全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System—GPS)是新一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，具有全球、全天候、連續(xù)、高精度導(dǎo)航與定位功能，能夠?yàn)閺V大用戶提供精確的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間信息。因此，GPS系統(tǒng)被廣泛地應(yīng)用于生活中的各個(gè)領(lǐng)域。GPS系統(tǒng)用戶主要是各種型號(hào)的接收機(jī)，而捕獲跟蹤技術(shù)是接收機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)也是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。在GPS接收機(jī)中，導(dǎo)航電文是用戶定位和導(dǎo)航的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為了得到導(dǎo)航電文必須要對(duì)GPS信號(hào)進(jìn)行捕獲跟蹤。本文詳細(xì)研究了GPS信號(hào)捕獲跟蹤技術(shù)，并進(jìn)行了FPGA設(shè)計(jì)。 @@ 本文首先概述了GPS系統(tǒng)信號(hào)結(jié)構(gòu)和GPS接收機(jī)工作原理，對(duì)GPS信號(hào)調(diào)制機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)地闡述，重點(diǎn)分析了C/A碼生成原理和特性。 @@ 其次敘述了GPS信號(hào)捕獲的基礎(chǔ)理論，重點(diǎn)研究時(shí)域滑動(dòng)相關(guān)捕獲方法，深入分析其算法和性能。用MATLAB中Simulink軟件包搭建了可自由修改參數(shù)的GPS中頻發(fā)生器，并在此平臺(tái)上，對(duì)GPS信號(hào)時(shí)域滑動(dòng)相關(guān)捕獲算法進(jìn)行仿真與分析。 @@ 接著重點(diǎn)研究了GPS信號(hào)跟蹤技術(shù)，系統(tǒng)分析碼跟蹤環(huán)路和載波跟蹤環(huán)路結(jié)構(gòu)框圖以及算法。在碼跟蹤環(huán)路方面，選用并分析了能分離載波的非相干超前滯后碼鎖定環(huán)的工作機(jī)理。在載波跟蹤環(huán)路中選用對(duì)導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)相位翻轉(zhuǎn)不敏感的科斯塔斯環(huán)，并用數(shù)學(xué)模型分析GPS信號(hào)的解調(diào)過(guò)程。之后對(duì)整個(gè)跟蹤環(huán)路進(jìn)行MATLAB仿真，結(jié)果表明環(huán)路參數(shù)設(shè)計(jì)滿足要求，并能成功解調(diào)出GPS導(dǎo)航電文。 @@ 最后本文在QuartusII環(huán)境下完成對(duì)GPS信號(hào)捕獲跟蹤系統(tǒng)的FPGA設(shè)計(jì)。根據(jù)對(duì)相關(guān)器硬件結(jié)構(gòu)框架，對(duì)算法中各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，包括頂層設(shè)計(jì)到CA碼、NCO等重要模塊設(shè)計(jì)，并給出了仿真結(jié)果。 @@關(guān)鍵詞：GPS接收機(jī)；捕獲；跟蹤；MATLAB仿真：FPGA
上傳時(shí)間： 2013-06-16
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隨著航天技術(shù)的發(fā)展，載人飛船、空間站等復(fù)雜航天器對(duì)空-地或空-空之間數(shù)據(jù)傳輸速率的要求越來(lái)越高。在此情況下，為了提高空間通信中數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕ＷC接收端分路系統(tǒng)能和發(fā)送端一致，必須要經(jīng)過(guò)幀同步。對(duì)衛(wèi)星基帶信號(hào)處理來(lái)說(shuō)，幀同步是處理的第一步也是關(guān)鍵的一步。只有正確幀同步才能獲取正確的幀數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。因此，幀同步的效率，將直接影響到整個(gè)衛(wèi)星基帶信號(hào)處理的結(jié)果。 @@ 本設(shè)計(jì)在研究CCSDS標(biāo)準(zhǔn)及幀同步算法的基礎(chǔ)上，利用硬件描述語(yǔ)言及ISE9．2i開(kāi)發(fā)平臺(tái)在基于FPGA的硬件平臺(tái)上設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了單路數(shù)據(jù)輸入及兩路合路數(shù)據(jù)輸入的幀同步算法，并解決了其中可能存在的幀滑動(dòng)及模糊度問(wèn)題。在此基礎(chǔ)之上，針對(duì)兩路合路輸入時(shí)可能存在的兩路輸入不同步或幀滑動(dòng)在兩路中分布不均勻問(wèn)題，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了兩路并行幀同步算法，并利用ModelSim SE 6．