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FPGA與MCU之單晶片整合設計

為了解決micro usb b腳位的問題，作者蕭元馨 這樣論述：

本論文提出了一個整合FPGA與MCU的架構設計，並將它實現在單晶片上。在FPGA中，繞線資源是最重要的結構，約佔整體面積的70%。本論文的FPGA採用水分子形交換方塊（Water-Molecule-Shaped Switch Block, WMSB）作為繞線資源架構，它具有超通用型（Hyper-Universal）的繞線能力及最少的開關個數。我們使用美國猶他大學開發的開放式軟體OpenFPGA，在FPGA中建立了非雙向通道的WMSB繞線架構，以獲得高繞線能力的FPGA電路。經實驗證明，非雙向通道的(4, w)-WMSB與(4, w)-Wilton SB、(4, w)-USB相比，分別可減少約

0.78%與22.48%的繞線通道數。本論文實現的FPGA以WMSB為主要的繞線資源架構，簇邏輯方塊（Cluster Logic Block, CLB）的長寬數目為55。此FPGA結合了我們開發的NTOULF1826 MCU，一同整合於單晶片設計上。除此之外，此設計還包含引導程序（Bootloader）電路、中斷功能、輸入/輸出埠、……等相關電路。最後，我們透過台灣半導體研究中心提供的EDA Cloud平台，使用台積電的0.18um製程，以Cell-Based流程實現單晶片設計之佈局。此單晶片面積為4050um x 4050um，依據佈局後模擬結果，工作時脈最快為40MHz。

具無線、即時與陣列感測系統(WRSAS)的開發與其在以奈米碳管/紙為主體的陣列感測器之應用

為了解決micro usb b腳位的問題，作者何彥廷 這樣論述：

本研究中，主要是建立一套WRSAS ( wireless/real-time sensing array system )系統，能夠以藍芽裝置無線傳輸感測器的訊號，再以柱狀圖 (Bar) 以及顏色圖(Color map)的陣列動畫即時顯示。首先，使用Arduino MEGA 2560來接收感測器訊號，以及藍芽裝置( HC-06 )進行數據傳輸。再以Matlab以及Arduino軟體來編寫程式語言，建立3×3、4×4與5×5的陣列系統。因為使用的Arduino MEGA 2560最多僅能量測16組訊號，所以在建立5×5陣列系統時，需同時連線2台Arduino MEGA 2560來接收感測器訊號

。其中，以USB連線3 × 3、4 × 4與5 × 5陣列系統夠達即時顯示的最大頻率為 15 Hz 、 13 Hz 與 8 Hz；在藍芽連線3 × 3與4 × 4陣列統夠達即時顯示的最大頻率為13 Hz 與 11 Hz，可以知道當系統執行越多陣列時，能夠即時顯示的頻率越小。另外，在系統中設定不同的Baud rate，會影響硬體訊號輸出的最大頻率。以USB連線 3×3陣列而言，當系統執行的Baud rate 分別設定為 19200 與38400 去執行，前者硬體訊號最大輸出約為 40 Hz ，相比後者， Arduino 訊號最大輸出頻率約為 80 Hz。亦即Baud rate值設定越高

，其硬體訊號輸出的最大頻率也會隨之增加。在拉伸感測器方面，比較不同紙張纖維(餐巾紙、衛生紙、拭鏡紙)作為基材，以及無紙張纖維當作基材的CNT Paper作為感測器之拉伸對電組織關係，分別觀察在原始狀態、拉伸5%、10%與20%下的結構缺陷變化與數量。由結果顯示，以CNT@拭鏡紙的拉伸強度最好；而靈敏度是以CNT Paper感測器表現最好。在不同使用條件下，選用紙張的材料也不同，因為應用會到拉伸量40 ~ 50 %的範圍，因此以CNT＠拭鏡紙來製作感測器。在壓阻感測器的實驗中，分別以2 Layers、3 Layers與4 Layers的壓阻感測器來比較，其中以4 Layers的傳感器在壓力範圍0

~ 0.08 kPa的靈敏度12.13 kPa-1為最大，響應時間與恢復時間的表現為24.6 ms 與31.4 ms。將實驗所開發的WRSAS系統應用在手指彎曲上，將五個感測器縫製於手套指節處，偵測當手指彎曲，會對應的Bar來即時顯示電性的變化。另外，在腳踩於5 × 3 的WRSAS裝置，以顏色圖來當受測者的腳踩時，量測腳底貼於平面的足弓訊號分布，並製作成3D曲面圖來觀察，可以成功呈現出有足弓的形狀。另外，在量測扁平足的腳型時，也可以顯示出足弓處的訊號被完全按壓。將壓阻感測器以3 × 3陣列的排序方式，置於胸口心臟跳動明顯的位置，並取心臟一次博動的訊號，以3 × 3陣列的顏色圖來呈現訊號變

化。由結果顯示，結合WRSAS系統與壓阻感測器，應用於心臟跳動所造成得體表震動，對於心臟超音波的方面，具有潛在的應用。