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半導體激光器

基于FPGA的激光測距數據處理系統

激光測距是隨著激光技術的出現而發展起來的一種精密測量技術，因其良好的精確度特性廣泛地應用在軍事和民用領域。但傳統的激光測距系統大多采用分立的單元電路搭建而成，不僅造成了開發成本較高，電路較復雜，調試困難等諸多問題，而且這種系統體積和重量較大，嚴重阻礙了激光測距系統的普及應用，因此近年來激光測距技術向著小型化和集成化的方向發展。本文就旨在找出一種激光測距的集成化方案，將激光接收電路部分集成為一個專用集成電路，使傳統的激光測距系統簡化成三個部分，激光器LD、接收PD和一片集成電路芯片。本文設計的激光測距系統基于相位差式激光測距原理，綜合當前所有的測相技術，提出了一種基于FPGA的芯片運用DCM的動態移相功能實現相位差測量的方法。該方法實現起來方便快捷，無需復雜的過程計算，不僅能夠達到較高的測距精度，同時可以大大簡化外圍電路的設計，使測距系統達到最大程度的集成化，滿足了近年來激光測距系統向小型化和集成化方向發展的要求，除此，該方法還可以減少環境因素對測距誤差的影響，降低測距系統對測試環境的要求。本論文的創新點有： 1.基于方波實現激光的調制和發射，簡化了復雜的外圍電路設計； 2.激光測距的數據處理系統在一片FPGA芯片上實現，便于系統的集成。在基于DCM的激光測距方案中，本文詳細的敘述了利用DCM測相的基本原理，并給出了由相位信息得到距離信息的計算過程，然后將利用不同測尺測得的結果進行合成，并最終將距離的二進制信息轉換成十進制顯示出來。本文以Xilinx公司Virtex-II Pro開發板做為開發平臺，通過編程和仿真驗證了該測距方案的可行性。在采用多次測量求平均值的情況下，該測距方案的測距精度可以達到3mm，測距量程可達100m。該方案設計新穎，可將整個的數據處理系統在FPGA芯片中實現，為最終的專用集成芯片的設計打下了基礎，有利于測距系統的集成單片化。

標簽： FPGA 激光測距數據處理

上傳時間： 2013-06-20

上傳用戶：lili1990
基于FPGA的全數字激光測距信號處理

激光測距是一種非接觸式的測量技術，已被廣泛使用于遙感、精密測量、工程建設、安全監測以及智能控制等領域。早期的激光測距系統在激光接收機中通過分立的單元電路處理激光發、收信號以測量光脈沖往返時間，使得開發成本高、電路復雜，調試困難，精度以及可靠性相對較差，體積和重量也較大，且沒有與其他儀器相匹配的標準接口，上述缺陷阻礙了激光測距系統的普及應用。本文針對激光測距信號處理系統設計了一套全數字集成方案，除激光發射、接收電路以外，將信號發生、信號采集、綜合控制、數據處理和數據傳輸五個部分集成為一塊專用集成電路。這樣就不再需要DA轉換和AD轉換電路和濾波處理等模塊，可以直接對信號進行數字信號處理。與分立的單元電路構成的激光測距信號處琿相比，可以大大降低激光測距系統的成本，縮短激光測距的研制周期。并且由于專用集成電路帶有標準的RS232接口，可以直接與通信模塊連接，構成激光遙測實時監控系統，通過LED實時顯示測距結果。這樣使得激光測距系統只需由激光器LD、接收PD和一片集成電路組成即可，提出了橋梁的位移監測技術方法，并設計出一種針對橋梁的位移監測的具有既便攜、有效又經濟實用的監測樣機。本文基于xil inx公司提供的開發環境(ise8.2)、和Virtex2P系列XC2VP30的開發版來設計的，提出一種基于方波的利用DCM(數字時鐘管理器)檢相的相位式測距方法；采用三把側尺頻率分別是30MHz、3MHz、lOkHz，對應的測尺長度分別為5米、50米和15000米，對應的精度分別為±0.02米、±0.5米和±5米。設計了一套激光測距全數字信號處理系統。為了證明本系統的準確性，另外設計了一套利用延時的方法來模擬激光光路，經過測試，證明利用DCM檢相的相位式測距方法對于橋梁的位移監測是可行的，測量精度和測量結果也滿足設計方案要求。

