在慣性導航系統中，捷聯式慣性導航系統以其體積小、成本低和可靠性高等優點正逐步取代平臺式慣性導航系統，成為慣性導航系統的發展趨勢。 為了適應捷聯慣性導航系統小型化、低成本和高性能的發展方向，本文設計了DSP與FPGA相結合的系統方案：系統采用MEMS器件和高性能A/D轉換器構成慣性信號檢測單元，FPGA進行I/O控制，DSP完成導航計算。方案綜合考慮了系統成本、計算速度、精度、體積等各方面的因素，并通過GPS、磁航向計等信息融合進一步提高導航精度。 數據采集是捷聯慣導系統設計的關鍵，本文數據采集由信號調理、A/D轉換和。FPGA等幾部分組成。其中，FPGA是整個數據采集部分的核心，其主要功能包括：實現了ADC控制邏輯和時序生成；配置了FIFO寄存器，緩沖了ADC與DSP之間的轉換數據；擴展了UART串口，以實現系統的外部信息接口。在完成電路設計的基礎上，對各功能模塊進行了全面的半實物仿真，驗證了系統方案及各主要功能模塊的可行性。 論文簡述了慣性導航系統的應用背景及發展狀況，介紹了捷聯慣導系統的基本原理，設計了基于DSP/FPGA的捷聯慣導系統方案，實現了系統各部分硬件電路以及FPGA功能模塊，并通過搭建硬件驗證平臺和利用第三方仿真軟件，對傳感器的性能以及FPGA各功能模塊進行了較全面的驗證和仿真。結果表明：基于DSP/FPGA的捷聯慣導系統能夠滿足應用的要求，并在小型化、低成本和高性能等方面有一定的優勢。
上傳時間： 2013-04-24
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高性能ADC產品的出現，給混合信號測試領域帶來前所未有的挑戰。并行ADC測試方案實現了多個ADC測試過程的并行化和實時化，減少了單個ADC的平均測試時間，從而降低ADC測試成本。本文實現了基于FPGA的ADC并行測試方法。在閱讀相關文獻的基礎上，總結了常用ADC參數測試方法和測試流程。使用FPGA實現時域參數評估算法和頻域參數評估算法，并對2個ADC在不同樣本數條件下進行并行測試。 本研究通過在FPGA內部實現ADC測試時域算法和頻域算法相結合的方法來搭建測試系統，完成了音頻編解碼器WM8731L的控制模式接口、音頻數據接口、ADC測試時域算法和頻域算法的FPGA實現。整個測試系統使用Angilent33220A任意信號發生器提供模擬激勵信號，共用一個FPGA內部實現的采樣時鐘控制模塊。并行測試系統將WM8731.L片內的兩個獨立ADC的串行輸出數據分流成左右兩通道，并對其進行串并轉換。然后對左右兩個通道分別配置一個FFT算法模塊和時域算法模塊，并行地實現了ADC參數的評估算法。在樣本數分別為128和4096的實驗條件下，對WM8731L片內2個被測.ADC并行地進行參數評估，被測參數包括增益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個常用參數。實驗結果表明，通過在FPGA內配置2個獨立的參數計算模塊，可并行地實現對2個相同ADC的參數評估，減小單個ADC的平均測試時間。FPGA片內實時評估算法的實現節省了測試樣本傳輸至自動測試機PC端的時間。而且只需將HDL代碼多次復制，就可實現多個被測ADC在同一時刻并行地被評估，配置靈活。基于FPGA的ADC并行測試方法易于實現，具有可行性，但由于噪聲的影響，測試精度有待進一步提高。該方法可用于自動測試機的混合信號選項卡或測試子系統。
上傳時間： 2013-06-07
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近幾年來，OFDM技術引起了人們的廣泛注意，根據這項新技術，很多相關協議被提出來。其中WiMax代表空中接口滿足IEEE802.16標準的寬帶無線通信系統，IEEE標準在2004年定義了空中接口的物理層(PHY)，即802.16d協議。該協議規定數據傳輸采用突發模式，調制方式采用OFDM技術，傳輸速率較高且實現方便、成本低廉，已經成為首先推廣應用的商業化標準。本文對IEEE802.16d OFDM系統物理層進行了研究，并在XILINX公司的Virtexpro II芯片上實現了基帶算法。 ⑴探討了OFDM基本原理及其關鍵技術。