基于FPGA的GPS数据采集存储电路设计毕业设计（10到19）

基于FPGA的GPS数据采集存储电路设计毕业设计（10到
19）
本课题采用AMD公司成产的AM29LV160B FLASH芯片，该芯片是一个16Mbit，3.0V供电，48个管脚，采用TSOP封装的存储芯片，该芯片可以设定为2×8Mbit，也可设定为1×16Mbit，适用于8位、16位的系统存储，具有存储速度快，使用寿命长等优点。

3 系统硬件设计
3.1 Altium Designer
Altium Designer 是原Protel软件开发商Altium公司推出的一体化的电子产品开发系统，主要运行在Windows XP操作系统。

这套软件通过把原理图设计、电路仿真、PCB绘制编辑、拓扑逻辑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术的完美融合，为设计者提供了全新的设计解决方案，使设计者可以轻松进行设计，熟练使用这一软件必将使电路设计的质量和效率大大提高。

Altium Designer 除了全面继承包括Protel 99SE、Protel DXP在内的先前一系列版本的功能和优点外，还增加了许多改进和很多高端功能。

该平台拓宽了板级设计的传统界面，全面集成了FPGA设计功能和SOPC设计实现功能，从而允许工程设计人员能将系统设计中的FPGA与PCB设计及嵌入式设计集成在一起。

由于Altium Designer 在继承先前Protel软件功能的基础上，综合了FPGA设计和嵌入式系统软件设计功能，Altium Designer 对计算机的系统需求比先前的版本要高一些。

2005年年底，Protel软件的原厂商 Altium公司推出了Protel系列的最新高端版本Altium Designer 6.0。

Altium Designer 6.0，它是完全一体化电子产品开发系统的一个新版本，也是业界第一款也是唯一一种完整的板级设计解决方案。

Altium Designer 是业界首例将设计流程、集成化PCB 设计、可编程器件（如FPGA）设计和基于处理器设计的嵌入式软件开发功能整合在一起的产品，一种同时进行PCB和FPGA设计以及嵌入式设计的解决方案，具有将设计方案从概
念转变为最终成品所需的全部功能。

Altium Designer 6.9以后开始了以年份命名。

Altium Designer Summer 09增强了图形化DRC违规显示，用户自定制PCB布线网络颜色，PCB板机械层设定增加到32层，改进了DirectX图形重建速度等优点。

3.2 Altium Designer使用
（1）双击图标进入界面如图7操作。

图7 （2）建立工程文件如图8操作。

图8 （3）建立原理图文件如图9操作。

（4）建立PCB文件如图10操作。

（5）建立好的工程文件如图11操作。

图11
3.3 硬件各部分原理图
FPGA通过编程模拟串口读取GPS接收机以串口形式发出的定位信息，之后在FPGA中对GPS定位信息按照其数据格式NMEA进行解析，分离出自己想要的各种有用信息，之后对其进行编帧，并通过并行I/O口写入Flash模块对数据进行存储。

3.3.1 FPGA部分
图12 FPGA部分
采用Cyclone II系列QPFP封装的EP2C5Q202C8，该系列的芯片有208个引脚，它拥有4608个LE，119808bits Memory，2个高性能PLL以及多达142个用户自定义IO。

3.3.2 FLASH部分
图13 FLASH部分
采用AMD公司成产的AM29LV160B FLASH芯片，该芯片是一个16Mbit，3.0V供电，48个管脚，采用TSOP封装的存储芯片，该芯片可以设定为2×8Mbit，也可设定为1×16Mbit，适用于8位、16位的系统存储，具有存储速度快，使用寿命长等优点。

