現場可編程門陣列(FPGA)是作為專用集成電路(ASIC)領域中的一種半定制電路而出現的,它結合了微電子技術、電路技術和EDA(Electronics Design Automation)技術。隨著它的廣泛應用和快速發展,使設計電路的規模和集成度不斷提高,同時也帶來了電子系統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。離散傅立葉變換(DFT)作為數字信號處理中的基本運算,發揮著重要作用。而快速傅里葉變換(FFT)算法的提出,使離散傅里葉變換的運算量減小了幾個數量級,使得數字信號處理的實現變得更加容易。FFT已經成為現代數字信號處理的核心技術之一,因此對FFT算法及其實現方法的研究具有很強的理論和現實意義。 本文主要研究如何利用FPGA實現FFT算法,研制具有自主知識產權的FFT信號處理器。該設計采用高效基-16算法實現了一種4096點FFT復數浮點運算處理器,其蝶形處理單元的基-16運算核采用兩級改進的基-4算法級聯實現,僅用8個實數乘法器就可實現基-16蝶形單元所需的8次復數乘法運算,在保持處理速度的優勢下,比傳統的基-16算法節省了75％的乘法器邏輯資源。 在重點研究處理器蝶形單元設計的基礎上,本文完成了整個FFT處理器電路的FPGA設計。首先基于對處理器功能和特點的分析,研究了FFT算法的選取和優化,并完成了處理器體系結構的設計；在此基礎上,以提高處理器處理速度和減小硬件資源消耗為重點研究了具體的實現方案,完成了1.2萬行RTL代碼編程,并在XILINX公司提供的ISE 9.1i集成開發環境中實現了處理器各個模塊的RTL設計：隨后,以XILINX Spartan-3系列FPGA芯片xc3S1000為硬件平臺,完成了整個FFT處理器的電路設計實現。 經過仿真驗證,本文所設計的FFT處理器芯片運行速度達到了100MHz,占用的FPGA門數為552806,電路的信噪比可以達到50dB以上,達到了高速高性能的設計要求。
上傳時間： 2013-04-24
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Integrating A/D converters have two characteristics incommon. First, as the name implies, their
上傳時間： 2013-04-24
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在傳統的電力電子電路中，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，有著顯著的優點，數字控制可以實現復雜的控制策略，同時大大提高系統的可靠性和靈活性，并易于實現系統的智能化。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點，近年來在數字控制領域受到越來越多的關注?；贔PGA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，特別是高頻狀態下DPWM分辨率較低，影響控制精度，甚至引起極限環(Limit Cycling)現象，對DPWM分辨率的提高與系統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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在雷達信號偵察中運用寬帶數字接收技術是電子偵察的一個重要發展方向。數字信號處理由于其精度高、靈活性強、以及易于集成等特點而應用廣泛。電子系統數字化的最大障礙是寬帶高速A/D變換器的高速數據流與通用DSP處理能力的不匹配。而FPGA的廣泛應用，為解決上述矛盾提供了一種有效的方法。 本文利用FPGA技術，設計了具備高速信號處理能力的寬帶數字接收機平臺，并提出了數字接收機實現的可行性方法，以及對這些方法的驗證。具體來說就是如何利用單片的FPGA實現對雷達信號并行地實時檢測和參數估計。所做工作主要分為兩大部分： 1、適合于FPGA硬件實現的算法的確定及仿真：對A/D采樣信號采用自相關累加算法進行信號檢測，利用信號的相關性和噪聲的獨立性提高信噪比，通過給出檢測門限來估計信號的起止點。對于常規信號的頻率估計，采用Rife算法。通過Matlab仿真，表明上述算法在運算量和精度方面均有良好性能，適合用作FPGA硬件實現。 2、算法的FPGA硬件實現：針對原算法中極大消耗運算量的相關運算，考慮到FPGA并行處理的特點，將原算法修改為并行相關算法，并加入流水線，這樣處理極大地提高了系統的數據吞吐率。采用Xilinx公司的Virtex-4系列中的XC4VSX55芯片作為開發平臺完成設計，系統測試結果表明，本設計能正常工作，滿足系統設計要求。 文章的最后，結合系統設計給出幾種VHDL優化方法，主要圍繞系統的速度、結構和面積等問題展開討論。
上傳時間： 2013-06-25