根據IEEE802.16d OFDM系統的物理層發送端流程搭建了基帶仿真鏈路，利用MATLAB/SIMULINK仿真了OFDM系統在有無循環前綴(CP)、多徑數目不同等情況下的性能變化。由于同步算法和信道估計算法計算量都很大，為了找到適合采用FPGA實現的算法，分析了同步誤差和不同信道估計算法對接收信號的影響，并結合計算量的大小提出了一種新的聯合同步算法，以及得出了LS信道估計算法最適合802.16d系統的結論。 ⑵完成了基帶發射機和接收機的FPGA硬件電路實現。為了使系統的時鐘頻率更高，采用了流水線的結構。設計中采用編寫Verilog程序和使用IP核相結合的辦法，實現了新的聯合同步算法，并且通過簡化結構，避免了信道估計算法中的繁瑣除法。利用ISE9.2i和Modelsim6.Oc軟件平臺對程序進行設計、綜合和仿真，并將仿真結果和MATLAB軟件計算結果相對比。結果表明，采用16位數據總線可達到理想的精度。 ⑶采用串口通信的方式對基帶系統進行了驗證。通過串口通信從功能上表明該系統確實可行。
上傳時間： 2013-04-24
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PCI（Peripheral Component Interconnect）局部總線是微型計算機中處理器、存儲器與外圍控制部件、擴展卡之間的互連接口，由于其速度快、可靠性高、成本低、兼容性好等特點，在各種計算機總線標準占有重要地位，基于PCI標準的接口設計已經成為相關項目開發中的一個重要的選擇。 目前，現場可編程門陣列FPGA（Field Programmable Gates）得到了廣泛應用。由于其具有規模大，開發過程投資小，可反復編程，且支持軟硬件協同設計等特點，因此已逐步成為復雜數字硬件電路設計的首選。 PCI接口的開發有多種方法，主要有兩種：一是使用專用接口芯片，二是使用可編程邏輯器件，如FPGA。本論文基于成本和實際需要的考慮，采用第二種方法進行設計。 本論文采用自上而下（Top-To-Down）和模塊化的設計方法，使用FPGA和硬件描述語言（VHDL和Verilog HDL）設計了一個PCI接口核，并通過自行設計的試驗板對其進行驗證。為使設計準確可靠，在具體模塊的設計中廣泛采用流水線技術和狀態機的方法。 論文最終設計完成了一個33M32位的PCI主從接口，并把它作為以NIOSⅡ為核心的SOPC片內外設，與通用計算機成功進行了通訊。 論文對PCI接口進行了功能仿真，仿真結果和PCI協議的要求一致，表明本論文設計正確。把設計下載進FPGA芯片EP2C8Q208C7之后，論文給出了使用SIGNALTAPⅡ觀察到的信號實際波形，波形顯示PCI接口能夠滿足本設計中系統的需要。本文最后還給出試驗板的具體設計步驟及驅動程序的安裝。
上傳時間： 2013-07-28
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隨著科學技術水平的不斷提高，數字集成電路被廣泛應用。通用串行總線USB(Universal Serial Bus)是計算機與外圍設備互連的標準接口之一，是一種點對點的通信接口，可同時支持多個外圍設備。USB2.0規范的通信速率非常高，其峰值可達480Mbit/s，使得它已經成為目前最流行的外設接口標準。FPGA芯片是今后電子產品發展的趨勢，帶有USB接口的FPGA系統將有很好的市場需求和發展前景。 論文主要從研究FPGA的結構、Xilinx公司Spartan3F系列中的XC3S400的引腳功能、了解FPGA開發流程、熟悉USB2.0的通信協議以及驅動的一些基本知識入手，目的是完成帶有USB接口的FPGA的PCB板的制作和FPGA內部程序的編寫以及USB固件的開發。結合了Cypress公司的上位機，開發了基于USB接口的FPGA和PC機通信系統，能夠進行數據傳輸。論文研究了Xilinx的3S400芯片的內部結構和各個引腳的功能，設計了關于Xilinx的3S400最小系統電路圖，在Xilinx的FPGA的開發環境，編寫了FPGA的代碼。由于FPGA內嵌的USB2.0的內核價格昂貴，需要向生產FPGA的芯片廠商購買，因此論文選擇了外接USB芯片，雖然增加了PCB板的面積，但其開發成本較低，且技術成熟，大多數USB通信研究者進行廣泛研究。論文在詳細介紹了USB2.0的通信協議，Cypress公司生產的CY7C68013芯片的結構，以及其固件的開發基礎上，開發了基于FPGA的USB與PC機的通信系統，該通信系統可以和上位機進行點對點的數據傳輸，為大批量的數據通信產品的開發提供了研究和生產的基礎。
