基于以太网的远程视频数据传输系统硬件设计 （毕业设计50页、17996字+原理图+PCB图）

摘要：为解决LVDS传输方式带宽有限的问题，本文提出采用千兆以太网传输方式。千兆以太网具有应用范围广泛、能高速传输海量数据等优势，适合电脑主机与显示终端之间远距离的高速视频数据传输。千兆以太网传输系统设计的核心为控制数据传输的PHY芯片和MAC芯片，本文采用的是亚信公司Non-PCI接口的AX88180以太网控制器芯片和Realtek公司的RTL8211BL以太网数据传输芯片，并对其功能做了简要介绍。设计分为发送和接收两大模块，传输模式为半双工。在Protel DXP设计环境中完成了对发送和接收模块原理图和PCB板图的设计，并进行焊接及调试。

关键词：视频传输；千兆以太网；PHY芯片；MAC芯片；Protel DXP

The Hardware Design of Remote Video Data Transmission System Based on Ethernet

Abstract: To solve limited bandwidth problem of LVDS transmission, this dissertation used the Gigabit Ethernet transmission. Gigabit Ethernet has been used widely, and support high-speed transmission for massive data. So, it is suitable for the high-speed video data transmission between PC and display terminal. The key of this Video Data Transmission System base on Gigabit Ethernet are PHY and MAC chips which control the data transmission. AX88180 non-PCI Gigabit Ethernet controller chip of ASIX Corporation and the RTL8211BL Gigabit Ethernet data transmission chip of Realtek Corporation were adopted and their functions have been introduced in here. This design is divided into two modules: sending and receiving blocks, and it runs in half-duplex transmission mode. The schematic and PCB design of sending and receiving blocks have been completed in Protel DXP. Soldering and debugging has been accomplished.

Key words:  Transmission of Video Data,  Gigabit Ethernet,  PHY chip,  MAC chip, Protel DXP

目录
第1章  绪  论 1
1.1  课题的背景 1
1.2  课题的目的及意义 1
1.3  国内外研究现状 2
第2章  千兆以太网概述 3
2.1  千兆位以太网数据传输系统模型 3
2.2  千兆以太网标准 4
2.3  千兆以太网传输线介绍 5
2.4  千兆以太网的主要特点 6
第3章  传输系统总体设计 8
3.1  传输系统框图 8
3.2  芯片选型 9
3.2.1  MAC芯片选型 9
3.2.2  PHY芯片选型 9
3.3  芯片简介 10
3.3.1  千兆以太网控制芯片AX88180 10
3.3.2  PHY芯片RTL8211BL 12
第4章  传输系统的电路板设计 15
4.1  设计概述 15
4.2  Protel DXP介绍 15
4.2.1  Protel DXP综述 15
4.2.2  PCB板的设计流程 15
4.3  布线规则 17
4.3.1  AX88180布线规则 17
4.3.2  RTL8211BL布线规则 20
4.4  详细设计流程 25
4.4.1  建立设计工程 25
4.4.2  原理图的绘制 25
4.4.3  设置电路板参数 25
4.4.4  导入数据 25
4.4.5  设定工作参数 26
4.4.6  元件的布局 27
4.4.7  设置布线规则 27
4.4.8  自动布线 29
4.4.9  手工调整布线 29
4.4.10  放置敷铜 29
4.4.11  设计规则DRC检查 29
4.5  电路各模块组成与设计 29
4.5.1  RJ45接口与隔离变压器 29
4.5.2  MAC芯片与PHY芯片 30
4.5.3  电源部分 34
第5章  硬件调试 36
5.1  调试步骤 36
5.2  调试过程中遇到的问题与解决办法 37
5.3  调试小结 38
结  论 39
致  谢 40
参考文献 41
附  录 42
附录1 42
附录2 43
附录3 44
附录4 45
附录5 46
 
第1章  绪  论
1.1  课题的背景
当今时代，以 Internet 为代表的计算机网络的迅速发展及相关技术的日益完善，突破了传统通信方式的时空限制和地域障碍，使更大范围内的通信变得十分容易，Internet 拥有的硬件和软件资源正在越来越多的领域中得到应用。
以太网是开发较早、应用广泛、技术成熟的一种局域网络技术。但是较低的传输速率和缺乏有效的服务质量使得传统以太网在对带宽和延时有较高要求的应用中难以胜任。千兆以太网的出现开始改变这一状况。千兆以太网是相当成功的10Mbps(10Base-T)以太网和100Mbps(100Base-T)快速以太网连接标准的扩展，其向后兼容10Base-T和100Base-T。千兆以太网标准有两个：IEEE802.3z标准和IEEE802.3ab标准。IEEE标准化委员会在1998年6月批准了IEEE802.3z千兆以太网标准，定义了在光纤和屏蔽双绞线（STP）上运行千兆以太网；后来又在1999年6月批准了IEEE802.3ab标准，定义了在5类非屏蔽双绞线（UTP）上运行千兆以太网。
千兆的带宽能满足视频等高带宽应用,同时随着资源预留协议(RSVP),IEEE802.1p优先级和IEEE802.1Q端口模式/自动选择模式虚网等协议的制定,有效地改善了网络的服务质量,以实现在千兆以太网上传输高质量的实时多媒体数据。再加上低廉的价格和熟悉的技术,使得千兆以太网成为视频网络技术的新选择。
1.2  课题的目的及意义
本课题是在研的LED大屏显示系统的一部分。本设计为设计其中基于千兆以太网的视频数据传输部分的电路，并采用Protel DXP电路板设计软件完成硬件设计，实现远程视频数据帧的收、发。
目前的网络环境下，10M或100M以太网设备约占总量的90%，几乎所有的网络操作系统均支持以太网。而千兆以太网可以直接利用现有的以太网设备进行升级，软件不用变更、无需新技术的学习。
千兆以太网的出现，代表着宽频网络的时代已经来临。设计基于以太网的远程视频数据传输系统，可以利用现有的网络架设，无须铺设专用线路，满足人们对于远距离视频传输的需要，适应全球信息化的发展趋势。
1.3  国内外研究现状
自1999年以来，IEEE 802.3 HSSG（High  Speed Study Group）小组专门研究10G标准—802.3ae。其目标是：完善802.3协议，将以太网应用扩展到广域网，提供更高带宽，兼容已有的802.3接口，并与原有的网络操作和网管原理保持一致。
随着局域网﹑广域网和城域网的界限越来越模糊，网络的统一成了大势所趋，在不需要大量网管的情况下，如何简单﹑经济地将各个网络连接是一个急需解决的问题，10G以太网技术的出现可望解决这一问题。10G以太网能够提供比其他的存储网络技术更高的带宽和更低的延时。目前已经有大量的使用千兆以太网技术的存储网络系统。在10G以太网技术出现以后，这些应用能够无缝地升级到10G以太网。在不久的将来，也许能够实现由端到端的光以太网构成的视频网络，以10G以太网构成网络主干，连接存储设备以及服务器，100/1000M以太网连接到客户端，实现真正的数字视频网络。