Цифровой преобразователь для реализации стыка системной USB-шины с блоком С1-ФЛ-БИ

1. Разработка цифрового преобразователя для реализации стыка системной USB-шины с блоком С1-ФЛ-БИ

ПКИПТ
Специальность 09.02.01
Компьютерные системы и комплексы
Разработка цифрового преобразователя
для реализации стыка системной
USB-шины с блоком С1-ФЛ-БИ
Автор работы: студент группы 14ИТ15 Ястремский Д.П.
Руководитель проекта: преподаватель Соловей Н.В.

2. Цель работы

• Цель работы – проектирование устройства, предназначенного для подключения ПЭВМ с
универсальной последовательной шиной USB к каналообразующей и специальной аппаратуре,
имеющей стык с модулем «Стык1-физическая линия-биимпульсное кодирование» (С1-ФЛ-БИ). Работа
устройства должна состоять в обеспечении со стороны ПЛИС кодирования информационного потока
стыка С1-ФЛ-БИ и обмена данными с ПЭВМ через аппаратный мост USB-FIFO.
• В процессе проектирования разработаны электрическая структурная схема системы, включающей в
себя непосредственно разработанный цифровой преобразователь для реализации стыка системной
USB-шины передачи данных с блоком С1-ФЛ-БИ, электрическая функциональная схема цифрового
преобразователя, электрическая принципиальная схема цифрового преобразователя, составлено и
отлажено VHDL-описание преобразователя.
• Эффективность внедрения разработанного устройства обеспечивается за счёт использования
современной элементной базы (ПЛИС).
• Областью применения разработанного цифрового преобразователя для реализации стыка системной
USB-шины передачи данных с блоком С1-ФЛ-БИ является авиация, специализированные приборы
сбора информации и специализированные устройства.
• Основные характеристики цифрового преобразователя:
управление и отладка осуществляется с помощью персонального компьютера, соединенного с
устройством по стандарту USB 2.0.
• Устройство выполняет следующие функции:
скорость обмена данными через стык С1-ФЛ-БИ от 1200 до 64000 бит/с;
биимпульсное кодирование данных по стыку С1-ФЛ-БИ;
совместимость со стандартом USB 2.0.

3.

Назначение устройства и основные функции
Портативный комплекс слежения
Наземная станция
слежения
Комплекс системы
противоракетной обороны
Комплекс слежения на военноморском флоте
Компьютер, соединенный с
устройством по стандарту
USB 2.0
Авиационная промышленность
Специализированные приборы и устройства
военной промышленности
Система спутникового слежения

4.

Схема электрическая структурная
Генератор
Приемник стыка
С1- ФЛ- БИ
Принимаемые
данные
Передатчик стыка
С1- ФЛ- БИ
Передаваемые
данные
Шина
USB
К ПЭВМ
Аппаратный мост
USB 2.0
ПЛИС
Конфигурационное
устройство
Порт
JTAG

5.

Схема электрическая функциональная
Управляющие
сигналы
USB
4
Принимаемые
данные
5
Приемник
2
Передатчик
2
ПЛИС
XC6SLX4
USB- FIFO
FT245R
Шина
данных
Передаваемые
данные
8
5
ПЗУ 4Мбит
XCF04S
4
JTAG
Стык С1- ФЛ- БИ
Генератор 50
МГц

6.

