高性能ADC產(chǎn)品的出現(xiàn)，給混合信號測試領(lǐng)域帶來前所未有的挑戰(zhàn)。并行ADC測試方案實(shí)現(xiàn)了多個(gè)ADC測試過程的并行化和實(shí)時(shí)化，減少了單個(gè)ADC的平均測試時(shí)間，從而降低ADC測試成本。 本文實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的ADC并行測試方法。在閱讀相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)了常用ADC參數(shù)測試方法和測試流程。使用FPGA實(shí)現(xiàn)時(shí)域參數(shù)評估算法和頻域參數(shù)評估算法，并對2個(gè)ADC在不同樣本數(shù)條件下進(jìn)行并行測試。 通過在FPGA內(nèi)部實(shí)現(xiàn)ADC測試時(shí)域算法和頻域算法相結(jié)合的方法來搭建測試系統(tǒng)，完成音頻編解碼器WM8731L的控制模式接口、音頻數(shù)據(jù)接口、ADC測試時(shí)域算法和頻域算法的FPGA實(shí)現(xiàn)。整個(gè)測試系統(tǒng)使用Angilent 33220A任意信號發(fā)生器提供模擬激勵(lì)信號，共用一個(gè)FPGA內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的采樣時(shí)鐘控制模塊。并行測試系統(tǒng)將WM8731.L片內(nèi)的兩個(gè)獨(dú)立ADC的串行輸出數(shù)據(jù)分流成左右兩通道，并對其進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換。然后對左右兩個(gè)通道分別配置一個(gè)FFT算法模塊和時(shí)域算法模塊，并行地實(shí)現(xiàn)了ADC參數(shù)的評估算法。 在樣本數(shù)分別為128和4096的實(shí)驗(yàn)條件下，對WM8731L片內(nèi)2個(gè)被測.ADC并行地進(jìn)行參數(shù)評估，被測參數(shù)包括增益GAIN、偏移量OFFSET、信噪比SNR、信號與噪聲諧波失真比SINAD、總諧波失真THD等5個(gè)常用參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過在FPGA內(nèi)配置2個(gè)獨(dú)立的參數(shù)計(jì)算模塊，可并行地實(shí)現(xiàn)對2個(gè)相同ADC的參數(shù)評估，減小單個(gè)ADC的平均測試時(shí)間。 FPGA片內(nèi)實(shí)時(shí)評估算法的實(shí)現(xiàn)節(jié)省了測試樣本傳輸至自動(dòng)測試機(jī)PC端的時(shí)間。而且只需將HDL代碼多次復(fù)制，就可實(shí)現(xiàn)多個(gè)被測ADC在同一時(shí)刻并行地被評估，配置靈活。基于FPGA的ADC并行測試方法易于實(shí)現(xiàn)，具有可行性，但由于噪聲的影響，測試精度有待進(jìn)一步提高。該方法可用于自動(dòng)測試機(jī)的混合信號選項(xiàng)卡或測試子系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞：ADC測試；并行；參數(shù)評估；FPGA；FFT
上傳時(shí)間： 2013-07-11
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近幾年來，OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技術(shù)引起了人們的廣泛注意，根據(jù)這項(xiàng)新技術(shù)，很多相關(guān)協(xié)議被提出來。其中WiMax(Wireless MetropolitanArea Networks)代表空中接口滿足IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)的寬帶無線通信系統(tǒng)，IEEE標(biāo)準(zhǔn)在2004年定義了空中接口的物理層(PHY)，即802.16d協(xié)議。該協(xié)議規(guī)定數(shù)據(jù)傳輸采用突發(fā)模式，調(diào)制方式采用OFDM技術(shù)，傳輸速率較高且實(shí)現(xiàn)方便、成本低廉，已經(jīng)成為首先推廣應(yīng)用的商業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)。 本文主要對IEEE802.16d OFDM系統(tǒng)物理層進(jìn)行研究，并在XILINX公司的Virtexpro II芯片上實(shí)現(xiàn)了基帶算法。 首先討論了OFDM基本原理及其關(guān)鍵技術(shù)。根據(jù)IEEE802.16d OFDM系統(tǒng)的物理層發(fā)送端流程搭建了基帶仿真鏈路，利用MATLAB/SIMULINK仿真了OFDM系統(tǒng)在有無循環(huán)前綴(CP)、多徑數(shù)目不同等情況下的性能變化。由于同步算法和信道估計(jì)算法計(jì)算量都很大，為了找到適合采用FPGA實(shí)現(xiàn)的算法，分析了同步誤差和不同信道估計(jì)算法對接收信號的影響，并結(jié)合計(jì)算量的大小提出了一種新的聯(lián)合同步算法，以及得出了LS信道估計(jì)算法最適合802.16d系統(tǒng)的結(jié)論。 其次，完成了基帶發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的FPGA硬件電路實(shí)現(xiàn)。