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具有学习功能的遥控机器人编码芯片的ASIC设计

具有学习功能的遥控机器人编码芯片的ASIC设计

点击数:7498 次   录入时间:03-04 11:57:07   整理:http://www.55dianzi.com   机器人-智能车
    5 编码芯片的硬件验证
   软件仿真是验证系统电路设计正确性的第一道保障,但它只是对实际情况的一种软件模拟,不能替代实际的硬件验证。在ASIC设计过程中,常常需要对前端设计做FPGA原型验证来确保设计的实际可行性。本平台的主控制芯片采用了ATERA公司研发的Cyclone II系列EP2C8Q208N再加上EPCS4配置芯片。在Quartus II中分别将编、解码芯片的核心电路图(数字电路)输入、输出管脚绊定并进行编译,生成相应的*.pof文件,部分在可编程逻辑器件中无法实现的模拟电路部分被简化掉,因为这些改变不会影响整个编解码方案的功能。另外在下载界面中选择AS模式(Actice Serial programming),通过串口下载线,将*.pof文件直接下载到EPCS4芯片中,然后主控制芯片EP2C8Q208C8N将调用配置芯片EPCS4中的软硬件数据,对整个编解码电路进行相关的数据处理。系统所需的时钟信号clk_2KHz、clk_512Hz、clk_128Hz都是由该核心开发板上的晶振提供的50 MHz分频而来的。为了成功完成编码芯片的FPGA硬件验证,先制作10个输入(RESET、STUDY、FOR-WARD、BACKWARD、TURBO、RIGHT、LEFT、F1、F2、F3)的外围控制电路,然后将编码芯片的核心电路下载到目标芯片中。核心开发板上绑定的10个输入端口分别用导线连接对应的外围控制电路的10个接口,输出端(data out)接入示波器(安捷伦公司的存储示波器:Agilent 1 160 A 600 M)信号输入接口。先后按下外围电路地址码学习请求按键study和控制功能请求按键(forward、turbo、right),然后利用示波器分别抓取了地址码学习请求和“向右加速前进”控制功能请求信号的编码波形。观察波形可知,编码芯片的FPGA验证系统与编码芯片的T-spice仿真一样,都能正确无误地完成地址码学习请求功能和控制功能请求功能,证明了编码芯片电路设计的实际可行性。
    6 版图设计
   遥控机器人编码芯片的版图设计采用N阱0.5 ?滋m硅栅工艺,其逻辑控制部分的最小线宽为0.5 ?滋m。为了使编码芯片版图在面积和性能上最优化,整个版图设计是调用预先设计好的各单元版图模块在taner-pro软件上通过全手工布局布线的方式完成,大大减小了芯片面积。编码芯片有16个输入输出压焊块,MOS管及阻容元件近5 591个,版图总面积为1.241 mm×0.950 mm。解编码芯片有22个输入输出压焊块,MOS管及阻容元件近6 282个,版图总面积为1.310 mm×0.941 mm。最后对遥控机器人编码芯片的版图进行了整体的设计规则检查(DRC),同时将版图萃取的文件(bianma.spc和jiema.spc)与相应原理图萃取的文件(bianma.sp和jiema.sp)进行LVS(版图与原理图的一致性检查)对比,结果一致[6]。最后提取GDS II文档。
   遥控机器人编码芯片的研制,提高了集成度,比同类编码芯片的外接元器件少,适合开发各种低成本遥控报警器及遥控系统。在具体的应用中,只要增强无线射频有效距离,就可将它移植到远距离工作的工业遥控操作系统以及遥控作战机器人、遥控装甲车和无人驾驶战斗机中,并具有很好的发展前景。
参考文献
[1] 刘丽华,辛德禄,李本俊.专用集成电路设计方法[M].北京:北京邮电大学出版社,2001.
[2] 杨凯,崔炳哲.数字逻辑电路的ASIC设计[M].北京:科学出版社,2004.
[3] 肖景和,赵健.无线电遥控组件及其应用电路[M].人民邮电出版社,1997.
[4] 何书森.实用遥控电路原理与设计速成[M].福州:福建科学技术出版社,2002.
[5] 王小华.具有学习功能的遥控赛车解码器的ASIC设计[J].北京:航天控制,2009(5).
[6] 廖裕评,陆瑞强著.Tanner Pro集成电路设计与布局实战指导[M].北京:科学出版社,2004.



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