現場可編程門陣列(FPGA)是近年來迅速發(fā)展起來的新型可編程器件。隨著它的不斷應用和發(fā)展，也使電子設計的規(guī)模和集成度不斷提高。同時也帶來了電子系統(tǒng)設計方法和設計思想的不斷推陳出新。 隨著數字電子技術的發(fā)展，數字信號處理的理論和技術廣泛的應用于通訊、語音處理、計算機和多媒體等領域。快速傅里葉變換(FFT)作為數字信號處理的核心技術之一，是離散傅里葉變換的運算時間縮短了幾個數量級。FFT已經成為現代信號處理的重要理論之一。 該文的目的就是研究如何應用FPGA實現FFT算法，研制具有自己知識產權的FFT信號處理器具有重要的理論意義和實用意義。 設計采用基4算法設計了一個具有實用價值的FFT實時硬件處理器。其中使用了改進的CORDIC流水線結構設計了FFT的蝶型運算單元，將硬件不易于實現、運算緩慢的乘法單元轉換成硬件易于實現、運算快捷的加法單元。并根據基4算法的尋址特點設計了簡單快速的地址發(fā)生器。整體采用流水線的工作方式，并將雙端口RAM、只讀ROM全部內置在FPGA芯片內部，使整個系統(tǒng)的數據交換和處理速度得以提高。 整個設計利用ALTERA公司提供的QUARTUSⅡ4.0開發(fā)軟件，采用先進的層次化設計思想，使用一片FPGA芯片完成了整個FFT處理器的電路設計。整體設計經過時序仿真和硬件仿真，運行速度達到100MHz以上。
上傳時間： 2013-07-01
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隨著集成電路頻率的提高和多核時代的到來，傳統(tǒng)的高速電互連技術面臨著越來越嚴重的瓶頸問題，而高速下的光互連具有電互連無法比擬的優(yōu)勢，成為未來電互連的理想替代者，也成為科學研究的熱點問題。目前，由OIF(Optical Intemetworking Forum，光網絡論壇)論壇提出的甚短距離光互連協(xié)議，主要面向主干網，其延遲、功耗、兼容性等都不能滿足板間、芯片間光互連的需要，因此，研究定制一種適用于板級、芯片級的光互連協(xié)議具有非常重要的研究意義。 本論文將協(xié)議功能分為數據鏈路層和物理層來設計，鏈路層功能包括了協(xié)議原語設計，數據幀格式和數據傳輸流程設計，流量控制機制設計，協(xié)議通道初始化設計，錯誤檢測機制設計和空閑字符產生、時鐘補償方式設計；物理層功能包含了數據的串化和解串功能，多通道情況下的綁定功能，數據編解碼功能等。 然后，文章采用FPGA(Field Programmable Gate Array,現場可編程門陣列)技術實現了定制協(xié)議的單通道模式。重點是數據鏈路層的實現，物理層采用定制具備其功能的IP(Intellectual Property,知識產權)——RocketIO來實現。實現的過程中，采用了Xilinx公司的ISE(Integrated System Environment,集成開發(fā)環(huán)境)開發(fā)流程，使用的設計工具包括:ISE，ModelSim，Synplify Pro,ChipScope等。 最后，本文對實現的協(xié)議進行了軟件仿真和上扳測試，訪真和測試結果表明，實現的單通道模式，支持的最高串行頻率達到3.5GHz，完全滿足了光互連驗證系統(tǒng)初期的要求，同時由RocketIO的高速串行差分口得到的眼圖質量良好，表明對物理層IP的定制是成功的。
上傳時間： 2013-06-28
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擴頻通信具有較強的抗干擾、抗偵查和抗衰落能力,可以實現碼分多址,目前廣泛應用于通信抗干擾、衛(wèi)星通信、導航、保密通信、測距和定位等各個方面。另外,隨著集成電路技術的飛速發(fā)展,數字接收機和軟件無線電也已經是現代通信研究的一個熱點。 本文正是順應這種發(fā)展趨勢,在某工程項目的通信分系統(tǒng)中建立CDMA直接序列擴頻通信系統(tǒng)。 本文作者承擔了多點無線擴頻通信系統(tǒng)的研究,建立了一個完整的仿真系統(tǒng)。提出了適合于本系統(tǒng)的實現算法,同時還建立了基于軟件無線電平臺的系統(tǒng)的全FPGA設計和實現,包括各個模塊的測試和整個系統(tǒng)的聯合測試。 文章的主要內容如下： 1.簡述了擴頻通信及軟件無線電的發(fā)展及現狀。 2. 對直擴系統(tǒng)的基本原理和系統(tǒng)中采用的相關關鍵技術進行了闡述。相關關鍵技術包括擴頻碼的研究和選取,擴頻碼同步的研究,包括捕獲算法和跟蹤算法的研究,以及自適應門限的研究。 3.