上傳時間： 2013-07-26
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生物醫學信號是源于一個生物系統的一類信號，像心音、腦電、生物序列和基因以及神經活動等，這些信號通常含有與生物系統生理和結構狀態相關的信息，它們對這些系統狀態的研究和診斷具有很大的價值。信號拾取、采集和處理的正確與否直接影響到生物醫學研究的準確性，如何有效地從強噪聲背景中提取有用的生物醫學信號是信號處理技術的重要問題。 設計自適應濾波器對帶有工頻干擾的生物醫學信號進行濾波，從而消除工頻干擾，獲得最佳的濾波效果是本研究要解決的問題。生物醫學信號具有信號弱、噪聲強、頻率范圍較低、隨機性強等特點。由于心電(electrocardiogram，ECG)信號的確定性、穩定性、規則性都比其他生物信號高，便于準確評估和檢測濾波效果，本研究采用ECG信號作為原始的模板信號。 本研究將新的電子芯片技術與現代信號處理技術相結合，從過去單一的軟件算法研究，轉向軟件與硬件結合，從而提高自適應速度和精度，而且可以使系統的開發周期縮短、成本降低、容易升級和變更。 采用現場可編程邏輯器件(Field Programmable Gate Array，FPGA)作為新的ECG快速提取算法的硬件載體，加快信號處理的速度。為了將ECG快速提取算法轉換為常用的適合于FPGA芯片的定點數算法，研究中詳細分析了定點數的量化效應對自適應噪聲消除器的影響，以及對浮點數算法和定點數算法的復合自適應濾波器的各種參數的選擇，如步長因子和字長選擇。研究中以定點數算法中的步長因子和字長選擇，作為FPGA設計的基礎，利用串并結合的硬件結構實現自適應濾波器，并得到了預期的效果，準確提取改善后的ECG信號。 研究中，在MATLAB(Matrix Laboratry)軟件的環境下模擬，選取帶有50Hz工頻干擾的不同信噪比的ECG原始信號，在浮點數情況下，原始信號通過采用最小均方LMS(LeastMean Squares)算法的浮點數自適應濾波器后，根據信噪比的改善和收斂速度，確定不同的最佳μ值，并在定點數情況下，在最佳μ值的情況下，原始信號通過采用LMs算法的定點數自適應濾波器后，根據信噪比的改善效果和采用硬件的經濟性，確定最佳的定點數。并了解LMS算法中步長因子、定點數字長值對信號信噪比、收斂速度和硬件經濟性的影響。從而得出針對含有工頻干擾的不同信噪比的原始ECG，應該采用什么樣的μ值和什么樣的定點數才能對原始ECG的改善和以后的硬件實現取得最佳的效果，并根據所得到的數據和結果，在FPGA上實現自適應濾波器，使自適應濾波器能對帶有工頻干擾的ECG原始信號有最佳的濾波效果。
上傳時間： 2013-04-24
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軟件通信體系架構(SCA)可以實現一個具有開放性、標準化、模塊化的通用軟件無線電平臺，從而使軟件無線電平臺的成本得到顯著降低，應用靈活性得到極大增強。雖然SCA通過CORBA機制很好地解決了通用處理器設備波形組件的互連互通和可移植問題，但是這種機制不能很好地適用于FPGA這種專用處理器。隨著FPGA處理性能的不斷提升，它在SCA系統中的作用越來越突出。因此，如何在SCA系統中很好地集成FPGA波形，如何提高FPGA波形的可移植性就成為當前軟件無線電研究領域中一個非常重要的研究課題。 論文首先通過對現有的旨在解決FPGA波形可移植性的協議和規范進行了研究，深入分析了它們的優缺點。接下來對MHAL規范、CP289協議、OCP接口規范中的方法加以融合和優化，提出了新的FPGA可移植波形結構。這個結構既為FPGA波形設計了標準的通信接口，又實現了波形應用的分離，同時還通過OCP接口實現了波形組件運行環境的標準化，真正實現了波形的可移植。 其次，論文根據提出的波形結構，結合CP289協議中的操作要求，在原本過于簡單的MHAL消息格式的基礎上進行了細化，同時具體給出了MHAL消息封裝結構和MHAL消息解析結構的處理流程，實現了FPGA波形在SCA系統中的標準通信。