芯片设计能基本实现MAC层定义的功能,整个芯片设计包含MAC控制器和8位RISC CPU两部分,MAC控制器包括CSMA-CA算法控制器、MAC发送模块和MAC接收模块,MAC控制器可以基于数据总线和RISC CPU进行数据交互。MAC控制器内嵌的CSMA-CA算法控制器实现竞争信道机制,通信节点设备通过竞争信道连接通信网络,同一时间只允许一个节点设备进行通信传输。基于精简指令集设计的CPU逻辑简单,单独的CPU设计可以更好的实现无线传感器网络的数据处理功能。本文的MAC芯片设计在逻辑上通过了ModleSim仿真验证,低功耗设计且功能完备。不同于一般的FPGA半定制芯片设计,本文基于ASIC数字芯片设计流程,完成了从前端仿真到后端物理设计的全过程,包括芯片架构设计、RTL coding、逻辑验证、综合、物理设计等。完成RTL逻辑设计后,基于综合工具DC生成门级网表,通过后端设计工具Encounter生成了物理版图。
林平[4]2003年在《变频控制系统集成模块及其控制芯片技术的研究》文中研究表明大力开发电力电子系统集成技术实现系统的高功率密度、高效率、高可靠性、低成本、低污染的性能是新世纪电力电子技术发展的趋势。电力电子系统集成技术的关键就是要发展标准化的电力电子功率模块，利用这种标准化功率模块可以构成灵巧的、智能化的系统配置。电机调速在电力电子应用领域占有十分重要的地位，这促使我们关注电机调速控制系统集成模块的研究，特别是在中、小功率应用领域。功率模块中控制电路的单芯片化实现可以极大地促成系统的集成化并降低各种电磁干扰。研制基于可编程逻辑器件的ASIC芯片以及功能可复用的IP核是具有实际意义的探索性工作。 在介绍了一种标准化的功率模块并提出基于这种模块的分布式数字控制系统概念后，介绍了模块内各控制芯片实现的功能。 分别采用变频调速专用集成芯片SA866AE、专用微控制器8X196MC和DSP TMS320F240作为控制芯片，研制了异步电机变频调速系统，比较了各电机调速控制芯片的功能特点，指出了调速控制芯片的发展趋势。 可编程逻辑器件PLD成为专用集成电路ASIC芯片设计的一个有效的方法。本文基于CPLD芯片研制了变频调速控制系统SPWM和SVM两种调速控制ASIC芯片，并分别构成了电机控制系统，实验结果表明了控制芯片良好的工作性能。 随着在集成电路芯片设计中可重复使用IP核的范围日趋广泛与复杂，在保持各种IP核的通用性的同时，也越来越要求IP核的专用性。具有知识产权的IP核库的建设已成为芯片设计发展的一个重要目标。本文研制了10bit和12bit两种精度的基于模型参考自适应的速度估算IP核，并进行功能和时序验证，比较了它们所占用的芯片资源的大小，MAX+PLUSⅡ的仿真确定了实际的电路硬件结构。这种速度估算IP核作为一种通用的片内外设形式(以硬件形式完成软件功能)，和裸MCU(或DSP)核制成电机控制专用芯片，可应用于各种无速度传感器的电机控制场合。同时考虑到功率模块间或嵌入控制芯片间的接口通讯，研制了数模转换芯片与外部设备、I~2C器件与外部设备的接口IP核的研制。
宋存杰[5]2010年在《基于6502的MCU开发及其ICE机制的实现》文中指出作为一种嵌入式微控制器,MCU(Micro Controller Unit)在通信、消费电子、计算机、医疗、仪器仪表等领域得到了广泛的应用。6502是最早由MOS Technology公司开发的性能良好的8位微处理器,现因其低功耗,低成本,结构和指令简单等特点主要应用于嵌入式系统。本文首先研究了6502微处理器的内部结构和指令系统,在此基础上开发出基于6502的MCU,并对关键模块的设计进行了介绍。为了验证MCU IP核的正确性,本文采用了基于软件模拟的仿真验证和基于FPGA的原型验证两个层次,其中重点介绍了FPGA平台的验证过程。在线仿真器是MCU开发系统的重要组成部分,是开发MCU的强大工具。每一种MCU都应该有相应的仿真调试工具。