詳細討論了該多點無線通信系統(tǒng)的設計與實現,提出了適合于本系統(tǒng)的算法。首先闡述了系統(tǒng)的總體設計方案和設計參數,接著分為物理層和鏈路層詳細闡述了各個模塊的設計與仿真,包括matlab仿真和modelsim仿真,文中給出了大量的仿真結果圖。仿真結果證明算法的正確性,仿真性能也能滿足系統(tǒng)設計的要求。 4.介紹了該多點無線通信系統(tǒng)的硬件平臺與系統(tǒng)調試。首先介紹了系統(tǒng)的硬件平臺和硬件框圖,介紹了系統(tǒng)的相關器件及其配置,接著介紹了FPGA的開發(fā)流程、開發(fā)工具、設計原則及遇到的相關問題,最后介紹了系統(tǒng)的設計驗證與性能分析,給出了系統(tǒng)的調試方案和調試結果。 本文所討論的多點無線通信系統(tǒng)已經在某工程項目的通信分系統(tǒng)中實現。目前工作正常,性能良好,具有通用性、可移植性,有重要的理論及實用價值。
標簽： 多點 無線擴頻 通信系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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擴頻通信是一種性能優(yōu)異的通信方式，自其誕生之日起就受到了業(yè)內人士的廣泛關注。本文以DS/SS接收機為基礎，圍繞相關的理論和技術，開展了載波跟蹤技術FPGA實現的研究。 論文首先綜述了課題的來源、背景和意義，闡述了DS/SS接收系統(tǒng)前端處理模塊和信號處理模塊的結構，指出了本課題的關鍵技術。與此同時，作者在參考了大量國內外有關文獻的基礎上，深入研究了四相鑒頻、自動頻率跟蹤鑒頻以及反正切鑒相等載波跟蹤鑒頻、鑒相算法，并根據這些理論設計了FLL與PLL相結合的載波跟蹤策略，完成了CPAFC和Costas環(huán)路仿真和性能分析。 其次，論文對載波跟蹤環(huán)路的硬件電路進行了設計，其中包括基帶信號處理的混頻、相關和積分清洗模塊，誤差量的提取和控制模塊，以及本地載波的產生模塊等，并在Altera公司的Stratix系列芯片----EP1S808956C6上對每個組成模塊進行了功能和時序上的仿真與實現，之后對系統(tǒng)各模塊進行了集成，解決了系統(tǒng)實現的同步問題。 最后，論文對系統(tǒng)作了實驗總結與分析，包括板級驗證總結與分析、接收機載波跟蹤性能分析，以及對載波同步技術的總結和展望。
上傳時間： 2013-04-24
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在傳統(tǒng)的電力電子電路中，DC/DC變換器通常采用模擬電路實現電壓或電流的控制。數字控制與模擬控制相比，有著顯著的優(yōu)點，數字控制可以實現復雜的控制策略，同時大大提高系統(tǒng)的可靠性和靈活性，并易于實現系統(tǒng)的智能化。但目前數字控制基本上限于電力傳動領域，DC/DC變換器由于其開關頻率較高，一般其外圍功能由DSP或微處理器完成，而控制的核心，如PWM發(fā)生等大多采用專用控制芯片實現。FPGA由于其快速性、靈活性及保密性等優(yōu)點，近年來在數字控制領域受到越來越多的關注。基于FPGA的DC/DC變換器是電力電子領域重要的研究方向之一。本文研究了同步Buck變換器的建模、設計及仿真，采用Xinlix的VIRTEX-Ⅱ PRO FPGA開發(fā)板實現了Buck變換器的全數字控制。 論文首先從Buck變換器的理論分析入手，根據它的物理特性，研究了該變換器的狀態(tài)空間平均模型和小信號分析。為了獲得高性能的開關電源，提出并分析了混雜模型設計方案，然后進行了控制器設計。并采用MATLAB/SIMULINK建立了同步Buck電路的仿真模型，并進行仿真研究。浮點仿真的運算精度與溢出問題，影響了仿真的精度。為了克服這些不足，作者采用了定點仿真方法，得到了滿意的仿真結果。論文還著重論述了開關電源的數字控制器部分，數字控制器一般由三個主要功能模塊組成：模數轉換器、數字脈寬調制器(Digital PulseWidth Modulation：DPWM)和數字補償器。文中重點研究了DPWM和數字補償器，闡述了目前高頻數字控制變換器中存在的主要問題，特別是高頻狀態(tài)下DPWM分辨率較低，影響控制精度，甚至引起極限環(huán)(Limit Cycling)現象，對DPWM分辨率的提高與系統(tǒng)硬件工作頻率之間的矛盾、DPWM分辨率與A/D分辨率之間的關系等問題作了全面深入的分析。論文提出了一種新的提高DPWM分辨率的方法，該方法在不提高系統(tǒng)硬件頻率的前提下，采用軟件使DPWM的分辨率大大提高。作者還設計了兩種數字補償器，并進行了分析比較，選擇了合適的補償算法，達到了改善系統(tǒng)性能的目的。 設計完成后，作者使用ISE 9.1i軟件進行了FPGA實現的前、后仿真，驗證了所提出理論及控制算法的正確性。作者完成了Buck電路的硬件制作及基于FPGA的軟件設計，采用32MHz的硬件晶振實現了11-bit的DPWM分辨率，開關頻率達到1MHz，得到了滿意的系統(tǒng)性能，論文最后給出了仿真和實驗結果。