1f工具對(duì)上述算法進(jìn)行了前仿真和后仿真，仿真結(jié)果表明上述算法符合設(shè)計(jì)要求。 @@ 本論文首先介紹了課題研究的背景及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，其次介紹了與本課題相關(guān)的基礎(chǔ)理論及系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)。然后對(duì)單路數(shù)據(jù)輸入幀同步、兩路數(shù)據(jù)合路輸入幀同步和兩路并行幀同步算法的具體設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，并給出了后仿真結(jié)果及結(jié)果分析。最后，對(duì)論文工作進(jìn)行了總結(jié)和展望，分析了其中存在的問(wèn)題及需要改進(jìn)的地方。 @@關(guān)鍵詞 FPGA；CCSDS；幀同步：模糊度；幀滑動(dòng)
標(biāo)簽： CCSDS FPGA 標(biāo)準(zhǔn)
上傳時(shí)間： 2013-06-11
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隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子測(cè)量技術(shù)被廣泛應(yīng)用在電子、機(jī)械、醫(yī)療、測(cè)控及航天等各個(gè)領(lǐng)域，而電子測(cè)量技術(shù)要用到各種形式的高質(zhì)量信號(hào)源，因此任意波形發(fā)生器的研制就具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。 本文便是基于DDS(DirectDigitalSynthesis)技術(shù)進(jìn)行任意波形發(fā)生器研制的。要求可以產(chǎn)生正弦波、方波、三角波與鋸齒波等常規(guī)波形，而且能夠產(chǎn)生任意波形，從而滿足研究的需要。具體工作如下： (一)介紹國(guó)內(nèi)外關(guān)于任意波形發(fā)生器研究的發(fā)展情況，闡述頻率合成技術(shù)的各種方式與技術(shù)對(duì)比情況，并選定直接數(shù)字頻率合成技術(shù)進(jìn)行研制。 (二)介紹系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)構(gòu)成與功能實(shí)現(xiàn)，并對(duì)系統(tǒng)部件進(jìn)行逐一細(xì)述。選用單片機(jī)作為控制模塊，使用FPGA實(shí)現(xiàn)DDS功能作為技術(shù)核心，并對(duì)外圍電路的設(shè)計(jì)與接口技術(shù)進(jìn)行分析。 (三)講述DDS的工作原理、工作特點(diǎn)與技術(shù)指標(biāo)，并基于FPGA芯片EP1C3T144C8進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)使用相位累加器與波形ROM等模塊，實(shí)現(xiàn)DDS功能。同時(shí)輔以使能模塊與行列式鍵盤(pán)，實(shí)現(xiàn)各種波形的靈活輸出。 (四)給出系統(tǒng)產(chǎn)生的測(cè)試數(shù)據(jù)，并對(duì)影響頻譜純度的雜散與噪聲產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析。
標(biāo)簽： FPGA 任意波形發(fā)生器
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，數(shù)字化已經(jīng)成為發(fā)展的必然趨勢(shì)，接收機(jī)數(shù)字化是電子系統(tǒng)數(shù)字化中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，對(duì)數(shù)字化接收機(jī)的研究具有重要的意義。隨著數(shù)字化理論和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，高速的中頻數(shù)字化接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)已經(jīng)成為可能。本文研究了一種基于FPGA的軟件無(wú)線電數(shù)字接收平臺(tái)的設(shè)計(jì)，并著重研究了其中數(shù)字中頻處理單元的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。FPGA器件具有設(shè)計(jì)靈活、開(kāi)發(fā)周期短和開(kāi)發(fā)成本低等優(yōu)點(diǎn)，所以廣泛應(yīng)用于各種通信系統(tǒng)中。相比于傳統(tǒng)的DSP串行結(jié)構(gòu)，F(xiàn)PGA能夠進(jìn)行流水線性設(shè)計(jì)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行并行處理，所以FPGA在進(jìn)行數(shù)據(jù)量大，要求實(shí)時(shí)處理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)有很大的優(yōu)勢(shì)。 