標簽： FPGA 全數字信號處理激光測距

上傳時間： 2013-06-12

上傳用戶：fanboynet
基于FPGA的OFDM調制解調器的設計與實現

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。

標簽： FPGA OFDM 調制解調器

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：vaidya1bond007b1
干涉型光纖水聽器信號解調方法研究

光纖水聽器自問世以來，在巨大的軍事價值和民用價值推動下得到了迅速發展，已逐漸從實驗室研究階段走向工程應用。同時隨著光纖水聽器的不斷發展，對水聲信號的檢測技術以及數字處理能力也提出了新的要求。論文在此背景下開展了一系列研究工作，并提出了利用FPGA(Field ProgrammableGate Array，現場可編程門陣列)實現光纖3×3耦合器解調算法的新思路。目前干涉型光纖水聽器的解調一般采用PGC(Phase Generated Carrier，相位生成載波技術)技術和基于3×3光纖耦合器干涉的解調技術。PGC技術在解調過程中引入了載波信號，它對采樣率，激光器等的要求都較高，因此我們把目光投向3×3耦合器解調技術，文中對其解調原理進行了闡述，對采樣率的確定進行了討論，并對3×3耦合器三路輸出不對稱的情況進行了分析，最后在本文的結論部分提出了基于3×3耦合器解調的改良方案。目前，光纖信號數字化解調的硬件實現采用DSP(Digital Signal Process，可編程數字信號處理器)信號處理機，與之相比，FPGA解調具有速度快、資源占用少、易于擴展等優勢。本文對FPGA與DSP、ASIC(application-specificintegrated circuit，專用集成電路)實現方案進行了對比，分析了適合利用FPGA實現的算法所應具備的特征；介紹了3×3耦合器解調算法中各個模塊的設計情況；分析了系統的工作情況，硬件的構造及芯片的選擇，最后驗證了利用FPGA可以實現3×3耦合器解調算法。

標簽： 干涉型光纖水聽器信號解調方法研究

上傳時間： 2013-07-03

上傳用戶：love1314
屏上顯示模塊的FPGA實現

隨著數字電視技術的飛速發展，數字機頂盒已成為現在模擬電視收看數字電視節目必不可少的設備。而數字機頂盒需要在解碼后的模擬視頻信號上加入屏幕顯示信息(如亮度、色度、信息服務菜單等)以提供給觀眾良好的界面和靈活的人機交互。 v屏幕顯示系統(OSG，On-Screen-Graphics)解決了現有模擬電視無法實現的疊加屏幕顯示信息的問題，提供同步輸出疊加有各種圖形、文字的電視節目圖像的功能，其中最主要的部分是OSD(On-Screen-Display)，即屏幕顯示單元。OSD將疊加的位圖圖像分為多個OSD塊，一般定義為矩形區域。每個矩形區域，例如臺標、參數調節框、字幕等，都有獨立的4色、16色或256色顏色查找表。同時OSG系統也支持真彩模式。OSD塊經由編碼/混合器與視頻圖像進行alpha混合后輸出到電視屏幕上。本文詳細介紹了應用FPGA設計包括屏幕顯示單元在內的OSG系統的思路和設計過程，描述了模塊的劃分與功能仿真。在論文前半部分，本文給出了圖文屏幕顯示系統各子單元的工作流程，接著論文的后半部分，給出了詳細的模塊接口說明和硬件實現。