為了使系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率更高，采用了流水線的結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)中采用編寫Verilog程序和使用IP核相結(jié)合的辦法，實(shí)現(xiàn)了新的聯(lián)合同步算法，并且通過簡化結(jié)構(gòu)，避免了信道估計(jì)算法中的繁瑣除法。利用ISE9. 2i和Modelsim6.Oc軟件平臺對程序進(jìn)行設(shè)計(jì)、綜合和仿真，并將仿真結(jié)果和MATLAB軟件計(jì)算結(jié)果相對比。結(jié)果表明，采用16位數(shù)據(jù)總線可達(dá)到理想的精度。 最后，采用串口通信的方式對基帶系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證。通過串口通信從功能上表明該系統(tǒng)確實(shí)可行。 關(guān)鍵詞：IEEE802. 16d； OFDM； 同步；信道估計(jì)；基帶系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-07-31
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隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，人們對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的速度、精度、易操作性以及實(shí)時(shí)性的要求也在不斷地提高。通用串行總線USB作為一種新型的微機(jī)總線接口規(guī)范，以其使用方便、易于擴(kuò)展、速度快等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛地應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。現(xiàn)場可編程門陣列最大的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)靈活，開發(fā)周期較短，適合于實(shí)時(shí)信號處理，已被廣泛應(yīng)用于通信、數(shù)據(jù)采集、圖像處理等諸多領(lǐng)域。 @@ 本文充分利用USB和FPGA的上述優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種基于USB2.0技術(shù)和FPGA技術(shù)相結(jié)合的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 @@ 首先，對數(shù)據(jù)采集基本理論及系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了簡單地介紹。 @@ 其次，對以ADC轉(zhuǎn)換器(TLC5510)、FPGA芯片(EP1C6Q240C8)為控制器和USB接口芯片(CY7C68013A-56，簡稱FX2)為主的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)和分析，并在此設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上給出相應(yīng)的原理圖、PCB。硬件設(shè)計(jì)主要包括FPGA與ADC和FX2之間的接口電路設(shè)計(jì)以及硬件邏輯設(shè)計(jì)。 @@ 再次，根據(jù)系統(tǒng)需求，對系統(tǒng)軟件部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)，分三部分：一是為滿足FX2在USB上的最大傳輸速率而編寫的固件程序；二是在PC機(jī)中的WindowsXP系統(tǒng)下利用GPD編寫USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序；三是充分了解FX2的主要功能特點(diǎn)，并編寫出應(yīng)用程序。 @@ 最后，對系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行了調(diào)試，給出了調(diào)試結(jié)果和分析，對出現(xiàn)的問題給出了解決方案。結(jié)果表明，系統(tǒng)符合設(shè)計(jì)要求。 @@關(guān)鍵詞：USB2.0；FPGA；SOPC；數(shù)據(jù)采集；固件；
上傳時(shí)間： 2013-06-21
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隨著列車自動(dòng)化控制和現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，基于分布式控制系統(tǒng)的列車通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)TCN（IEC-61375）在現(xiàn)代高速列車上得到廣泛應(yīng)用。TCN協(xié)議將列車通信網(wǎng)絡(luò)分為絞線式列車總線WTB和多功能車輛總線MVB，其中WTB實(shí)現(xiàn)對開式列車中的互聯(lián)車輛間的數(shù)據(jù)傳輸和通信，MVB實(shí)現(xiàn)車載設(shè)備的協(xié)同工作和互相交換信息。 本文介紹了國內(nèi)外列車通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況和各自優(yōu)勢，分析了MVB一類設(shè)備底層協(xié)議。