本文首先首先分析了軟件無(wú)線電當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)及技術(shù)現(xiàn)狀，針對(duì)存在的處理速度跟不上的DSP瓶頸問(wèn)題，提出了中頻軟件無(wú)線電的FPGA實(shí)現(xiàn)方案。本文以FPGA實(shí)現(xiàn)為重點(diǎn)，在深入分析軟件無(wú)線電相關(guān)理論的基礎(chǔ)上，著重研究和完成了中頻軟件無(wú)線電數(shù)字接收平臺(tái)兩大模塊的FPGA實(shí)現(xiàn)：數(shù)字下變頻相關(guān)模塊和數(shù)字調(diào)制解調(diào)模塊。其中，在深入研究數(shù)字下變頻實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，首先對(duì)數(shù)字下變頻模塊的數(shù)控振蕩器(NCO)采用了直接頻率合成技術(shù)(DDS)實(shí)現(xiàn)，其頻率分辨率高，靈活，易于實(shí)現(xiàn)；高效抽取濾波器組由積分梳狀濾波器(CIC)，半帶濾波器(HB)，F(xiàn)IR濾波器組成。對(duì)積分梳狀濾波器(CIC)本文采用了Hogenaur“剪除”理論對(duì)內(nèi)部寄存器的位寬進(jìn)行改進(jìn)，極大地節(jié)約了資源，提高了運(yùn)行速率。對(duì)FIR濾波器和半帶濾波器采用了(DA)分布式算法，它的運(yùn)行速度只與數(shù)據(jù)的寬度有關(guān)，只有加減法運(yùn)算和二進(jìn)制除法，既縮減了系統(tǒng)資源又大大節(jié)省了運(yùn)算時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了高效的實(shí)時(shí)處理。對(duì)數(shù)字調(diào)制解調(diào)模塊，重點(diǎn)研究和完成了2ASK和2FSK的調(diào)制解調(diào)的FPGA實(shí)現(xiàn)，模塊有很好的通用性，能方便地移植到其它的系統(tǒng)中。在文章的最后還對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了Matlab仿真，驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想的正確性。在系統(tǒng)各個(gè)關(guān)鍵模塊的設(shè)計(jì)過(guò)程中，都是先依據(jù)一定的設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行verilog編程，然后再在Quartus軟件中編譯，時(shí)序仿真測(cè)試，并與Matlab仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。
標(biāo)簽： FPGA 軟件無(wú)線電 數(shù)字接收機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-05-18
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數(shù)字圖像通信的最廣泛的應(yīng)用就是數(shù)字電視廣播系統(tǒng)，與以往的模擬電視業(yè)務(wù)相比，數(shù)字電視在節(jié)省頻譜資源、提高節(jié)目質(zhì)量方面帶來(lái)了一場(chǎng)新的革命，而與此對(duì)應(yīng)的DVB（Digital Video Broadcasting）標(biāo)準(zhǔn)的建立更是加速了數(shù)字電視廣播系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用。DVB標(biāo)準(zhǔn)選定MPEG—2標(biāo)準(zhǔn)作為音頻及視頻的編碼壓縮方式，隨后對(duì)MPEG—2碼流進(jìn)行打包形成TS流（transport stream），進(jìn)行多個(gè)傳輸流復(fù)用，最后通過(guò)不同媒介進(jìn)行傳輸。在DVB標(biāo)準(zhǔn)的傳輸系統(tǒng)中，無(wú)論是衛(wèi)星傳輸，電纜傳輸還是地面?zhèn)鬏敚瑸榱吮Ｕ蠄D像質(zhì)量，使數(shù)字節(jié)目在傳輸過(guò)程中避免出現(xiàn)因受到各種信道噪聲干擾而出現(xiàn)失真的現(xiàn)象，都采用了信道編碼的方式來(lái)保護(hù)傳輸數(shù)據(jù)。信道編碼是數(shù)字通信系統(tǒng)中一個(gè)必需的、重要的環(huán)節(jié)。 信道編碼設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣決定了DVB系統(tǒng)的成功與否，本文重點(diǎn)研究了DVB系統(tǒng)中的信道編碼算法及其FPGA實(shí)現(xiàn)方案，主要進(jìn)行了如下幾項(xiàng)工作： 1）介紹了DVB系統(tǒng)信道編碼的基本概念及特點(diǎn)，深入研究了DVB標(biāo)準(zhǔn)中信道編碼部分的關(guān)鍵技術(shù)，并針對(duì)每個(gè)信道編碼模塊進(jìn)行工作原理分析、算法分析。 