上图为FLASH 的外围电路图，以及与FPGA的引脚关系。

Am29LV160B是AMD2公司生产的16Mbit, 3.0V单电压供电CMOS Flash存储器.全电压范围 2.7~3.6V,规范电压范围:3.0~3.6V,与高性能的3.3V微处理器兼容.可以在系统编程,或使用标准的EPROM 编程器编程. 它采用0.32um制造工艺,典型的访问时间为70,80,90或120ns(视芯片具体型号而定).它的功耗低,稳定性好,每秒能进行一万次写操作,在125℃下数据可以保持20年.它适合通用Flash接口,兼容JEDEC标准,并提供了三种封装形式(FBGA,TSOP,SO)供用户选择. Am29LV160B 具有灵活的扇区分配结构, 可以分为:1个16K字节,2个
8K字节,1个32K字节和31个64K字节的扇区; 或者分为:1个8K字, 2个4K字, 1个16K字和31个 32K 字的扇区. 它还具有扇区保护功能,可以通过两种方法锁定某些扇区,保护其中的
内容不别修改或擦除,当然也可以对锁定的扇区解锁或暂时解锁,以改变其中的内容. 该芯片还提供了丰富的软硬件检测机制,以探测内部的编程或擦除算法是否已经执行完毕.。

3.3.3 SDRAM部分
图14 SDRAM
HY57V641620ET-7是一个67,108,864位CMOS同步DRAM，非常适用于主存储器应用需要大量的存储密度和高带宽。

HY57V641620ET-7组织作为4banks1,048,576 X16。

HY57V641620ET-7是完全同步操作提供了参考了积极的时钟边沿。

所有输入和输出同步。

在时钟输入的上升沿。

数据路径内部流水线达到非常高的带宽。

所有输入和输出。

电压等级与LVTTL的兼容。

可编程选项包括管道长度，连续读或写周期开始。

由单一的控制命令，以及突发计数序列（顺序或交织）。

读或写周期正在进行中可以终止
突发终止命令或可以被打断，取而代之以读或写周期的任何命令。

这种流水线的设计并不局限于一个`2N`规则。

本课题采用SDRAM是由于FLASH存储数据速度比较慢，故GPS 传出的数据需要
先暂时存储起来，因此需要有一个暂时存储器，存放数据内容，待FLASH进行存储。

3.3.4 串口MAX232
图15 串口MAX232
MAX232芯片是美信（MAXIM）公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，符合所有的RS-232C技术标准,只需要单一+5V电源供电,片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，2个RS-232C驱动器，高集成度，片外最低只需4个电容即可工作。

图16
图16为Max232管脚图以及进行串口通信时的外围电路。

3.3.5 供电部分
图17 电源部分
供电部分采用3.3V/2A供电，接F1保险丝防止电流过大烧坏系统。

LM1117是一个低压差电压调节器系列。

其压差在1.2V输出，负载电流为800mA 时为1.2V。

它与国家半导体的工业标准器件LM317有相同的管脚排列。

LM1117有可调电压的版本，通过2个外部电阻可实现1.25～13.8V输出电压范围。

另外还有5个固定电压输出（1.8V、2.5V、2.85V、3.3V和5V）的型号，此处用的就是5V 的型号。

LM1117提供电流限制和热保护。

电路包含1个齐纳调节的带隙参考电压以确保输出电压的精度在±1%以内。

LM1117系列具有LLP、TO-263、SOT-223、TO-220和TO-252 D-PAK封装。

输出端需要一个至少10uF的钽电容来改善瞬态响应和稳定性。

图18
LM1117具有的特点有：提供1.8V、2.5V、2.85V、3.3V、5V和可调电压的型号；节省空间的SOT-223和LLP封装；电流限制和热保护功能；输出电流可达800mA；线性调整率：0.2% (Max)；负载调整率：0.4% (Max)；温度范围－LM1117：0℃~125℃，－LM1117I：-40℃~125℃。

图19为其典型应用电路图。

图19 典型应用电路图3.3.6 整体系统原理图
图20为硬件整体系统原理图。

图20 整体系统原理图3.3.7 系统PCB图
下图为系统PCB图。

图21 系统PCB图PCB覆铜以后的效果图如下。

图22 PCB覆铜以后的效果图。