本文在对目前主流的MCU调试技术进行研究的基础上,采用驻留监控程序这种低廉有效的调试技术,自主开发了适用于6502系列MCU的监控程序。本文详细叙述了6502 MCU在线仿真器中通信协议的设计,以及监控程序的设计与实现。监控程序通过串行通讯端口与上位机调试器软件进行通讯,能够完成程序下载、断点、单步运行、全速运行、暂停、查看和修改存储器或CPU寄存器等调试功能,是开发6502系列MCU的有力工具。本文还开发了BSL(Boot-Strap Loader)程序,用于下载及更新监控程序,有利于监控程序的升级。最后在MCU的FPGA验证平台上,结合上位机调试器对监控程序进行了全面的功能测试,给出了各个调试功能的测试方法,完成了测试,结果表明了本文所设计的6502在线仿真器的监控程序设计方案的正确性。
黄卫华[6]2005年在《全速USB设备控制器接口IP核的设计与实现》文中认为USB 最初是为了解决传统PC 外部设备接口的形式多、不统一、低速率且安装新设备过程麻烦等问题而提出的,其具有高速、双向、低成本、热插拔等优点,自从得到了微软Win98 操作系统内核支持以后,迅速得到普及推广。本文通过详细的分析比较USB1.1 与USB2.0 协议规范,提出了一种全速USB 设备控制器的设计实现方案。然后采用Top-Down 的流程与模块化的方法,用Verilog HDL实现了该全速USB 设备控制器的数字逻辑电路部分。数字部分主要包括串行接口引擎(Serial Interface Engine,简写为SIE)、媒体访问接口(Media Access Interface,简写为MAI)、端点控制器(EndPoint Controller,简写为EPCTL)等功能模块。SIE 为设备控制器的设计核心,主要完成USB 协议层的相关控制,如时钟提取、总线状态检测、数据流的NRZI 编码与解码、CRC 码生成与校验、并串转换与串并转换等,由GECLK、EVENTCTL、PHY、MAC 4 个子模块联合实现。EPCTL 完成设备控制器内集成的3 对端点缓冲区的读写控制。MAI 管理设备控制器内的所有状态寄存器,并且通过8 位并行数据线与设备端MCU 进行数据交换。各模块的功能仿真完全通过以后,搭建了一个FPGA 功能验证平台,验证了该全速USB 设备控制器IP 核的正确性。然后采用0.25um 的工艺库,完成了Cell-Based 的半定制ASIC 后端设计。最后完成版图的DRC、LVS 物理验证以及功能后仿真,在版图编辑器内手动拼接了收发器的版图,重新做了整个芯片的DRC 验证后提交了版图,拟流片做成硬核。
吴峰[7]2009年在《针对于无线传感器节点的微控制器的研究与实现》文中研究表明随着无线传感器网络领域研究及应用的不断深入和推广,基于早期的以8位微控制器为代表的单片机系统的解决方案已经很难满足该领域对性能和计算能力上的要求。近年来,随着芯片制作工艺和片上系统(System On Chip)技术的发展,各种高性能嵌入式微处理器如雨后春笋般取得了空前的应用和发展。与通用处理器不同,嵌入式微处理器一般针对某种应用将存储系统和诸多系统IO资源整合在单个芯片上,以此来减小整个系统的大小、降低系统的功耗来满足该特定领域应用对功耗和面积等约束条件的特殊需求。通过仔细的分析与讨论,为了在性能、价格和自主知识产权方面获得一个很好的平衡,本文提出一个采用基于OpenRisc开源架构的微处理器核心来搭建一个针对于无线传感器网络的微控制器的方案。该开源架构具有完全可综合、外围设备丰富、高性能、支持低功耗设计、软件支持性好、知识产权完全开放等优点。通过本文提出的方法,对该开源结构进行适当的修改与完善,可以使之更好地适应无线传感器网络的应用,这对如何在应用层级提高该微控制器的效率有着一定的参考意义。本文在对采用微处理器可综合软内核来搭建的微控制器进行分析设计的基础上,加入了对于低功耗控制技术的考虑,通过仔细的衡量考虑与可行性分析,有针对性的采用了一些不同且最新的低功耗设计方法学,例如门控电源和门控时钟设计,频率调节设计,以及寄存器传输级编码优化等等。通过对实验结果的分析,可以证明本系统能够显着的降低芯片的总功耗,这也为该微控制器节点将来应用于无线传感器网络提供了现实的基础。最后,本文将力求给大家一个高灵活性、可用性、可扩展性强的ASIC (特定用途集成电路)微控制器芯片(MCU)的设计骨架。基于该芯片的开发平台将是接口开放的,易于编程的和可移植性强的。