上傳時間： 2013-07-23
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本論文設計了一種基于FPGA的高速FIR數字濾波器,濾波器實現低通濾波,截止頻率為1MHz,通帶波紋小于1 dB,阻帶最大衰減為-40 dB,輸入輸出數據為8位二進制,采樣頻率為10MHz。 論文首先簡要介紹了數字濾波器的基本原理和線性FIR數字濾波器的性質、結構,根據濾波器的性能要求選擇窗函數、確定系數,在算法上為了滿足數字濾波器的要求,對系數放大512倍并取整,并用Matlab對數字濾波器原理進行了證明。同時簡述了EDA技術和FPGA設計流程。 其次,論文說明了FIR數字濾波器模塊的劃分,并用Verilog語言在Modelsim環(huán)境下進行了功能測試。對于數字濾波器系數中的-1,-2,4這些簡單的系數乘法直接進行移位和取反,可以極大的節(jié)省資源和優(yōu)化設計。而對普通系數乘法采用4-BANT(4bits-at-a-time)的并行算法,用加法累加快速實現了乘積的運算；另外,在本設計進行部分積累加時,采用舍取冗余位,主要是根據設計時已對系數進行了放大,而輸出時又要將結果相應的縮小,所以在累加時,提前對部分積縮小,從而減少了運算量,從時間和資源上都得到了優(yōu)化。 論文的最后分別用Modelsim和Quartus II進行了FIR數字濾波器的前仿真和后仿真,將仿真的結果和Matlab中原理驗證時得到的理想值進行了比較,并對所產生的誤差進行了分析。仿真結果表明：本16階FIR數字濾波器設計能夠實現截止頻率為1MHz的低通濾波,并且工作頻率可達150MHz以上。
上傳時間： 2013-07-15
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擴頻通信技術是信息時代的三大高技術通信傳輸方式之一，與常規(guī)的通信技術相比。具有低截獲率、強抗噪聲、抗干擾性，具有信息隱蔽和多址通信等特點，目前已從軍事領域向民用領域迅速發(fā)展。在民用化之后，它被迅速推廣到各種公用和專用通信網絡之中，如衛(wèi)星通信、數據傳輸、定位、測距等系統(tǒng)中。 擴頻通信技術中，最常見的是直接序列擴頻通信(DSSS)系統(tǒng)，然而目前專用擴頻芯片大部分功能都已固化。缺少產品開發(fā)的靈活性。其次，目前用FPGA與DSP相結合實現的直接序列擴頻的收發(fā)系統(tǒng)比較多，系統(tǒng)復雜且成本高。另外，現代擴頻通信系統(tǒng)在接收和發(fā)送端需要完成許多快速復雜的信號處理，這對電路的可靠性和處理速度提出了更高的要求。因此，設計一個全部用FPGA技術實現的擴頻通信收、發(fā)系統(tǒng)具有較強的實際應用價值。 根據FPGA的高速并行處理能力和全硬件實現的特點，采用直接序列擴頻技術，借助QuartusⅡ6.0及Protel99se工具，完成了系統(tǒng)的軟件仿真和硬件電路設計。實驗結果表明，比用傳統(tǒng)的FPGA與DSP相結合實現方式，提高了處理速度，減少了硬件延時。同時采用了流水線技術，提高了系統(tǒng)并行處理的能力。并且系統(tǒng)功能可以通過程序來修改和升級，與專用擴頻芯片相比，具有很大的靈活性。所有模塊都集成在一個芯片中，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
上傳時間： 2013-05-18
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隨著網絡技術和通信技術的突飛猛進，人們對通信的保密性能，抗干擾能力的要求越來越高，而且對信息隱蔽、多址保密通信等特性提出了更高的要求。這些要求的實現都離不開擴頻通信技術的應用，而擴頻通信芯片作為擴頻通信網絡的核心器件，自然也成了研究的重點。本論文旨在借鑒國內外相關研究成果，并以家庭電力線通信環(huán)境為背景，驗證了一種CDMA碼分多址通信的實現方案，并通過智能家庭系統(tǒng)展示了其應用效果。 