2）根據(jù)DVB信道編碼的特點(diǎn)，重點(diǎn)對(duì)信道編碼中四個(gè)模塊，包括擾碼、RS編碼、卷積交織編碼和卷積編碼的FPGA硬件實(shí)現(xiàn)算法進(jìn)行了比較詳細(xì)的分析，并闡述了每個(gè)模塊及QPSK調(diào)制的設(shè)計(jì)方案及實(shí)現(xiàn)模塊功能的程序流程。 3）在RS（204，188）編碼過(guò)程中，利用有限域常數(shù)乘法器的特點(diǎn)，對(duì)編碼器進(jìn)行了優(yōu)化，在很大程度上提高了編碼效率，卷積交織器部分采用RAM移位法，實(shí)現(xiàn)起來(lái)更為簡(jiǎn)單且節(jié)省了FPGA器件內(nèi)部資源。 4）設(shè)計(jì)以Altera公司的QuartusⅡ?yàn)殚_(kāi)發(fā)平臺(tái)，利用FPGA芯片EP1C6Q240C8完成了信道編碼各模塊及QPSK調(diào)制的硬件實(shí)現(xiàn)，通過(guò)Verilog HDL描述和時(shí)序仿真來(lái)驗(yàn)證算法的可行性，并給出系統(tǒng)設(shè)計(jì)中減少毛刺的方法，使系統(tǒng)更為穩(wěn)定。最終的系統(tǒng)仿真結(jié)果表明該系統(tǒng)工作穩(wěn)定，達(dá)到了DVB系統(tǒng)信道編碼設(shè)計(jì)的要求。
上傳時(shí)間： 2013-06-26
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圖像顯示器是人類接受外部信息的重要手段之一。而立體顯示則能再現(xiàn)場(chǎng)景的三維信息，提供場(chǎng)景更為全面、詳實(shí)的信息，在醫(yī)學(xué)、軍事、娛樂(lè)具有廣泛的應(yīng)用前景。而現(xiàn)有的3D立體顯示設(shè)備價(jià)格都比較貴，基于此，本人研究了基于SDRAM存儲(chǔ)器和FPGA處理器的3D頭盔顯示設(shè)備并且設(shè)計(jì)出硬件和軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)圖像效果好，并且價(jià)格成本便宜，從而具有更大的實(shí)用性。本文完成的主要工作有三點(diǎn)： 1.設(shè)計(jì)了基于FPGA處理器和SDRAM存儲(chǔ)器的3D頭盔顯示器。該方案有別于現(xiàn)有的基于MCU、DSP和其它處理芯片的方案。本方案能通過(guò)線性插值算法把1024×768的分辨率變成800×600的分辨率，并能實(shí)現(xiàn)120HZ圖像刷新率，采用SDRAM作為高速存儲(chǔ)器，并且采用乒乓操作，有別于其它的開(kāi)關(guān)左右眼視頻實(shí)現(xiàn)立體圖像。在本方案中每時(shí)每刻都是左右眼視頻同時(shí)輸出，使得使用者感覺(jué)不到視頻圖像有任何閃爍，減輕眼睛疲勞。本方案還實(shí)現(xiàn)了圖像對(duì)比對(duì)度調(diào)節(jié)，液晶前照光調(diào)節(jié)(調(diào)節(jié)輸出脈沖的占空比)，立體圖像源自動(dòng)識(shí)別，還有人性化的操作界面(OSD)功能。 2.完成了該系統(tǒng)的硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。從便攜性角度考慮，盡量減小PCB板面積，給出了它們?cè)敿?xì)的硬件設(shè)計(jì)電路圖。完成了FPGA系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)整體分析，各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)原理和具體實(shí)現(xiàn)的方法。完成了單片機(jī)對(duì)AD9883的配置設(shè)計(jì)。 3.完成了本方案的各項(xiàng)測(cè)試和調(diào)試工作，主要包括：數(shù)據(jù)采集部分測(cè)試、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分測(cè)試、FPGA器件工作狀態(tài)測(cè)試、以電腦顯示器作為顯示器的聯(lián)機(jī)調(diào)試和以HX7015A作為顯示器的聯(lián)機(jī)調(diào)試，并且最終調(diào)試通過(guò)，各項(xiàng)功能都滿足預(yù)期設(shè)計(jì)的要求。實(shí)驗(yàn)和分析結(jié)果論證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性和使用價(jià)值。 本文的研究與實(shí)現(xiàn)工作通過(guò)實(shí)驗(yàn)和分析得到了驗(yàn)證。結(jié)果表明，本文提出的由FPGA和SDRAM組成的3D頭盔顯示系統(tǒng)完全可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的立體視覺(jué)效果，從而可以將該廉價(jià)的3D頭盔顯示系統(tǒng)用于我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)中所需要的領(lǐng)域。
上傳時(shí)間： 2013-07-16