张俊[8]2006年在《基于8位MCU IP核的USB控制器的设计与实现》文中研究指明集成电路进入SoC设计阶段以后,基于IP(知识产权)核的SoC设计方法已经成为目前SoC设计方法中主流的设计方法之一。我国集成电路设计起步较晚,设计水平、设计能力与国外有一定差距,设计并开发具有自主知识产权的IP核,对我国的IC产业具有重要的意义。 作为一种嵌入式微控制器,MCU在通信、交通、医疗、消费电子、仪器仪表等领域得到了广泛的应用,渗透到人类生活和国民经济的各个方面,推动着国民经济的迅速发展。在这些嵌入式应用系统中,基于51指令系统的8位CISC MCU由于其低成本、高效能而始终占据着相当重要的位置。因此,研究并提高基于51指令系统的8位CISC MCU的性能和效能仍具有较高的理论和现实意义。基于这点,本论文研究并设计了一款与标准8051兼容的8位CISC MCU IP核。在ALU的设计部分,对常用的加法、除法电路作了改进,引入了新的算法一超前进位扩展算法和双比特算法,提高了执行效率。在控制器的设计部分,采用了查找表结构,它没有硬布线控制器逻辑结构那么复杂,速度要比微程序控制器速度快。 目前,基于USB总线的电子产品种类在不断增加,USB接口芯片的需求越来越大。论文基于所开发的MCU IP核,通过将USB接口IP集成到所开发的MCU IP核中,实现了USB设备控制器的设计。
李磊[9]2006年在《基于Intel16位MCU及CPLD的电磁流量计设计》文中提出电磁流量计是基于电磁感应定律的速度式流量计。本文在分析国内外电磁流量计发展现状和趋势基础上,采用Intel 16-Bit MCU、在系统可编程器件等高性能集成电路,设计了一种新型的智能电磁流量计,并在系统的设计中采用了许多先进的设计方法。本文主要介绍系统体系结构及硬件电路设计。在系统硬件电路的开发中,我们采用了单片机控制方式可选的励磁技术,并设计出新颖的信号转换放大电路、液晶显示电路和系统抗干扰电路。为满足电磁流量检测仪表与系统发展需要,增强系统开放性、可靠性和通讯功能,我们选用RS-485标准总线来实现仪表和外部系统的通信。在系统数字部分的设计中,我们采用了先进的设计方法,设计出了更简洁高效的电路。MCU外部的逻辑电路全部在CPLD内实现,大大缩小了整个系统的体积提高了系统的可靠性。在系统中使用了基于I2C接口的串行EEPROM,我们采用Verilog HDL语言设计了串行EEPROM读写的可综合模块,在CPLD内实现了I2C总线的虚拟接口,该模块也可以作为IP核在相关的设计中使用。数字逻辑部分的设计采用数字ASIC的前端设计及验证方法。尤其是I2C接口部分采用了结构化的Test Bench,提高了代码的重用性。在设计的过程中对系统关键部分的可集成性进行了研究。本项目的开展,对提高我国电磁流量检测技术水平具有积极意义和重要的应用价值。
蒋俊[10]2012年在《高速数字式脉冲超宽带无线收发系统的研究及实现》文中认为随着平板电脑、智能手机、数字机顶盒、数码相机、DVD、数码摄像机、HDTV等电子消费产品的广泛普及,电子产品之间的短距离高速无线通信,一直是研究的热点。脉冲超宽带(IR-UWB)系统采用极窄脉冲传输数据。这种无载波调制的通信方式具有低功耗、低复杂度的优点,一直受到学术界和科研机构的关注。当前学术界对于IR-UWB的研究主要集中在速率为10MHz以下、甚至几KHz的生物医疗、测距、定位等方面的应用。UWB可高达500Mb/s的传输速率优势,是其它短距离无线传输技术不能相比的。业界对于高速数据传输的UWB研究,主要集中在OFDM方案和DS-CDMA方案。