研究利用FPGA實(shí)現(xiàn)MVB控制芯片MVBC，用ARM作為微處理器實(shí)現(xiàn)MVB一類設(shè)備的嵌入式解決方案。其中，在FPGA芯片中主要采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法，RLT硬件描述語言實(shí)現(xiàn)MVB控制芯片MVBC一類設(shè)備的主要功能，包括幀編碼器、幀解碼器和邏輯接口單元。ARM主要完成了軟件程序的編寫和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的移植。在eCos實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)上，完成了驅(qū)動(dòng)和上層應(yīng)用程序，包括端口初始化、端口配置、幀收發(fā)指令和報(bào)文分析。 為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性，在設(shè)計(jì)的硬件平臺基礎(chǔ)上，搭建了MVB通信網(wǎng)絡(luò)的最小系統(tǒng)，對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)功能測試。測試結(jié)果表明：設(shè)計(jì)方案正確，達(dá)到了設(shè)計(jì)的預(yù)期要求。
上傳時(shí)間： 2013-08-03
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擴(kuò)頻通信系統(tǒng)與常規(guī)的通信系統(tǒng)相比，具有很強(qiáng)的抗窄帶干擾，抗多徑干擾，抗人為干擾的能力，并具有信息隱蔽、多址保密通信等優(yōu)點(diǎn)，在近年來得到了迅速的發(fā)展。論文針對直擴(kuò)通信系統(tǒng)中偽碼和載波同步問題而展開，研究了直擴(kuò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、性能及完成了相關(guān)參數(shù)的計(jì)算，改進(jìn)了包絡(luò)算法，設(shè)計(jì)了解擴(kuò)和解調(diào)器，最后用ISE9.1實(shí)現(xiàn)了解擴(kuò)和解調(diào)器的仿真波形，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性。 論文研究了擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的特點(diǎn)、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及理論基礎(chǔ)，完成了DS-QPSK接收機(jī)的解擴(kuò)器和解調(diào)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。解擴(kuò)器主要圍繞著偽碼的捕獲與跟蹤這一核心，分析了解擴(kuò)器的結(jié)構(gòu)、性能及其完成了相關(guān)參數(shù)的計(jì)算，完成了數(shù)字下變頻器、偽碼發(fā)生電路、偽碼相關(guān)積分提取電路、多通道快碼捕獲電路、偽碼跟蹤鑒相電路、偽碼時(shí)鐘調(diào)整電路的設(shè)計(jì)，并在ISE9.1編程綜合得到仿真結(jié)果，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性。由于相關(guān)積分包絡(luò)算法是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心，為了減少時(shí)延和系統(tǒng)所占硬件資源，改進(jìn)了包絡(luò)算法并得到了仿真驗(yàn)證。結(jié)果表明，它不但減少了硬件資源的占用、縮短了延時(shí)，而且對整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)化起著決定性的作用。論文給出了偽碼同步的仿真結(jié)果及資源占用情況，有力地說明了解擴(kuò)器占用資源少、時(shí)延短等特點(diǎn)。 解調(diào)器研究了頻偏及載波相位誤差對信號的影響及同步方案，完成了數(shù)控振蕩器、反正切鑒頻器、環(huán)路濾波器的設(shè)計(jì)并得到了相關(guān)的仿真波形，實(shí)現(xiàn)了載波的跟蹤，給出了仿真結(jié)果及資源占用情況，對系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中的一些經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)。最后是對論文工作的一些總結(jié)和對今后工作的展望。
上傳時(shí)間： 2013-06-13
