儀器前端專用集成電路研究與測試.pdf

1、SoC(System on Chip)是指在單一芯片上可實(shí)現(xiàn)信號采集、轉(zhuǎn)換、存儲、處理和I/O接口等全部系統(tǒng)功能,是ASIC(Application Specific Integrated Circuit)的更高發(fā)展。SoC設(shè)計(jì)是以IP核復(fù)用為基礎(chǔ)的,基于IP核模塊的大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)是硬件實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。在整個(gè)設(shè)計(jì)中,仿真與驗(yàn)證是最復(fù)雜、最耗時(shí)的環(huán)節(jié),同時(shí)也是SoC設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵。
　　 本文研究與設(shè)計(jì)的儀器前端專用SoC是一

2、個(gè)數(shù)?；旌系挠糜跀?shù)據(jù)采集和控制處理的專用芯片,包括輸入信號調(diào)理電路(衰減網(wǎng)絡(luò)和放大器陣列)、ADC、8-bitCPU等模塊。系統(tǒng)中,信號調(diào)理電路對輸入的模擬信號幅度進(jìn)行調(diào)整(衰減或放大),ADC將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。8-bit CPU是系統(tǒng)的核心,在8-bit CPU控制下,數(shù)字信號能夠以4字節(jié)并行方式輸出給其他處理器系統(tǒng),也可以保存在系統(tǒng)內(nèi)部存儲器中,并通過8-bit CPU對其進(jìn)行數(shù)字信號處理。8-bit CPU還可以控制信號調(diào)

3、理電路的衰減或放大倍數(shù)、ADC的工作模式和采樣頻率。
　　 論文首先對儀器前端專用SoC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究,確定了符合設(shè)計(jì)要求的基本結(jié)構(gòu)。接著對輸入信號調(diào)理電路的結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)電路進(jìn)行了分析,對所使用的ADC電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹,并特別對8-bit CPU進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì)。本論文中,8-bit CPU選用80C51核,其控制功能是通過80C51核的外部控制模塊來實(shí)現(xiàn)的,包括有時(shí)鐘分頻模塊、數(shù)據(jù)輸出控制模塊、DMA、控制寄存器組等。論

4、文中給出了各模塊的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)及控制功能的仿真結(jié)果。并針對整個(gè)系統(tǒng)的功能要求,尤其是8-bit CPU對系統(tǒng)中信號調(diào)理電路的輸入信號幅度的衰減或放大控制、對ADC工作模式和采樣頻率控制、對ADC采樣后數(shù)據(jù)輸出控制等功能要求,建立了系統(tǒng)仿真測試平臺?；谄脚_的測試,是針對系統(tǒng)各個(gè)功能點(diǎn)編寫C程序并轉(zhuǎn)換成.in文件下載到rom中,通過Modelsim軟件仿真完成的。最后搭建了系統(tǒng)的電路原型,在Quartus中進(jìn)行了FPGA下載驗(yàn)證。通過仿真測試