標簽： FPGA 顯示模塊

上傳時間： 2013-07-27

上傳用戶：萬有引力
無線通信系統的FPGA設計和研究

在數字化、信息化的時代，數字集成電路應用得非常廣泛。隨著微電子技術和工藝的發展，數字集成電路從電子管、晶體管、中小規模集成電路、超大規模集成電路(VLSIC)逐步發展到今天的專用集成電路(ASIC)。但是ASIC因其設計周期長，改版投資大，靈活性差等缺陷制約著它的應用范圍。可編程邏輯器件的出現彌補了ASIC的缺陷，使得設計的系統變得更加靈活，設計的電路體積更加小型化，重量更加輕型化，設計的成本更低，系統的功耗也更小了。FPGA是英文Field Programmable Gate Array的縮寫，即現場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、EPID等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。它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，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。本論文撰寫的是用FPGA來實現無人小飛機系統中基帶信號的處理過程。整個信號處理過程全部采用VHDL硬件描述語言來設計，并用Modelsim仿真系統功能進行調試，最后使用了Xilinx 公司可編程的FPGA芯片XC2S100完成，滿足系統設計的要求。本文首先研究和討論了無線通信系統中基帶信號處理的總體結構，接著詳細闡述了各個模塊的設計原理和方法，以及FPGA結果分析，最后就關鍵技術和難點作了詳細的分析和研究。本文的最大特色是整個系統全部采用FPGA的方法來設計實現，修改靈活，體積小，功耗小。本系統的設計包括了數字鎖相環、糾錯編解碼、碼組交織、擾碼加入、巴克碼插入、幀同步識別、DPSK調制解調及選擇了整體的時序，所有的組成部分都經過了反復地修改和調試，取得了良好的數據處理效果，其關鍵之處與難點都得到了妥善地解決。本文分別在發射部分(編碼加調制)和接收部分(解調加解碼)相獨立和相聯系的情況下，獲得了仿真與實測結果。

標簽： FPGA 無線通信系統

上傳時間： 2013-07-05

上傳用戶：acon
高速工業標記控制系統

在工業領域中，經常需要在產品表面留下永久性的標識，通常作為便于今后追蹤的商標、流水號、日期等等。特別在機械行業對零部件的管理，在市場上需要對其進行識別和質量跟蹤。機械行業在零部件上的標記打印在追求美觀的同時，要求有一定的打印速度和打印深度。標記打印能夠為企業提供產品的可追溯性，更好的貫徹IS09000標準。由于傳統的標記打印在打印效率、美觀以及防偽等方面存在問題，不適應現代化大生產要求，而激光打印技術雖然較好的克服了傳統工藝的許多缺點，但激光器在惡劣的生成現場缺乏長期穩定性的工作特點的制約，不能完全滿足生產實際的需要。為了彌補上述不足，適應大批量生產發展需要，氣動標記打印技術成為一種較好的選擇。本課題在分析了現在市場上存在氣動標記刻印系統的優缺點后，針對現有的標記打印機打印速度相對較慢，打印精度相對較低以及控制軟件不靈活的缺點，設計了一套新的控制方案，使用FPGA作為核心控制器，配合PC機標記打印軟件工作，代替以往PC或單片機的控制。該方案充分利用了FPGA可以高速并行工作的特點，能夠高精度平穩的輸出控制脈沖，使打印過程平穩進行。本文描述了從總體方案設計到一些關鍵模塊的設計思路和設計細節。根據設計要求，總體方案中提出了整個控制系統的劃分和關鍵設計指標上的考慮。在硬件設計方面完成硬件電路設計，包括接口電路設計和抗干擾設計；在設計FPGA控制器時，采用了優化后的比較積分直線插補算法使得輸出的插補脈沖均勻穩定；采用梯形速率控制算法，克服了速度突變情況時的失步或過沖現象；在軟件方面，新開發了一套PC工業標記系統軟件，采用了多線程技術和TTF矢量字庫等技術。整套標記打印系統經過較長時間的運行調試，表現穩定，現已經試用性投放市場．從生產廠家重慶恒偉精密機械有限公司和客戶的反饋信息來看，系統工作穩定，打印速度達到設計指標，能夠在256細分下驅動電機平穩快速運動，打印精度高，達到市場領先水平，并且得到客戶充分的肯定。

