[信息与通信]基于USB的LVDS数据传输毕业设计.doc

1 引言 1.1 课题研究背景 如今，高速处理器、多媒体、虚拟现实以及网络技术所需传送的数据量越来越大，速度越来越快。目前存在的点对点物理层接口如RS-422，RS-485，SCSI 以及其它数据传输标准，由于其在速度、噪声/EMI、功耗、成本等方面所固有的限制越来越难以胜任此任务。因此,采用新的I/O 接口技术来解决数据传输这一瓶颈问显得日益突出，LVDS 这种高速低功耗接口标准为解决这一瓶颈问题提供了可能。 LVDS (Low Voltage Differential Signaling) 即低压差分信号是适应高速数据传输和低功耗的一种通用点对点物理接口技术。它使用一种低摆幅差分信号技术，使得信号能在差分PCB线对或平衡电缆上以几百Mb/s的速度传输，其低摆幅和低电流驱动输出实现了低噪声和低功耗。 本次设计拟将设备接入通用PC以方便控制和数据验证。然而与PC机连接的接口有多种，如串口，并口，USB接口等，鉴于如下原因本设计采用USB接口：USB具有传输速度快（USB1.1是12Mbps，USB2.0是480Mbps, USB3.0是5 Gbps），使用方便，支持热插拔，连接灵活，独立供电等优点，可以连接鼠标、键盘、打印机、扫描仪、摄像头、闪存盘、MP3机、手机、数码相机、移动硬盘、外置光软驱、USB网卡、ADSL Modem、Cable Modem等，几乎所有的外部设备。USB接口可用于连接多达127个外设，如鼠标、调制解调器和键盘等。USB自从1996年推出后，已成功替代串口和并口，并成为当今个人电脑和大量智能设备的必配的接口之一。 TX RX 图2-1 VDS和USB总线组成的高速数据传输公司的Spartan-II系列FPGA芯片XC2S30，该款FPGA具有丰富的逻辑单元和I/O接口资源，是一种高集成度芯片。它能够完成数据的接收、缓存、以及数据传输等功能，因此整个系统就可以由一块FPGA进行控制，进而使整个系统的体积实现了小型化，功耗也随之大大降低。XC2S30的内部结构如图2-2所示： 图2-2 XC2S30内部结构框图 XC2S30 FPGA芯片有一个定期的、灵活的、可编程架构的可配置逻辑块（CLBs），在它的四周包围着可编程输入/输出模块（IOBs），在四个角落里分布着4个延时锁相环（DLLs），在CLBs和IOBs之间分布着两列块RAM，所有的功能模块通过强大的多功能互联通道相互连接。 2.3.2 LVDS芯片DS92LV1023和DS92LV1224 DS92LV1023和DS92LV1224是美国国家半导体公司推出的10位总线型低压差分信号的应用芯片组。其中DS92LV1023 是可将10 位并行CMOS或TTL数据转换为具有内嵌时钟的高速串行差分数据流的串化器；而DS92LV1224 则是接收该差分数据流并将它们转换为并行数据的解串器，它同时又可以重建并行时钟。采用该器件组进行数据串化时采用的是内嵌时钟，这样可有效地解决由于时钟与数据的不严格同步而制约高速传输的瓶颈问题。 DS92LV1023和DS92LV1224芯片组的管脚分布如图2-3所示，各管脚功能见表2-1 所列。 图2-3 DS92LV1023和DS92LV1224的管脚分布图 表2-1 各管脚功能 串化器DS92LV1023管脚功能表 解串器DS92LV1224管脚功能表 3.3.3 USB接口芯片CY7C68013 一般USB的接口芯片种类大致可分为：主控制器、根集线器、接口芯片以及具有USB接口的微控制器。所谓的接口芯片，即是仅包含USB的串行接口引擎、FIFO内存、收发器以及电压调整器的芯片。Cypress公司的EZ-USB FX2系列芯片是世界上第一款集成了USB 2.0 图2 -4 CY7C68013结构框图 3 系统硬件设计 3.1系统电源电路 本系统中主控芯片FPGA内核工作电压为1.8V，输出电压源电压为3.3V。故本系统选用+5V作为电源输入电压，采用TPS7