本課題以構建家庭電力載波通信網絡為目標，首先，以兩塊Cyclone系列FPGA開發(fā)板為基礎，分別作為發(fā)送單元和接收單元，構建了系統(tǒng)的硬件開發(fā)平臺；以QuartusⅡ 7.2為開發(fā)環(huán)境，運用Verilog硬件描述語言，編寫擴頻模塊和解擴模塊，并且進行了測試、仿真和綜合，驗證了通過專用芯片實現擴頻通信系統(tǒng)的可行性。應用方面，采用電力線載波通信芯片，提出了一種由智能插線板和嵌入式網關構成的家電控制系統(tǒng)。用戶通過WEB方式登陸嵌入式網關，智能插線板能夠在嵌入式網關的控制下控制電器的電源、發(fā)送紅外遙控指令，實現對家電的遠程遙控。使用兩塊FPGA開發(fā)板，實現了擴頻通信基本收發(fā)是本設計得主要成果；將擴頻通訊技術、嵌入式Web技術引入到智能家庭系統(tǒng)的設計當中是本文的一個特點。 仿真和實驗表明：采用電力線載波通信芯片組建家庭網絡的方案可行，由智能插線板和嵌入式網關構成的家電控制系統(tǒng)能靈活、便捷地實施家電控制，并具有一定的節(jié)能效果。
上傳時間： 2013-06-17
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通用異步收發(fā)器UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)是廣泛使用的串行傳輸協(xié)議。串行外設用到異步串行接口一般采用專用集成電路實現。但是這類芯片一般包含許多輔助模塊，而時常不需要使用完整的UART的功能和輔助功能，或者當在FPGA上設計時，需要將UART功能集成到FPGA內部而不能使用芯片。藍牙主機控制器接口則是實現主機設備與藍牙模塊之間互操作的控制部件。當在使用藍牙設備的時候尤其是在監(jiān)控場所，接口控制器在控制數據與計算機的傳輸上就起了至關重要的作用。 論文針對信息技術的發(fā)展和開發(fā)過程中的實際需要，設計了一個藍牙HCI-UART(Host Controller Interface-Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)控制接口的模塊。使用VHDL將其核心功能集成，既可以單獨使用，也可集成到系統(tǒng)芯片中，并且整個設計緊湊、穩(wěn)定且可靠，其用途廣泛，具有一定的使用價值。 本設計采用TOP-DOWN設計方法，整體上分為UART接口和藍牙主機控制器接口兩部分。首先根據UART和藍牙主機控制器接口的實現原理和設計指標要求進行系統(tǒng)設計，對系統(tǒng)劃分模塊以及各個模塊的信號連接；然后進行模塊設計，設計出每個模塊的功能，并用VHDL語言編寫代碼來實現模塊功能；再使用ISE8.2I自帶的仿真器對各模塊進行功能仿真和時序仿真；最后進行硬件驗證，在Virtex-II開發(fā)板上對系統(tǒng)進行功能驗證。實現了發(fā)送、接收和波特率發(fā)生等功能，驗證了結果，表明設計正確，功能良好，符合設計要求。
上傳時間： 2013-04-24
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現場可編程門陣列器件(FPGA)是一種新型集成電路，可以將眾多的控制功能模塊集成為一體，具有集成度高、實用性強、高性價比、便于開發(fā)等優(yōu)點，因而具有廣泛的應用前景。單相全橋逆變器是逆變器的一種基本拓撲結構，對它的研究可以為三相逆變器研究提供參考，因此對單相全橋逆變器的分析有著重要的意義。 本文研制了一種基于FPGA的SPWM數字控制器，并將其應用于單相逆變器進行了試驗研究。主要研究內容包括：SPWM數字控制系統(tǒng)軟件設計以及逆變器硬件電路設計，并對試驗中發(fā)現的問題進行了深入分析，提出了相應的解決方案和減小波形失真的措施。在硬件設計方面，首先對雙極性／單極性正弦脈寬調制技術進行分析，選用適合高頻設計的雙極性調制。其次，詳細分析死區(qū)效應，采用通過判斷輸出電壓電流之間的相位角預測橋臂電流極性方向，超前補償波形失真的方案。最后，采用電壓反饋實時檢測技術，對PWM進行動態(tài)調整。在控制系統(tǒng)軟件設計方面，采用FPGA自上而下的設計方法，對其控制系統(tǒng)進行了功能劃分，完成了DDS標準正弦波發(fā)生器、三角波發(fā)生器、SPWM產生器以及加入死區(qū)補償的PWM發(fā)生器、電流極性判斷(零點判斷模塊和延時模塊)和反饋等模塊的設計。針對仿真和實驗中的毛刺現象，分析其產生機理，給出常用的解決措施，改進了系統(tǒng)性能。
上傳時間： 2013-07-06
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