標簽： 工業標記控制系統

上傳時間： 2013-06-21

上傳用戶：rishian
基于FPGA的嵌入式圖像采集卡的研究

圖像采集和處理技術在機器視覺和圖像分析等諸多領域應用十分廣泛，大部分情況下，采集卡只需將前端相機捕獲的圖像信息正確地傳回計算機即可。但是在要求較高的應用場合需要采集卡能準確控制外部光源和相機，完成圖像采集，預處理，數據傳輸。只有這樣，用戶才可以根據不同的興趣和需求對特定的某些圖像進行采集、傳輸以及處理，以達到某種分析目的。本文根據國家985二期項目“三維粒子圖像測速系統”的圖像采集與處理需要，設計開發了一款以FPGA為核心控制芯片的嵌入式圖像采集卡。采集卡以FPGA為邏輯和算法實現的核心器件，不僅實現了傳統意義上的圖像采集，而且實現了CCD相機控制和激光器同步曝光功能，打破了以往單純靠增加硬件設備實現同步控制的方法，簡化了系統硬件結構并節約系統成本。此外，在系統中嵌入了圖像增強算法和采用PCI接口與計算機連接滿足了高速采集的要求。同時，采用市場上廣泛應用的Camera Link作為采集卡的圖像輸入接口，提高了系統的通用性、傳輸速率和抗干擾能力，簡化圖像獲取設備和模擬攝像頭之間需要視頻解碼等連接。具有嵌入式處理功能，光源同步和相機控制的采集卡將使機器視覺系統，圖像測速等諸多領域的圖像采集應用變得更為便捷。論文首先對圖像采集卡系統的組成、整體方案和可行性進行了論證。然后給出了圖像采集卡的硬件設計。在此部分結合整體設計方案，討論芯片的選型問題。根據所選芯片的本身特點，分模塊地對圖像采集卡的硬件設計原理進行了詳細的闡述。接下來是圖像采集卡的軟件設計部分。用VHDL和原理圖結合的方法對FPGA進行編程，實現了圖像采集系統的各個功能模塊。根據圖像采集系統的要求用DriverWorks軟件設計了圖像采集卡的WDM底層驅動程序和上層應用程序。最后是用FPGA實現了帶修改參數的硬件嵌入式圖像處理算法——圖像增強。論文中使用QUARTUS軟件嵌入的邏輯分析儀SignalTap對FPGA設計的模塊進行了硬件調試，給出了調試的時序圖和調試結果，經測試分析該采集卡滿足“三維粒子圖像測速系統”的要求，達到了預期目標。

