Für den Roboter ASURO (Another Small and Unique Roboter from Oberpfaffenhofen) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) gilt es eine FPGA-basierte Schaltung zu entwickeln, um diesen über eine RS-232-Schnittstelle per Infrarot (IR) oder einer anderen vergleichbaren seriellen asynchronen Übertragung, wie zum Beispiel Bluetooth, fernzusteuern.
Dabei sollen das Xilinx XUP Developerboard und der Xilinx Virtex-II Pro XC2VP30 FPGA verwendet werden.
Inhaltsverzeichnis
II. Aufgabenstellung
III. Durchführung
III.1. Entwicklungswerkzeuge
III.1.1. Hardware
III.1.2. Software
III.2. Vorüberlegungen
III.2.1. Tastenbelegung
III.2.2. FPGA-Schematic
III.3. Modulbeschreibung
III.3.1. Eingänge
III.3.2. Ausgänge
III.3.3. ClkDevide
III.3.4. Debounce
III.3.5. FIFO
III.3.6. miniUART
III.3.7. StatusAutomat
III.3.8. Decoder
III.4. Pin-Belegung
III.5. Simulation und Praxistest
IV. Material & Literatur
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel dieser Arbeit besteht in der Entwicklung einer FPGA-basierten Schaltung, die eine Fernsteuerung des ASURO-Roboters mittels einer seriellen, asynchronen RS-232-Schnittstelle ermöglicht. Die Forschungsfrage fokussiert sich dabei auf die Realisierung einer effizienten Übertragungskette unter Verwendung des Xilinx Virtex-II Pro FPGAs.
- Entwurf einer FPGA-gestützten Steuerungseinheit
- Implementierung serieller Kommunikationsprotokolle
- Optimierung der Tasten-Kodierung für Roboterbefehle
- Modulare Systembeschreibung und Simulation
Auszug aus dem Buch
III.3.4. Debounce
Das Debounce-Modul (englisch: „to debounce“ deutsch: „entprellen“) stellt ein Element dar, das zum entprellen von Tastendrucken eingesetzt wird.
Als Prellen wird ein mechanisches Problem bei elektrischen Schaltern und Tasten bezeichnet. Statt des sofortigen elektrischen Kontaktes ruft die Betätigung der Taste zunächst ein mehrfaches Öffnen und Schließen des Kontakts innerhalb von Sekundenbruchteilen hervor.
Ebenso kommt es beim Ausschalten bzw. Loslassen der Tasten nach der ersten Unterbrechung zu einem wiederholten erneuten Kontakt. Der Grund dafür sind federnde Effekte an Bauteilen der Schaltermechanik. Dieser Effekt führt bei digitalen Eingabeverarbeitungsgeräten (Computertastatur, Eingabecontroller an Tastenfeldern etc.) dazu, dass jeder dieser Prellvorgänge als eigene Eingabe (Mehrfacheingabe) registriert wird.
Zusammenfassung der Kapitel
II. Aufgabenstellung: Definition des Ziels, den ASURO-Roboter über eine RS-232-Schnittstelle mittels FPGA anzusteuern.
III. Durchführung: Beschreibung der verwendeten Entwicklungswerkzeuge sowie der Hardware-Komponenten wie dem Xilinx XUP Developerboard.
III.1. Entwicklungswerkzeuge: Detaillierte Auflistung der eingesetzten Hardware-Plattformen und Software-Umgebungen wie Xilinx ISE.
III.2. Vorüberlegungen: Definition der Tastenbelegung und der schematischen Aufteilung der FPGA-Module.
III.3. Modulbeschreibung: Tiefgehende Erläuterung der einzelnen Systemmodule, von den Eingängen über die Taktung bis hin zu Statusautomaten.
III.4. Pin-Belegung: Dokumentation der hardwareseitigen Pin-Zuweisungen am Xilinx Virtex-II Pro FPGA.
III.5. Simulation und Praxistest: Validierung des Designs durch Simulationen und Tests mit Oszilloskop und Terminal-Software.
IV. Material & Literatur: Quellenverzeichnis mit den verwendeten Dokumentationen und Webressourcen.
Schlüsselwörter
ASURO, FPGA, Xilinx, RS-232, Schnittstelle, Debounce, FIFO, miniUART, Statusautomat, serielle Übertragung, Mikrocontroller, Hardware-Design, Simulation, Tastensteuerung, Echtzeitdaten.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung einer Steuerungseinheit für den ASURO-Roboter auf Basis eines FPGAs.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Zu den Schwerpunkten zählen die serielle Datenübertragung, Hardware-Modellierung, Signaleingabe und die Fehlerbehebung bei mechanischen Tasten.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist die Fernsteuerung des Roboters über eine serielle RS-232-Schnittstelle mittels eines Xilinx Virtex-II Pro FPGAs.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es kommt ein methodischer Entwurfsansatz zum Einsatz, bestehend aus systematischer Modulbeschreibung, Simulationen und praktischer Validierung am Oszilloskop.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Vorstellung der Entwicklungswerkzeuge, theoretische Vorüberlegungen, eine detaillierte Beschreibung der FPGA-Module und deren Pin-Konfiguration.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wesentliche Begriffe sind FPGA, RS-232, ASURO-Roboter, Debounce-Logik und serielle, asynchrone Kommunikation.
Warum ist das Debounce-Modul für dieses Projekt so wichtig?
Es verhindert, dass das mechanische Prellen der Tasten auf dem Developerboard als mehrfache Eingabe registriert wird, was sonst zu Fehlsteuerungen führen würde.
Wie wurde die serielle Übertragung getestet, bevor der Roboter zur Verfügung stand?
Es wurden Simulationen in der Xilinx ISE durchgeführt und der Praxistest mittels Oszilloskop und Microsoft Windows Hyper Terminal realisiert.
Welchen Zweck erfüllt das FIFO-Modul in der Architektur?
Es dient zur Pufferung der Tasteneingaben, damit diese in der korrekten Reihenfolge an die RS-232-Schnittstelle übergeben werden können.
- Quote paper
- Dipl.-Ing. (FH) Eric Liebau (Author), 2008, Steuerung über FPGA mittels RS-232-Schnittstelle und Optimierung mit MatLab / Simulink, Munich, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/166207