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正交頻分復用(OFDM)技術是一種多載波數字調制技術，具有頻譜利用率高、抗多徑干擾能力強、成本低等特點，適合無線通信的高速化、寬帶化及移動化的需求，將成為下一代無線通信系統(4G)的核心調制傳輸技術。 本文首先描述了OFDM技術的基本原理。對OFDM的調制解調以及其中涉及的特性和關鍵技術等做了理論上的分析，指出了OFDM區別于其他調制技術的巨大優勢；然后針對OFDM中的信道估計技術，深入分析了基于FFT級聯的信道估計理論和基于聯合最大似然函數的半盲分組估計理論，在此基礎上詳細研究描述了用于OFDM系統的迭代的最大似然估計算法，并利用Matlab做了相應的仿真比較，驗證了它們的有效性。 而后，在Matlab中應用Simulink工具構建OFDM系統仿真平臺。在此平臺上，對OFDM系統在多徑衰落、高斯白噪聲等多種不同的模型參數下進行了仿真，并給出了數據曲線，通過分析結果可正確評價OFDM系統在多個方面的性能。 在綜合了OFDM的系統架構和仿真分析之后，設計并實現了基于FPGA的OFDM調制解調系統。首先根據802.16協議和OFDM系統的具體要求，設定了合理的參數；然后從調制器和解調器的具體組成模塊入手，對串/并轉換，QPSK映射，過采樣處理，插入導頻，添加循環前綴，IFFT/FFT，幀同步檢測等各個模塊進行硬件設計，詳細介紹了各個模塊的設計和實現過程，并給出了相應的仿真波形和參數說明。其中，針對定點運算的局限性，為系統設計并自定義了24位的浮點運算格式，參與傅立葉反變換和傅立葉變換的運算，在系統參數允許的范圍內，充分利用了有限資源，提高了系統運算精度；然后重點描述了基于FPGA的快速傅立葉變換算法的改進、優化和設計實現，針對原始快速傅立葉變換FPGA實現算法運算空閑時間過多，資源占用較大的問題，提出了帶有流水作業功能、資源占用較少的快速傅立葉變換優化算法設計方案，使之運用于OFDM基帶處理系統當中并加以實現，結果滿足系統參數的需求。最后以理論分析為依據，對整個OFDM的基帶處理系統進行了系統調試與性能分析，證明了設計的可行性。 綜上所述，本文完成了一個基于FPGA的OFDM基帶處理系統的設計、仿真和實現。本設計為OFDM通信系統的進一步改進提供了大量有用的數據。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著現代計算機技術、微電子技術的進一步結合和發展，可編程邏輯技術已成為當前電子設計領域中最具活力和發展前途的技術。通過采用FPGA/EDA技術，對通信卡的PCI接口、E1接口、外部邏輯電路進行集成，并利用目前通用計算機強大的數字信息處理能力，可大大簡化CTI硬件的設計，降低制造成本，提高系統可靠性。 據此，本論文提出了基于FPGA/EDA技術的PCI-E1接口設計方法，文中對PCI總線接口、E1接口及兩接口的互連等相關技術進行了深入分析，對各功能模塊和系統進行了VHDL建模與仿真。 同時，論文還介紹了基于ALTERACyclone系列FPGA芯片的PCI-E1接口硬件平臺的設計原理和基于DriverWorks的WDM驅動程序的設計方法。 本論文涉及的軟件、硬件系統已經開發、調試完成。測試結果表明：1、論文所研究的PCI接口(主/從設備)在進行配置讀/寫、I/O讀寫、存儲器讀寫及總線的猝發數據傳送等操作中，各項性能符合PCI2.3規范的要求。 2、論文所研究的E1接口支持成幀和不成幀兩種傳輸方式：在成幀模式下，信息的有效傳送速率為31×64Kbit/s；在不成幀的模式下，信息的有效傳送速率為2.048Mbit/s。E1輸出口各項參數符合CCITT相關規范要求。 3、論文所研究的PCI-E1接口在與現網設備、模塊的對接測試中，性能穩定。基于本論文的產品已經正式發布。國內部分廠家已對該產品進行了多方面的綜合測試，并計劃將其應用到實際的生產和研究中。 本論文對于CTI硬件的設計是一項嘗試和革新。測試和應用證明該方法行之有效，符合設計目標，具有較廣闊的應用前景。
上傳時間： 2013-04-24
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多普勒計程儀是根據聲波在水中的多普勒效應原理而制成的一種精密測速和計算航程的儀器，它是船用導航設備的重要組成之一。針對于多普勒計程儀的核心問題——頻率估計，本文提出了一種基于FPGA實現的多普勒測頻方案，它具有抗干擾能力強、運算速度快等特點。本論文主要是圍繞系統的測頻方案的設計與實現展開的。 本文主要研究工作包括：設計和調試基于FPGA的多普勒測頻系統的硬件電路；通過對測頻算法的研究，采用VHDL語言設計和實現系統的測頻算法和其它接口控制程序，并通過軟件仿真，測試設計的正確性。 測頻系統的硬件電路設計是本論文工作的主要部分之一，也是基于FPGA的多普勒測頻系統的核心部分。整個系統以FPGA作為主處理器，完成系統中所有的數字信號處理和外圍接口控制，同時，基于FPGA豐富的片內可編程邏輯資源和外部I/O資源，系統還擴展了豐富的通信接口(UART、USB和以太網接口)和顯示電路(LCD和LED)，使系統便于與PC機進行數據交換和控制。 