標簽： FPGA 嵌入式圖像采集卡

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：cazjing
軟件無線電中數字下變頻技術研究

軟件無線電(SDR，Software Defined Radio)由于具備傳統無線電技術無可比擬的優越性，已成為業界公認的現代無線電通信技術的發展方向。理想的軟件無線電系統強調體系結構的開放性和可編程性，減少靈活性著的硬件電路，把數字化處理(ADC和DAC)盡可能靠近天線，通過軟件的更新改變硬件的配置、結構和功能。目前，直接對射頻(RF)進行采樣的技術尚未實現普及的產品化，而用數字變頻器在中頻進行數字化是普遍采用的方法，其主要思想是，數字混頻器用離散化的單頻本振信號與輸入采樣信號在乘法器中相乘，再經插值或抽取濾波，其結果是，輸入信號頻譜搬移到所需頻帶，數據速率也相應改變，以供后續模塊做進一步處理。數字變頻器在發射設備和接收設備中分別稱為數字上變頻器(DUC，Digital Upper Converter)和數字下變頻器(DDC，Digital Down Converter)，它們是軟件無線電通信設備的關鍵部什。大規模可編程邏輯器件的應用為現代通信系統的設計帶來極大的靈活性。基于FPGA的數字變頻器設計是深受廣大設計人員歡迎的設計手段。本文的重點研究是數字下變頻器(DDC)，然而將它與數字上變頻器(DUC)完全割裂后進行研究顯然是不妥的，因此，本文對數字上變頻器也作適當介紹。第一章簡要闡述了軟件無線電及數字下變頻的基本概念，介紹了研究背景及所完成的主要研究工作。第二章介紹了數控振蕩器(NCO)，介紹了兩種實現方法，即基于查找表和基于CORDIC算法的實現。對CORDIc算法作了重點介紹，給出了傳統算法和改進算法，并對基于傳統CORDIC算法的NCO的FPGA實現進行了EDA仿真。第三章介紹了變速率采樣技術，重點介紹了軟件無線電中廣泛采用的級聯積分梳狀濾波器 (cascaded integratot comb， CIC)和ISOP(Interpolated Second Order Polynomial)補償法，對前者進行了基于Matlab的理論仿真和FPGA實現的EDA仿真，后者只進行了基于Matlab的理論仿真。第四章介紹了分布式算法和軟件無線電中廣泛采用的半帶(half-band，HB)濾波器，對基于分布式算法的半帶濾波器的FPGA實現進行了EDA仿真，最后簡要介紹了FIR的多相結構。第五章對數字下變頻器系統進行了噪聲綜合分析，給出了一個噪聲模型。第六章介紹了數字下變頻器在短波電臺中頻數字化應用中的一個實例，給出了測試結果，重點介紹了下變頻器的：FPGA實現，其對應的VHDL程序收錄在本文最后的附錄中，希望對從事該領域設計的技術人員具有一定參考價值。

標簽： 軟件無線電數字下變頻技術研究

上傳時間： 2013-06-09

上傳用戶：szchen2006
基于ARMFPGA的激光打標機控制器設計

激光打標是一種利用高能量的激光束在打標物體表面刻下永久性標識的技術。與傳統的壓刻等方法相比，激光打標具有速度快、無污染、質量高、性能穩定、不接觸物體表面等優點。激光打標是目前工業產品標記的先進技術，是一種高效的標記方法。傳統的基于ISA總線、PCI總線或者USB總線的激光打標控制器增加了激光打標機的成本和體積。本文提出一種基于ARM+FPGA架構的嵌入式系統方案，主要的研究工作如下：首先，介紹了激光打標系統的組成，激光打標技術的發展現狀和激光打標機的原理。根據激光打標控制系統的功能要求和性能要求，提出了ARM+FPGA的總體設計，并簡要討論了ARM和FPGA的特點和優勢。ARM處理器的主要功能是完成打標內容的輸入和變換處理，打標機參數的設置和控制打標。FPGA的作用是接收、存儲和轉換打標數據，然后產生控制信號去控制激光打標設備。然后，詳細討論了激光打標機控制器的硬件電路設計，包括ARM控制單元電路、FPGA控制單元電路和數模轉換模塊等。為了使控制器能夠長時間可靠穩定地工作，還采取了隔離技術等許多抗干擾措施。完成了 FPGA中各個模塊的程序設計，利用Quartus Ⅱ軟件進行了仿真驗證，調試了控制器的功能。本文所設計的嵌入式激光打標控制器發揮了ARM和FPGA各自的優勢。經過在實際打標系統中的測試，證明本次設計的激光打標機控制器實現了預期的功能，取得了滿意的打標效果。關鍵詞：ARM，FPGA，激光打標，FIFO，CO2激光器，掃描振鏡系統

標簽： ARMFPGA 激光打標制器設計

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：hewenzhi