論文通過對CP289協議的深入研究，結合實際工程應用，提出了具體化的容器結構，并進一步進行了容器中組件控制模塊、互連模塊和本地服務模塊的設計，實現了波形應用的分離。論文以OCP規范為基礎，依據CP289協議中對組件接口的約束，設計了幾種典型的組件OCP接口，使得波形組件設計與系統實現相分離，并真正實現了波形運行環境的標準化。 最后，論文根據所設計的波形結構和組件接口設計了一個FPGA驗證波形，通過波形的實現，證明FPGA波形組件可以像GPP波形組件一樣可加載、可裝配、可部署、可裝配，驗證了論文所設計的FPGA波形是與SCA兼容的。另外，通過對波形組件移植試驗，驗證了所設計的波形結構和組件接口能夠為波形組件提供很好的可移植性。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著圖像采集系統的廣泛應用，人們對CCD探測系統的要求日益提高。傳統的CCD探測系統由于結構復雜，造價較高，己不能滿足日益廣泛的應用需要。本文設計了一套基于單片FPGA的小型化與經濟化的CCD探測系統，能夠滿足空間光強的測量并實現光信號的識別和處理。 本文研究了CCD探測系統的基本結構。設計了基于單片FPGA的CCD探測系統的硬件電路原理圖，完成了硬件電路板制作與調試。系統FPGA選用Altera公司的低成本FPGA芯片EP2C20Q240，電路板采用雙層板設計，實現了CCD探測系統的小型化與經濟化的目標。利用FPGA器件實現了CCD驅動時序脈沖的設計、實現了單采樣與相關雙采樣的控制程序設計，利用FPGA的數字信號處理功能實現了相關雙采樣的信號處理。基于FPGA的可編程特性，在不改變外部電路的基礎上，通過程序的改變，對CCD驅動頻率、模數轉換器采樣時刻的選擇進行方便調節。系統與上位機的數據傳輸接口采用了網絡傳輸方案，充分發揮了網絡傳輸的遠距離傳輸、遠程訪問、信息共享等優勢，系統采用基于FPGA的NiosⅡ嵌入式處理器系統，通過對其應用軟件的開發，實現了系統與上位機之間數據的可靠性傳輸。
上傳時間： 2013-08-06
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高精度的信號源是各種測試和實驗過程中不可缺少的工具，在通信、雷達、測量、控制、教學等領域應用十分廣泛。傳統的頻率合成方法設計的信號源在功能、精度、成本等方面均存在缺陷和不足，不能滿足電子技術的發展要求，直接數字合成（Direct Digital Synthesis）DDS技術可以提供高性能、高頻高精度的信號源，方便地獲得分辨率高且相位連續的信號，基于FPGA的DDS技術提供了升級方便并且成本低廉的解決方案。 本文對DDS的基本原理和輸出頻譜特性進行理論分析，總結出雜散分布規律。同時以DDS的頻譜分析為基礎，給出了幾種改善雜散的方法。本文結合相關文獻資料采用傅立葉變換的方法對相位截斷時DDS雜散信號的頻譜特性進行了研究，得到了雜散分布的規律性結論，并應用在程序設計程中；DDS技術的實現依賴于高速、高性能的數字器件，本文將FPGA器件和DDS技術相結合，確定了FPGA器件的整體設計方案，詳細說明了各個模塊的功能和設計方法，并對其關鍵部分進行了優化設計，從而實現了波形發生器數字電路部分的功能。軟件部分采用模塊設計方法，十分方便調試。為了得到滿足設計要求的模擬波形，本文還設計了幅度調節、D/A轉換和低通濾波等外圍硬件電路。 實驗結果表明，本文設計的基于DDS技術的多波形信號源基本能夠滿足普通學生實驗室的要求。
上傳時間： 2013-06-11
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· 摘要： 本文利用了十六位SPCE061A單片機的強大的DSP功能,實現了特定發音人識別(Speaker Dependent)功能.結合大容量的FLASH存儲器,成功地實現將語音播放與識別技術應用于智能家居控制系統中.另外,詳細介紹了具有語音識別功能的新一代智能家居控制系統的硬件配置與軟件流程,從而在實現系統功能的同時,將低成本、低功耗與友好人機界面有機結合起來.
上傳時間： 2013-04-24
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