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1、题 目 学 院 专 业 学生姓名 班 级 学 号 指导教师 二 年 月 日毕业设计（论文）原创性声明本人郑重声明：所提交的毕业设计（论文），是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本研究做出过重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明并表示了谢意。 论文作者签名： 日期： 年 月 日 摘 要USB是一种新式总线接口标准，具有高速、可靠、可扩展、即插即用等特点。USB2.0协议中，数据的最高传输速率提高到480Mbps，这就使通过USB实现快速传递大容量数据的外设成为现实。而FPGA芯
2、片因其工作频率高、设计周期短、成本低廉、可重复擦写等优点，被广泛应用于数据处理与算法实现中。因此，本文结合两者的优点，设计了具有数据传输与处理功能的系统，此系统经过扩展可用于数据采集。 本文主要介绍了一种基于FPGA 和U SB 数据传输电路的设计方法，采用硬件描述语言（VHDL）实现。论文在阐述了系统的整体设计思路的基础上，对电路所选芯片的结构和性能进行简单的介绍。然后提出了系统的软硬件设计与实现的方法。在硬件设计部分，给出了USB数据上传和下载模块、USB主机和设备模块及FPGA模块具体的硬件电路的设计方案以及模块之间的连接关系。文中对系统的整体框架进行了介绍, 然后对系统各个模块的设计与
3、实现进行详细的阐述, 最后验证了结合FPGA 和USB 进行数据传输的可行性。关键词：USB；FPGA；数据传输；VHDLAbstractUSB is a new bus interface standards, with speed, reliable, extensible, plug and play, etc. USB2.0 agreement, the highest rate of data transmission to 480Mbps, this makes the USB realize rapid transfer capacity data peripherals to
4、become a reality. Because of its work and FPGA chip design, high frequency, low cost, short cycle, the advantages of erase duplication, have been widely applied in data processing and algorithm. Therefore, combining with the advantages of both, design a data transmission and processing system, this
5、system can be used by extension data acquisition. This paper introduces an FPGA and the USB-based data transmission circuit design methods, using hardware description language (VHDL) to achieve .In this paper the design thought of the whole system, on the basis of the selected for circuit structure
6、and properties of the chips are introduced. Then put forward the system hardware and software design and realization method. In the hardware design part, gives the USB data upload and download module, USB host and device module and FPGA modules specific hardware circuit design scheme and the connect
7、ions between modules. Keywords: USB；FPGA；driver；VHDL目 录目 录5第一章 绪论11.1 国内外发展状况及发展趋势11.2 课题的研究现状11.3 论文的主要任务21.4 本论文所做的工作31.5 本论文的技术实现3第二章 USB的体系结构及VHDL语言、FPGA器件42.1 USB简介42.2 USB的特点42.3 USB体系结构52.3.1 USB系统描述52.3.2 USB设备逻辑结构52.3.3 USB的配置、接口和端点62.3.4 USB管道72.4 USB的通信协议层72.4.1 传输方式72.4.2 USB的传输速率72.4.3