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IIR數(shù)字濾波器是沖激響應(yīng)為無限長的一類數(shù)字濾波器，是電子、通信及信號處理領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容，國內(nèi)外學(xué)者對IIR數(shù)字濾波器的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了大量研究。其中，進(jìn)化算法優(yōu)化設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器雖然取得了一定的效果，但是其也有自身的一些不足；另外，基于粒子群算法以及人工魚群算法的IIR數(shù)字濾波器優(yōu)化設(shè)計(jì)也取得了較好的效果。但這些方法都是將多目標(biāo)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化問題，這種方法是將每個(gè)目標(biāo)賦一個(gè)權(quán)值，然后將這些賦了權(quán)值的目標(biāo)相加，把相加的結(jié)果作為目標(biāo)函數(shù)，在此基礎(chǔ)上尋找目標(biāo)函數(shù)的最小值，這樣做造成的問題是可能將其中的任何一種滿足目標(biāo)函數(shù)值最小的情況作為最優(yōu)解，但實(shí)際上得到的不一定是最優(yōu)解。也就是說，單目標(biāo)的方法難以區(qū)分哪一種情況為最優(yōu)解，這樣的尋優(yōu)模型從理論上來說是難以得到最優(yōu)解的。另外，在將多目標(biāo)轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)時(shí)，各個(gè)目標(biāo)的權(quán)值難以確定，而且最終只能得到唯一解。針對這些問題，本文在研究傳統(tǒng)遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃算法以及量子遺傳算法的IIR數(shù)字濾波器優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，將重點(diǎn)研究IIR數(shù)字濾波器的粒子進(jìn)化規(guī)劃優(yōu)化、遺傳多目標(biāo)優(yōu)化以及量子多目標(biāo)優(yōu)化。另外，由于在通信系統(tǒng)中IIR數(shù)字濾波器有廣泛應(yīng)用，并且大量采用FPGA實(shí)現(xiàn)，多目標(biāo)優(yōu)化方法得到的濾波器性能也值得驗(yàn)證，因此，對多目標(biāo)優(yōu)化方法得到的IIR數(shù)字濾波器系數(shù)進(jìn)行FPGA仿真驗(yàn)證有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 @@ 論文的主要工作及研究成果具體如下： @@ 1.分析IIR數(shù)字濾波器的數(shù)學(xué)模型及其優(yōu)化設(shè)計(jì)的參數(shù)；針對低通IIR數(shù)字濾波器，采用遺傳算法及量子遺傳算法對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并給出相應(yīng)的仿真結(jié)果及分析。 @@ 2.針對使用進(jìn)化規(guī)劃算法優(yōu)化設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器時(shí)容易陷入局部極值的問題，研究粒子進(jìn)化規(guī)劃算法，并將其應(yīng)用于IIR數(shù)字濾波器的優(yōu)化設(shè)計(jì)，該算法將粒子群優(yōu)化算法與進(jìn)化規(guī)劃算法相結(jié)合，繼承了粒子群算法局部搜索能力強(qiáng)和進(jìn)化規(guī)劃算法遺傳父代優(yōu)良基因能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。將這種新的粒子進(jìn)化規(guī)劃算法應(yīng)用于IIR低通、高通、帶通、帶阻數(shù)字濾波器的優(yōu)化設(shè)計(jì)，顯示了較好的效果。 @@ 3.優(yōu)化設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器時(shí)，通常將多目標(biāo)轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)的優(yōu)化問題，這種方法雖然設(shè)計(jì)簡單，但是在將多目標(biāo)轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)時(shí)，各個(gè)目標(biāo)的權(quán)值難以確定，而且最終只能得到唯一解，不能提供更多的有效解給決策者。針對常 用基于單目標(biāo)優(yōu)化算法的不足，在分析IIR數(shù)字濾波器優(yōu)化模型和待優(yōu)化參數(shù)的基礎(chǔ)上，本文研究遺傳算法的IIR數(shù)字濾波器多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，該方法將多個(gè)目標(biāo)值直接映射到適應(yīng)度函數(shù)中，通過比較函數(shù)值的占優(yōu)關(guān)系來搜索問題的有效解集，使用這種方法可以求得一組有效解，并且將多目標(biāo)轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)的優(yōu)化方法得到的唯一解也能被包括在這一組有效解中。@@ 4.將量子遺傳算法應(yīng)用于IIR數(shù)字濾波器多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，研究量子遺傳算法的IIR數(shù)字濾波器多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，并將優(yōu)化結(jié)果與傳統(tǒng)遺傳算法的多目標(biāo)優(yōu)化方法進(jìn)行了比較。仿真結(jié)果表明，在對同一種濾波器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，使用該方法得到的結(jié)果通帶波動(dòng)更小，過渡帶更窄，阻帶衰減也更大。 @@ 5.針對IIR數(shù)字濾波器的硬件實(shí)現(xiàn)問題，在對IIR數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，分別采用遺傳多目標(biāo)優(yōu)化方法量子多目標(biāo)方法優(yōu)化設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器的系數(shù)，然后針對兩組系數(shù)進(jìn)行了FPGA( Field-Programmable GateArray，現(xiàn)場可編程門陣列)仿真驗(yàn)證，并對兩種結(jié)果進(jìn)行了對比分析。 @@關(guān)鍵詞：IIR數(shù)字濾波器；優(yōu)化設(shè)計(jì)