采用这两种方案,是由于广泛应用于窄带通信的OFDM技术和DS-CDMA技术已经相当成熟；但是其缺乏创新性。本文重点研究应用于短距离高速数据传输的IR-UWB系统。由于传统IR-UWB架构对于高速传输引起的码间干扰(ISI)无法处理,不适用于高速数据传输。本文借鉴SDR的设计思想,重点提出了一种低精度、欠采样、数字式脉冲超宽带高速无线收发机系统。数字式IR-UWB的接收机与发射机均不需要超宽带的混频器,这样可以降低射频电路设计难度。在接收机里,超宽带的射频信号经过LNA和VGA放大后,直接由ADC采用4bit以下的低精度、低于奈圭斯特的欠采样速率采样,所有的信号处理交由数字基带完成。该架构具有低功耗、低复杂度的优点。在架构研究的基础上,本文系统地研究了基于训练码的超宽带数字基带实现算法,给出了信道估计、同步、信道均衡等实现算法,并提出基于训练码的极性序列同步与门限信道估计联合算法,该算法简单有效。本文给出了一套完整的系统解决方案,包括数字基带的实现算法和射频电路的实现方法,并对系统建模和仿真,论证了欠采样、低精度、数字式IR-UWB系统的可行性。最后,针对提出的系统方案,本文设计了一个1bit的极低精度、4224MHz欠采样速率的、BPSK调制的IR-UWB收发机系统。物理传输最高速率为132Mb/s,有效数据传输速率为114Mb/s。收发机射频电路采用SMIC0.13μm CMOS工艺实现并流片测试,电源电压为1.2V。收发机的能耗较低,在132M/b的传输速率下,分别为18.2pJ/pulse和330pJ/pulse。发射机利用RLC电路来整形频谱,通过连续调节电阻R实现脉冲参数连续可调。发射机芯片测试结果表明：脉冲频谱在3～5GHz区间符合FCC频谱规定；脉冲宽度在900ps～1600ps之间；脉冲幅度为110mV～370mV。接收机射频电路将LNA、VGA、ADC、PLL、时钟分频器等集成。ADC采用时钟交错的16路比较器并行组成,比较器的实际工作频率降为264MHz。芯片测试结果表明：LNA和VGA增益为16dB～28dB；噪声系数小于3.7dB；ADC为1bit和4224MHz。从LNA输入端到ADC的16路输出通道,测试正常,可以为数字基带提供264MHz的16路并行采样数据。数字电路将整个系统的数字基带算法集成。同时,嵌入了一个MCU软IP核,以辅助控制和编码处理。数字基带采用FPGA开发板进行功能验证,验证结果表明：在未同步的情况下,整个基带电路能够正确地自动复位；并能够正确地解调数据,数据误码率为5×10-4。整个基带系统采用SMIC0.13μm CMOS工艺实现集成,工作频率为264MHz,总功耗为902.3mW。
参考文献：
[1]. 基于8位MCU核的智能编码ASIC设计[D]. 刘海涛. 电子科技大学. 2003
[2]. 基于ASIC的无线数据传输系统设计[D]. 周奇勋. 西安科技大学. 2004
[3]. 无线传感器网络MAC层通信芯片的研究与设计[D]. 白运福. 贵州大学. 2015
[4]. 变频控制系统集成模块及其控制芯片技术的研究[D]. 林平. 浙江大学. 2003
[5]. 基于6502的MCU开发及其ICE机制的实现[D]. 宋存杰. 哈尔滨工业大学. 2010
[6]. 全速USB设备控制器接口IP核的设计与实现[D]. 黄卫华. 华中科技大学. 2005
[7]. 针对于无线传感器节点的微控制器的研究与实现[D]. 吴峰. 哈尔滨工业大学. 2009
[8]. 基于8位MCU IP核的USB控制器的设计与实现[D]. 张俊. 合肥工业大学. 2006
[9]. 基于Intel16位MCU及CPLD的电磁流量计设计[D]. 李磊. 西安电子科技大学. 2006
[10]. 高速数字式脉冲超宽带无线收发系统的研究及实现[D]. 蒋俊. 复旦大学. 2012
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