8、包的格式82.5 VHDL语言介绍92.5.1 VHDL语言92.5.2 VHDL语言的特点92.6 现场可编程逻辑门阵列（FPGA）102.6.1 FPGA的基本结构102.6.2 FPGA简介102.6.3 FPGA特点112.6.4 FPGA的设计流程122.7 Max+plusII12第三章 系统硬件设计143.1 系统硬件方案设计143.2 系统软件方案设计143.3 USB模块设计143.3.1 模块硬件电路1534 FPGA模块153.4.1 FPGA模块的上电配置电路实现163.4.2 FPGA与SDRAM的连接16第四章 系统软件实现和应用方案184.1 D12固件的编写18
9、4.1.1主循环实现184.2 FPGA模块程序的编写194.2.1程序仿真204.3 USB驱动程序编写介绍21结束语23致 谢24参考文献25附录A26附录B27附录C28山东英才学院2012届本科生毕业设计（论文）第一章 绪论1.1 国内外发展状况及发展趋势随着计算机硬件飞速发展，外围设备逐渐增多，键盘、鼠标、调制解调器、打印机、扫描仪早已为人所共知，数码相机、MP3随身听接踵而至，这么多的设备，如何方便快捷地与个人计算机连接，USB就是基于这个目的产生的。USB，即通用串行总线，也称通用串连接口，它是一个计算机周边设备连接标准化、单一化USB是一种新式总线接口标准，具有高速、可靠、可扩
10、展、即插即用等特点。USB采用差分信号传输，具有很好的可靠性，设备的控制、管理和数据交换由PC机按USB协议进行，几乎不占用资源，对系统运行影响很小。USB允许即插即用和热插拔，当需要USB外设进行扩展的时候，只需将外设插入USB接口即可，其他的一切问题PC机会自动处理，无需用户干预。同时USB的接口数目可以通过USB集线器扩展至127个，可以同时扩展占很多的外设。因此采用USB与PC机连接是今后数据传输的一个趋势。随着USB设备的广泛应用，USB的发展经历了USB1.1时代、USB2.0时代以及USB3.0时代。最初的USB1.1标准接口传输速率为12Mbps，但是一个USB设备最多只可以得
11、到6Mbps的传输频宽，要完成数据量大的数据传输明显就会十分的吃力，因而USB2.0就应运而生。其最初的目标是将USB1.1的传输速率提高十至二十倍，而实际上却提高了四十倍。但是随着技术的发展，Vsita、高清、DX10正在逐渐普及，于是很快就遇到了USB1.1后期遇到的问题，于是英特尔公司和业界领先的公司一起携手组建的USB3.0推广组又出现了。这次他们带来的USB3.0技术将支持铜和光两种线缆，使用光纤连接后，速度可以达到USB2.0的20倍甚至30倍。对于USB3.0来说，现如今种种迹象都表明还没有全面发挥USB3.0技术的优势。不过，随着时间的推移，各方面这些都会逐步的完善起来。至少未
12、来3年我们都不会看到成熟的USB2.0相关产品退出市场。陪伴我们十多个年头的USB2.0早已经无法满足应用需要，这也催生了USB3.0的诞生，这正好迎合了用户的口味。其实更加吸引我们的，无外乎10倍于USB2.0的传输速度和向下兼容性。我们有理由相信，未来的移动存储设备搭载上USB3.0接口后速度会达到一个新的高度，那时候我们拷贝蓝光高清也不在话下，同时我们也期望USB3.0产品能尽快普及到每个人身边。1.2 课题的研究现状在以往的此类系统中，长距离的数据传输通常采用RS232或RS485串行总线与PC机进行通信，这种传输方式速度比较慢，达不到高速数据传输的要求。短距离的传输大多做成采集卡形式
13、，通过系统总线与PC机相连，例如ISA、EISA、PCI等，或者采用直接插在PC机主板插槽上，这种总线传输方式速度比较快，但占用了PC接口资源有限而且需要对这些接口卡的硬件资源(地址、内存、中断、DMA等)进行合理配置，因此很难进行扩展。另外，这种插卡式的传输板在安装的时候都必须先停机然后拆卸机箱，安装和配置过程需要人工处理，当扩展卡多时经常出现无法正常配置而影响系统的运行。为了解决这些问题，1994年，Microsoft，Compaq，Digital，IBM，NEC，North-Telecom，Intel这些计算机公司和通信公司成立了USB论坛。并于1996年推出USB1.0规范，于1998
14、年推出USB1.1规范，提供有低速和全速两种模式，分别支持1.5Mbps和l2Mbps的传输速率。紧接着在2000年公布的USB2.0规范，此时USB在高速模式最大带宽达到480Mbps，使USB的传输速率达到了一个新的高度，完全可以满足大容量、实时性的数据传输要求。随着电子技术的发展，电子系统的设计方法正从传统的分立元件设计方法逐步发展成基于集成芯片的EDA技术设计，系统一体已成为电子系统设计的主流。高级的FPGA是当今最流行的可编程专用集成电路(ASIC)之一，电子设计工程师利用它可以在办公室或实验室里设计出所需的专用集成电路，从而大大缩短了产品上市时间，降低了开发成本。此外，FPGA具有静态可重复编程和动态在系统重构的特性，使得它的功能可以象软件一样通过编程来实现，极大的提高了电子系统设计的灵活性和通用性。自1985年Xilinx公司推出第一片FPGA至今，经历十几年的发展，FPG
