基于网络接口离散IO模块设计-仪器仪表工程专业论文.docx

摘要 摘要 I I 摘 要 为满足计算机自动测量领域、航空航天测控以及工业自动控制领域对离散信 号采集、处理以及驱动输出的需求，本课题设计了一种基于网络接口的离散 I/O 模 块。该模块能够实现 96 路四种幅值的离散信号输出，驱动外部设备工作；并能采 集四种幅值 96 路通道离散信号，通过网络传输到计算机进行远程控制和显示。 本论文采用基于 SOPC 技术的设计方案，将处理器、存储器、各种接口模块 核等系统设计需要的功能模块集成到一个 FPGA 器件上实现。整个设计以 Nios II 软核处理器为核心，将 SRAM 控制器、EPCS 控制器、DM9000A 控制器、PIO 模 块、JTAG 模块等各种 IP 核作为外设，来搭建 Nios II 处理器系统。并在此系统的 基础上，实现嵌入式软件部分的开发。 整个设计的软件由嵌入式软件和 PC 端软件两大部分构成，两者通过应答方式 相互通信。其中，嵌入式软件设计主要包括网络接口芯片 DM9000A 驱动程序的移 植，服务器端网络通信功能设计以及离散 IO 模块各功能的算法设计。PC 端软件 部分重点分析了离散 IO 模块各个功能的算法，Socket 套接字编程算法，以及人机 交互界面的设计方法。 为保证整个网络通信过程的稳定性和可靠性，此次设计软件部分采用控制码 验证机制。该课题创造性的设计了远程修改 IP 功能，并给出了具体实现思路，同 时采用相应算法，灵活获取不同设备 IP，实现同一界面控制多个离散 IO 模块的目 的。 课题最后，根据设计需求搭建离散 IO 模块运行的多播网络环境，并对模块的 功能进行调试，调试结果表明多个离散 IO 模块能够在多播网络环境下稳定运行， 能够较好完成设计要求的 96 路通道信号的实时采集、驱动输出以及自检测功能， 达到预期目标，由于整个系统采用了模块化的设计方法，极大的增加了系统的通 用性和可移植性，对其他类似模块的开发具有参考意义。 关键字：SOPC，Nios II 处理器系统，DM9000A，套接字 ABSTRACT ABSTRACT II II ABSTRACT In order to meet the demand for discrete signal acquisition, processing and outputting, a discrete I/O module based on a network interface is designed in this thesis, which can be used in the field of computer automatic measurement, aerospace monitoring and industrial automatic control. This module can not only drive the external devices through 96 output channels but also can detect 96 discrete input signals, which can be sent to the PC side through the Local Area Network(LAN). This thesis takes the SOPC embedded technology as the integral design method ,which integrates the processor, memory and various interface modules into a single FPGA chip. The hardware design realizes the Nios II processor system by using the Nios II core processor , SRAM controller, EPCS controller, DM9000A controller, PIO modules, JTAG modules and so on. Only on this system can the embedded software being buidt. The whole software design can be divided into two parts, one part is the embedded software and the other part is based on PC, both of which communicate with each other by way of reply. The embedded-side pro