標(biāo)簽： FPGA IIR 數(shù)字濾波器
上傳時(shí)間： 2013-06-09
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現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA，F(xiàn)ield Programmable Gate Array)是可編程邏輯器件的一種，它的出現(xiàn)是隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計(jì)與制造集成電路的任務(wù)已不完全由半導(dǎo)體廠商來獨(dú)立承擔(dān)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)師們更愿意自己設(shè)計(jì)專用集成電路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)．芯片，而且希望ASIC的設(shè)計(jì)周期盡可能短，最好是在實(shí)驗(yàn)室里就能設(shè)計(jì)出合適的ASIC芯片，并且立即投入實(shí)際應(yīng)用之中。現(xiàn)在，F(xiàn)PGA已廣泛地運(yùn)用于通信領(lǐng)域、消費(fèi)類電子和車用電子。 本文中涉及的I/O端口模塊是FPGA中最主要的幾個(gè)大模塊之一，它的主要作用是提供封裝引腳到CLB之間的接口，將外部信號引入FPGA內(nèi)部進(jìn)行邏輯功能的實(shí)現(xiàn)并把結(jié)果輸出給外部電路，并且根據(jù)需要可以進(jìn)行配置來支持多種不同的接口標(biāo)準(zhǔn)。FPGA允許使用者通過不同編程來配置實(shí)現(xiàn)各種邏輯功能，在IO端口中它可以通過選擇配置方式來兼容不同信號標(biāo)準(zhǔn)的I/O緩沖器電路。總體而言，可選的I/O資源的特性包括：IO標(biāo)準(zhǔn)的選擇、輸出驅(qū)動(dòng)能力的編程控制、擺率選擇、輸入延遲和維持時(shí)間控制等。 本文是關(guān)于FPGA中多標(biāo)準(zhǔn)兼容可編程輸入輸出電路(Input/Output Block)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，該課題是成都華微電子系統(tǒng)有限公司FPGA大項(xiàng)目中的一子項(xiàng)，目的為在更新的工藝水平上設(shè)計(jì)出能夠兼容單端標(biāo)準(zhǔn)的I/O電路模塊；同時(shí)針對以前設(shè)計(jì)的I/O模塊不支持雙端標(biāo)準(zhǔn)的缺點(diǎn)，要求新的電路模塊中擴(kuò)展出雙端標(biāo)準(zhǔn)的部分。文中以低壓雙端差分標(biāo)準(zhǔn)(LVDS)為代表構(gòu)建雙端標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)轉(zhuǎn)換電路，與單端標(biāo)準(zhǔn)比較，LVDS具有很多優(yōu)點(diǎn)： (1)LVDS傳輸?shù)男盘枖[幅小，從而功耗低，一般差分線上電流不超過4mA，負(fù)載阻抗為100Ω。這一特征使它適合做并行數(shù)據(jù)傳輸。 (2)LVDS信號擺幅小，從而使得該結(jié)構(gòu)可以在2.5V的低電壓下工作。 (3)LVDS輸入單端信號電壓可以從0V到2.4V變化，單端信號擺幅為400mV，這樣允許輸入共模電壓從0.2V到2.2V范圍內(nèi)變化，也就是說LVDS允許收發(fā)兩端地電勢有±1V的落差。 本文采用0.18μm1.8V/3.3V混合工藝，輔助Xilinx公司FPGA開發(fā)軟件ISE，設(shè)計(jì)完成了可以用于Virtex系列各低端型號FPGA的IOB結(jié)構(gòu)，它有靈活的可配置性和出色的適應(yīng)能力，能支持大量的I/O標(biāo)準(zhǔn)，其中包括單端標(biāo)準(zhǔn)，也包括雙端標(biāo)準(zhǔn)如LVDS等。它具有適應(yīng)性的優(yōu)點(diǎn)、可選的特性和考慮到被文件描述的硬件結(jié)構(gòu)特征，這些特點(diǎn)可以改進(jìn)和簡化系統(tǒng)級的設(shè)計(jì)，為最終的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)中對包括20種IO標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)的各電器參數(shù)按照用戶手冊描述進(jìn)行仿真驗(yàn)證，性能參數(shù)已達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。
標(biāo)簽： FPGA 標(biāo)準(zhǔn) 可編程
上傳時(shí)間： 2013-05-15
上傳用戶：shawvi
