ВВЕДЕНИЕ 4
1. СИСТЕМЫ СБОРА ДАННЫХ НА ПРИМЕРЕ ИНКЛИНОМЕТРА 6
1.1. ПЛИС с архитектурой FBGA 6
1.2. Виды и применение инклинометров 8
1.3. МЭМС-технологии 11
2. SOFT-ПРОЦЕССОР NIOS II 16
2.1. САПР сквозного проектирования систем на кристалле Altera Quartus II 16
2.2. Реализация систем на кристалле на основе ПЛИС Altera 17
3. ИНКЛИНОМЕТР ADIS16209 21
3.1. Описание прибора 21
4. ОТЛАДОЧНЫЙ КОМПЛЕКТ Altera DE2-115 24
4.1. Описание комплекта 24
4.2. Перечень используемых компонентов комплекта 25
4.3. Загрузка файла конфигурации в комплект 25
5. ОПИСАНИЕ ВНУТРЕННЕЙ СТРУКТУРЫ ФАЙЛА ПРОЕКТА,
НАПИСАННОГО НА ЯЗЫКЕ VERILOGHDL 26
5.1. Основные составные части файла проекта 26
5.2. Описание работы модуля diplom 27
5.3. Описание работы модуля DE2_115_QSYS 27
5.4. Описание работы модуля IOPart 27
5.5. Описание работы модуля BDB 28
5.6. Описание работы модуля HEXDis 28
6. РАЗРАБОТКА УПРАВЛЯЮЩЕГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ И
ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ 29
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 31
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 32
Приложение 1 33
Приложение 2 34
Приложение 3 38
Приложение 4 41
Приложение 5 43
Приложение 6 44
Как правило, для решения научных, технических и прикладных задач часто требуется наличие системы сбора данных (ССД). Данный комплекс средств предназначен для работы совместно с персональным компьютером или специализированной техникой и осуществляет автоматизированный сбор информации о значениях физических параметров в заданных точках объекта исследования с аналоговых и/или цифровых источников сигнала. Среди прочих представителей ССД, большой популярностью пользуются цифровые инклинометры в интегральном исполнении. А их реализация на микропроцессорном ядре, созданном с использованием логического синтеза, предоставляет ряд преимуществ, таких как: высокая точность, быстродействие, повышение качества сбора данных. Однако при использовании таких инклинометров возникает проблема как подключить его к устройству и считать из него данные, используя конфигурируемый процессор на базе ПЛИС. Решению этой проблемы посвящена данная работа.
Цель работы: сопряжение платы цифрового инклинометра ADIS16209 с ПЛИС Altera DE2-115 посредством SPI-интерфейса и soft-процессора Nios II для автоматизации получения измеренных данных.
Поставленная цель потребовала решения следующих задач:
• создание рабочей установки и реализация инклинометра на микросхеме ADIS 16209 с использованием отладочного комплекта Altera DE2-115;
• эмулирование soft-процессора Nios II на отладочном комплекте Altera DE2-115;
• программирование микросхемы ADIS 16209 в среде для проектирования и отладки проектов Quartus II;
• реализация на основе языка Verilog HDL логической схемы контроллера, осуществляющего управление инклинометром;
• создание конфигурационного файла для микропроцессора с программным ядром Nios II;
• проведение испытаний разработанного измерительного устройства;
• проведение инклинометрических измерений.
В ходе выполнения данной работы были получены следующие основные результаты:
1. Изучен протокол обмена данными с цифровым инклинометром через SPI-интерфейс.
2. Изучен отладочный комплект Altera DE2-115 и способы подключения к нему инклинометра ADIS16209 с помощью эмулированного Nios II процессора.
3. Приобретен навык конфигурирования soft-процессоров, необходимый для создания управляющего микропроцессорного ядра Nios II.
4. Освоены основные конструкции языка Verilog HDL, позволившие реализовать логическую схему контроллера, осуществляющего управление инклинометром.
5. Была собрана установка для проведения инклинометрических измерений, способная измерять угол наклона в диапазоне от -905 до 90 по двум осям.
6. Работоспособность собранной установки проверена на основании тестовых испытаний.
7. Разработано управляющее программное обеспечение, реализующее функциональные узлы управления цифровым инклинометром, считывание и обработку первичных измеренных данных и их визуализацию на ЖКИ.