系統的軟件實現是本文工作的另一重要部分。本文通過對測頻算法的研究，完成了基于VHDL實現的過零檢測法和FFT算法，同時也實現了對接收機信號的自動增益控制、信號采集和與計算機的通信功能等。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著計算機科學和視頻技術的廣泛發展,數字圖像采集在電子通信與信息處理領域得到了廣泛的應用,例如廣播電視的數字化、網絡視頻、監視監控系統等. 視頻圖像采集卡作為計算機視頻應用的前端設備,承擔著模擬視頻信號向數字視頻信號轉換的任務,在多媒體時代占據著重要的位置.設計一種功能靈活,使用方便,便于嵌入到系統中的視頻信號采集電路具有重要的實用意義. 本文首先介紹數字圖像采集系統的發展現狀和前景,提出了本次設計的目標: 完成基于PCI總線的高分辨率圖像采集卡設計.然后簡單介紹了本次設計用到的基本理論:數據采集理論,特別說明了采樣和量化的定義與區別,以及量化的幾種方式和量化與AD技術之間的關系. 圖像采集系統的基本構成,是以數字信號處理器為核心,控制外圍的A/D、D/A轉換器和外圍存儲器.本文對比了當下流行的DSP芯片和IFPGA芯片作為數字處理核心的優缺點,并根據系統實際需要,選用FPGA作為數字信號處理器.然后列舉了幾款常用A/D視頻芯片,還介紹了SDRAM控制的基本流程,最后提出了系統的整體設計方案. 圖像采集卡的硬件設計分為A/D前端模擬通道設計和FPGA數字信號傳輸及外圍電路設計.本文重點介紹了A/D芯片外圍電路連接和使用方法,對PCI總線和它的控制電路也做了詳細闡述.對圖像采集卡的PCB布局布線也有詳細說明. 圖像采集卡FPGA內部程序構成也是本文的一個重點.本次的程序設計主要分為數據采集模塊,即與A/D接口模塊,數據暫存模塊,即SDRAM讀寫控制模塊,數據處理模塊和數據傳輸模塊,即PCI控制模塊.重點在于對的SDRAM的連續讀寫控制和各個模塊間的協調工作.說明了.A/D采集數據從接收到存儲詳細過程,以及對SDRAM讀寫狀態機和PCI總線的操控. 最后介紹了硬件調試和FPGA程序驗證結果.詳細說明了以Modelsim為平臺的前端功能仿真和后端時序仿真,以及以SignalTapⅡ為平臺,程序下載到FPGA中進行的實時驗證.結果表明整個圖像采集系統基本達到了系統設計中所給出的性能指標,證明了整個系統設計的正確性和合理性.
上傳時間： 2013-04-24
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隨著全控型變流技術的不斷發展和應用領域的不斷拓寬，具有高功率因數的PWM整流器在工業領域中逐漸得到普遍重視。在目前的PWM調制方法中，自然采樣SPWM具有控制靈活、輸出脈沖波形好、諧波含量低等優點，是一種性能優良的調制方法。傳統的基于DSP的SPWM實現方法受DSP本身串行程序流工作模式的限制，是很難實時完成自然采樣SPWM的計算的，這在一些特殊的應用領域限制了PWM整流器性能的提高。為此，論文提出了一種基于FPGA的自然采樣SPWM實現方法，并在三相電流型整流器樣機上進行了實驗驗證。由于FPGA具有豐富的可編程邏輯資源和I/O口，并且可以采用并行工作方式，因此控制系統具有更快的處理速度、更小的控制延時和更好的實時性，有利于PWM整流器性能的提高。仿真和實驗研究都表明本文的設計是正確有效的。
上傳時間： 2013-06-16
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軟件無線電技術自20世紀90年代提出以后，在許多通信系統中得到了廣泛應用。本文研究了一種軟件無線電數字通信系統方案的設計，并著重研究了其中中頻處理單元的設計和實現。針對實際應用，本文提出了一個基于FPGA和DSP的軟件無線電中頻/基帶數字化處理系統的設計方案。該系統的特點是所有的中頻信號處理算法全部由軟件實現，它主要包括高速A/D、超大規模FPGA芯片、高速DSP芯片和外部存儲器等，其中超大規模FPGA芯片和高速的DSP芯片是系統的核心。DSP芯片采用的是TI公司的C6416，FPGA芯片采用的是Xilinx公司的XC2V2000FG676，既兼顧速度和靈活性，又具有較強的通用性。 本文根據“基于FPGA的中頻數字化處理平臺的建立及若干關鍵算法的實現”研究課題，主要完成了軟件無線電通信系統中頻數字化若干關鍵算法實現的任務，具體包括通用數字中頻板的設計、中頻板上FPGA和DSP、D/A的接口設計、各種數字通信關鍵技術（數字上/下變頻、調制解調、信道編譯碼、交織解交織等）的FPGA實現。本文研究的系統分別在Matlab、ISE、Modelsim、Visual DSP++、ChipScope Pro等軟件中進行了仿真和驗證，并已交付使用。結果表明，本文提出的方案正確可行，達到了預定要求。本文的工作對其它軟件無線電系統的實現也具有較大的參考價值。
上傳時間： 2013-04-24
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