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSN）是由大量傳感器節(jié)點(diǎn)組成，這些節(jié)點(diǎn)部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)通過無線通信方式，形成的一個(gè)多跳自組織的網(wǎng)絡(luò)。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的作用是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中監(jiān)測對象的信息，并發(fā)送給觀察者，可廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療護(hù)理、軍事、商業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域。 媒體訪問控制（Medium Access Control，MAC）協(xié)議處于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的物理層和路由層之間，用于在傳感器節(jié)點(diǎn)間公平有效地共享通信媒介，對傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能有較大影響。與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)不同，提高能量效率和可擴(kuò)展性是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。 本文主要闡述基于FPGA對IEEE802．15．4 MAC層功能的實(shí)現(xiàn)。首先介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、MAC協(xié)議的設(shè)計(jì)要求以及已有的MAC層協(xié)議，討論了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC層的主要要求和功能。然后詳細(xì)介紹和分析了IEEE802．15．4的MAC協(xié)議，并在此基礎(chǔ)上，通過NS2平臺對MAC層協(xié)議進(jìn)行了仿真，研究不同網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷下信道訪問機(jī)制的各個(gè)參數(shù)對吞吐量，丟包率，傳輸延時(shí)的影響，分析了隱蔽站問題、確認(rèn)幀機(jī)制。 本文對MAC層中的主要功能，諸如數(shù)據(jù)收發(fā)、幀處理、信道接入方式以及幀檢驗(yàn)等提出了基于FPGA的硬件解決方法。設(shè)計(jì)選用硬件描述語言VerilogHDL，在QuartusⅡ中完成模塊的綜合和布局布線，在QuartusⅡ和Modelsim中進(jìn)行時(shí)序仿真驗(yàn)證，最終下載到自主設(shè)計(jì)Altera公司的Cyclone開發(fā)板中。 對設(shè)計(jì)的驗(yàn)證采取的是由里及外的方式，先對系統(tǒng)主模塊的功能進(jìn)行驗(yàn)證，然后下載到與CC2430開發(fā)板相連接的FPGA中對設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證測試。驗(yàn)證流程是功能仿真、時(shí)序仿真和板級調(diào)試，最終通過測試，驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)的功能。測試結(jié)果表明，該模塊能滿足無線傳感器網(wǎng)絡(luò)低速率應(yīng)用環(huán)境的需要，具有優(yōu)良的擴(kuò)展性能，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
標(biāo)簽： FPGA MAC 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
上傳時(shí)間： 2013-06-14
上傳用戶：竺羽翎2222
虛擬儀器技術(shù)是以傳感器、信號測量與處理、微型計(jì)算機(jī)等技術(shù)為基礎(chǔ)而形成的一門綜合應(yīng)用技術(shù)。目前虛擬儀器大部分是基于PC機(jī)，利用PCI等總線技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)卡插拔不便，便攜性差。隨著嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)平臺已經(jīng)應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，而市場上的嵌入式虛擬儀器系統(tǒng)還相當(dāng)少，各種研究工作才剛剛起步，各種高性能的虛擬儀器和處理系統(tǒng)在現(xiàn)代工業(yè)控制和科學(xué)研究中已成為必不可少的部分。因此在我國開發(fā)具有較高性能、接口靈活、功能多樣化、低成本的虛擬儀器裝置勢在必行。 針對目前虛擬儀器系統(tǒng)發(fā)展趨勢和特點(diǎn)，采用FPGA技術(shù)，進(jìn)行一種支持多種平臺的高速虛擬儀器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究，并針對高速虛擬儀器系統(tǒng)中的一些技術(shù)難點(diǎn)提出解決方案。