Схема электрическая принципиальная
3V3
5V
XS1
+5 В
1
Земля
2
C1
1
2
3
4
C3
Vino
INH
Vfb
AGND
DA1
ST1S PGND
10PHR SW
Vnsw
SYNC
L1
3V3
VD1
T1
+INC1FL
R25
DD3
R18
8
7
6
5
R24
VD2
RX
XS4
C27
B
C29
C36
C31
R16
VT3.3
R19
L3
R21
R22
VD3
Vaux
R4
C33
R6
C34
5V
- INC1FL
C2
C4
Vino
INH
Vfb
AGND
DA2
ST1S PGND
10PHR SW
Vnsw
SYNC
C28
8
7
6
5
C30
1
+Вх.С1ФЛ
- INC1FL
2
- Вх.С1ФЛ
+OUTC1FL
- OUTC1FL
3
+Вых.С1ФЛ
4
- Вых.С1ФЛ
GND
GND
1
2
3
4
+INC1FL
TX
C32
5V
L2
R15
1V2
T2
C37
R13
+OUTC1FL
VT3.2
B
R5
R20
R7
C38
VT3.1
R23
R14
1V2
Vaux
Vaux
- OUTC1FL
C39
VT4.1
GND
C5..C9
C15..C24
C10..C14
DD2:2
GND
DD4
1
D0
OSCO
FT245RL
2
D4
OSCI
3
D2
TEST
4
VCCIO
AGND
5
D1
NC
6
D7
RXF#
7
GND
TXE#
8
NC
GND
9
D5
VCC
10
D6
RESET#
11
D3
GND
12
PWREN#
3V3OUT
13
RD#
USBDM
14
WR
USBDP
3V3
1
GND
2
Vaux
TCK
3
TDO
4
TDI
TMS
3V3
R8
XS2
Земля
+3.3 В
5
6
7
8
9
10
R12
DD1
R1
R2
R3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
XCF04
D0
NC SVO20C
CLK
TDI
TMS
TCK
nCF
OE
NC
nCE
VccJ
VccO
VccINT
TDO
NC
NC
NC
nCEO
NC
GND
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
DD2:1
Vaux
3V3
C25
37
39
65
70
71
69
60
144
73
C26
GND
R9
R10
PROGRAM_B_2
INIT_B_2
DIN_MISO_M_2
CCLK_2
DONE_2
M0_CMPMISO_2
M1_2
HSWAPEN_0
SUSPEND
XC6SLX4
Prog
C35
XS3
C40
GND
R11
R17
3V3
GND
Выводы 3, 13, 25, 49, 54, 68, 77, 91, 96, 108, 113, 130, 136 микросхемы DD2
подключить к цепи GND (земля); выводы 20, 36, 53, 90, 129 подключить к
цепи Vaux; выводы 19, 28, 52, 89, 128 подключить к цепи 1V2 (+1.2 В);
выводы 4, 18, 31, 42, 63, 76, 86, 103, 122, 125, 135 подключить к цепи 3V3
(+3.3 В).
28
27
26
25
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
G1
1
4
2
OE
Ucc
GND
KX0- V97
50.0 MHz
OUT
3
1
USB +5 В
2
USB D-
3
USB D+
4
USB GND
1
2
5
6
7
8
9
10
11
12
14
15
16
17
21
22
23
24
26
27
29
30
32
33
34
35
IO_L83N_3
IO_L83P_3
IO_L52N_3
IO_L52P_3
IO_L51N_3
IO_L51P_3
IO_L50N_3
IO_L50P_3
IO_L49N_3
IO_L49P_3
IO_L44N_3
IO_L44P_3
IO_L43N_3
IO_L43P_3
IO_L42N_3
IO_L42P_3
IO_L41N_3
IO_L41P_3
IO_L37N_3
IO_L37P_3
IO_L36N_3
IO_L36P_3
IO_L2N_3
IO_L2P_3
IO_L1N_3
IO_L1P_3
XC6SLX4
Bank3

7.

Схема программы

8.

Временные диаграммы работы

9. В конструкторском разделе разработан технологический процесс сборки и электромонтажа, произведен расчет надежности и

комплексного показателя технологичности.
Среднее время наработки на отказ
Tср. расч
1
40746(ч) 4, 72(года)
6
24,542 10
Комплексный показатель технологичности
n
K тех
K
i
i 1
n
i 1
i
2,906
0, 745
3,9
i
Комплексный показатель технологичности удовлетворяет условиям серийного
производства, следовательно, устройство не требует унификации.

10.

Расчеты по экономическому разделу
Таблица статей расходов на проектирование устройства
Таблица статей расходов на изготовление устройства

11. Заключение

• В процессе выполнения дипломного проекта был разработан цифровой преобразователь
для реализации стыка системной USB-шины передачи данных с блоком С1-ФЛ-БИ.
• Разработанное устройство реализовано с использованием ПЛИС XC6SLX4 фирмы Xilinx.
Кодирование данных стыка С1-ФЛ-БИ осуществляет ПЛИС фирмы Xilinx XC6SLX4
ёмкостью 10000 логических ячеек. Стык конвертера с ПЭВМ осуществляется
высокоскоростным аппаратным мостом, реализующим интерфейс USB версии 2.0 на
базе микросхемы FT245
• Управление и отладка осуществляется с помощью персонального компьютера,
соединенного с устройством по стандарту USB 2.0.
• Устройство выполняет следующие функции: а) поддерживает скорость обмена данными
через стык С1-ФЛ-БИ от 1200 до 64000 бит/с; б) обеспечивает биимпулсное кодирование
данных по стыку С1-ФЛ-БИ; поддерживает совместимость со стандартом USB 2.0.
• Областью применения разработанного цифрового конвертера для реализации стыка
системной USB-шины передачи данных с блоком С1-ФЛ-БИ является авиация,
спутники, специализированные приборы и устройства.
• Произведен электрический расчет потребляемой мощности модуля по электронным
компонентам принципиальной схемы.
• Графическая часть дипломного проекта содержит следующие чертежи:
назначение устройства (плакат) – 1 лист форм. А1;
cхема электрическая структурная – 1 лист форм. А1;
cхема электрическая принципиальная – 1 лист форм. А1;
cхема программы – 1 лист форм. А1.

12.

ДОКЛАД ОКОНЧЕН
СПАСИБО!
ВАШИ ВОПРОСЫ!?