首先進(jìn)行了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，確定了采用FPGA作為系統(tǒng)的控制核心，并選取了Labview作為PC平臺應(yīng)用程序開發(fā)工具，利用USB2.0接口來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；同時(shí)選取嵌入式處理器S3C2410以及WinCE作為嵌入式系統(tǒng)硬軟件平臺。隨后進(jìn)行了各個(gè)具體模塊的設(shè)計(jì)，在硬件方面，分別設(shè)計(jì)了前端處理電路，ADC電路以及USB接口電路。在軟件方面，進(jìn)行了FPGA控制程序的設(shè)計(jì)工作，實(shí)現(xiàn)了對各個(gè)模塊和接口電路的控制功能。在上層應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)方面，設(shè)計(jì)了Labview應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)了波形顯示和頻譜分析等儀器功能，人機(jī)界面良好。在嵌入式平臺上面，進(jìn)行了WinCE下GPIO驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)，并在上層應(yīng)用程序中調(diào)用驅(qū)動(dòng)來進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取。為了解決高速ADC與數(shù)據(jù)緩存器的速度不匹配的問題，提出利用多體交叉式存儲器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，并在FPGA內(nèi)對控制程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對其時(shí)序進(jìn)行了仿真。 最后對系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)合調(diào)試工作，利用上層軟件對輸入波形進(jìn)行采集。根據(jù)調(diào)試結(jié)果看，該系統(tǒng)對輸入信號進(jìn)行了較好的采樣和存儲，還原了波形，達(dá)到了預(yù)期效果。課題研究并且對設(shè)計(jì)出一種支持多平臺的新型虛擬儀器系統(tǒng)，具有性能好、使用靈活，節(jié)省成本等特點(diǎn)，具有較高的研究價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
上傳用戶：shwjl
由于移動(dòng)環(huán)境的復(fù)雜性，無線信號在發(fā)送傳輸和接收過程中有很明顯的衰落現(xiàn)象，特別是在高頻無線通信中，多徑衰落或頻率選擇性衰落對無線信號的干擾最為嚴(yán)重。通過分集接收技術(shù)，Rake接收機(jī)在CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)中抗多徑衰落效果尤為明顯。作為一種新穎的多址接入方式，多載波CDMA充分利用了OFDM最優(yōu)頻率利用率以及CDMA的多址和頻率分集，且系統(tǒng)容量和抗符號間干擾性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的單載波CDMA。這些特性使得多載波CDMA成為未來的寬帶無線通信系統(tǒng)最有希望的候選。 @@ 本文研究了一種多載波擴(kuò)頻通信系統(tǒng)，介紹了其Rake接收機(jī)工作原理和設(shè)計(jì)思想，進(jìn)行了理論仿真并用FPGA予以實(shí)現(xiàn)。 @@ 本文首先介紹了移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展歷史以及OFDM和CDMA技術(shù)原理，并描述了OFDM和CDMA結(jié)合的三種系統(tǒng)（MC-DS-CDMA、MT-CDMA、MC-CDMA）的原理和系統(tǒng)模型；接著，介紹了目前影響移動(dòng)通信的主要衰落以及Rake接收機(jī)基本原理及其作用。多徑信號的每路信號都可能含有可以利用的信息，Rake接收機(jī)就是通過多個(gè)相關(guān)接收器接收多徑信號中各路信號，通過信道估計(jì)和信道補(bǔ)償消去信道因子的附加相位，并把他們合并在一起，以此來改善信號的信噪比和系統(tǒng)的可靠性；在此基礎(chǔ)上，論文提出了一種多載波擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案，并詳細(xì)介紹了其Rake接收機(jī)實(shí)現(xiàn)原理，給出了最大比合并時(shí)各種分徑數(shù)目下系統(tǒng)誤碼率的仿真圖；最后介紹了此方案中Rake接收機(jī)的FPGA硬件實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案及其系統(tǒng) 測試結(jié)果。@@ 仿真結(jié)果顯示出隨著分集徑數(shù)的增加，系統(tǒng)的誤碼率顯著降低。表明Rake接收機(jī)抗多徑衰落效果顯著，且在多載波CDMA系統(tǒng)中其分集效果更好，實(shí)現(xiàn)相對簡單。最終Rake接收機(jī)的FPGA實(shí)現(xiàn)結(jié)果同理論仿真一致，時(shí)序通過，資源耗費(fèi)不大，具有較大的實(shí)用價(jià)值。 @@關(guān)鍵詞：多載波擴(kuò)頻通信，CDMA，Rake接收機(jī)，F(xiàn)PGA
上傳時(shí)間： 2013-07-25
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