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FPGA作為新一代集成電路的出現(xiàn)，引起了數(shù)字電路設(shè)計(jì)的巨大變革。隨著FPGA工藝的不斷更新與改善，越來(lái)越多的用戶與設(shè)計(jì)公司開(kāi)始使用FPGA進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，因此，PFAG的市場(chǎng)需求也越來(lái)越高，從而使得FPGA的集成電路板的工藝發(fā)展也越來(lái)越先進(jìn)，在如此良性循環(huán)下，不久的將來(lái)，F(xiàn)PGA可以主領(lǐng)集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域。正是由于FPGA有著如此巨大的發(fā)展前景與市場(chǎng)吸引力，因此，本文采用FPGA作為電路設(shè)計(jì)的首選。 @@ 隨著FPGA的開(kāi)發(fā)技術(shù)日趨簡(jiǎn)單化、軟件化，從面向硬件語(yǔ)言的VHDL、VerilogHDL設(shè)計(jì)語(yǔ)言，到現(xiàn)在面向?qū)ο蟮腟ystem Verilog、SystemC設(shè)計(jì)語(yǔ)言，硬件設(shè)計(jì)語(yǔ)言開(kāi)始向高級(jí)語(yǔ)言發(fā)展。作為一個(gè)軟件設(shè)計(jì)人員，會(huì)很容易接受面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言。現(xiàn)在軟件的設(shè)計(jì)中，算法處理的瓶頸就是速度的問(wèn)題，如果采用專用的硬件電路，可以解決這個(gè)問(wèn)題，本文在第一章第二節(jié)詳細(xì)介紹了軟硬結(jié)合的開(kāi)發(fā)優(yōu)勢(shì)。另外，在第一章中還介紹了知識(shí)產(chǎn)權(quán)核心（IP Core）的發(fā)展與前景，特別是IP Core中軟核的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，許多FGPA的開(kāi)發(fā)公司開(kāi)始爭(zhēng)奪軟核的開(kāi)發(fā)市場(chǎng)。 @@ 數(shù)字電路設(shè)計(jì)中最長(zhǎng)遇到的就是通信的問(wèn)題，而每一種通信方式都有自己的協(xié)議規(guī)范。在CPU的設(shè)計(jì)中，由于需要高速的處理速度，因此其內(nèi)部都是用并行總線進(jìn)行通信，但是由于集成電路資源的問(wèn)題，不可能所有的外部設(shè)備都要用并行總線進(jìn)行通信，因此其外部通信就需要進(jìn)行串行傳輸。又因?yàn)樾枰B接的外部設(shè)備的不同，因此就需要使用不同的串行通信接口。本文主要介紹了小型CPU中常用的三種通信協(xié)議，那就是SPI、I2C、UART。除了分別論述了各自的通信原理外，本文還特別介紹了一個(gè)小型CPU的內(nèi)部構(gòu)造，以及這三個(gè)通信協(xié)議在CPU中所處的位置。 @@ 在硬件的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中，由于集成電路本身的特殊性，其開(kāi)發(fā)流程也相對(duì)的復(fù)雜。本文由于篇幅的問(wèn)題，只對(duì)總的開(kāi)發(fā)流程作了簡(jiǎn)要的介紹，并且將其中最復(fù)雜但是又很重要的靜態(tài)時(shí)序分析進(jìn)行了詳細(xì)的論述。在通信協(xié)議的開(kāi)發(fā)中，需要注意接口的設(shè)計(jì)、時(shí)序的分析、驗(yàn)證環(huán)境的搭建等，因此，本文以SPI數(shù)據(jù)通信協(xié)議的設(shè)計(jì)作為一個(gè)開(kāi)發(fā)范例，從協(xié)議功能的研究到最后的驗(yàn)證測(cè)試，將FPGA 的開(kāi)發(fā)流程與關(guān)鍵技術(shù)等以實(shí)例的方式進(jìn)行了詳細(xì)的論述。在SPI通信協(xié)議的開(kāi)發(fā)中，不僅對(duì)協(xié)議進(jìn)行了詳細(xì)的功能分析，而且對(duì)架構(gòu)中的每個(gè)模塊的設(shè)計(jì)都進(jìn)行了詳細(xì)的論述。@@關(guān)鍵詞：FPGA；SPI；I2C；UART；靜態(tài)時(shí)序分析；驗(yàn)證環(huán)境
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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隨著我國(guó)國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程的不斷深化，MIL-STD-1553B標(biāo)準(zhǔn)總線已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種軍事應(yīng)用領(lǐng)域。MIL-STD-1553B標(biāo)準(zhǔn)總線是我國(guó)上世紀(jì)八十年代引進(jìn)的一種現(xiàn)代化通訊總線，國(guó)內(nèi)稱為GJB289A-97。該總線技術(shù)以其高穩(wěn)定性和使用靈活等特點(diǎn)成為現(xiàn)代航空電子綜合系統(tǒng)所廣泛采用的通訊總線技術(shù)。 1553B總線接口模塊作為總線通訊的基本單元，其性能成為影響航電綜合系統(tǒng)整體性能的一個(gè)關(guān)鍵因素。目前國(guó)內(nèi)關(guān)于1553B總線通訊模塊的對(duì)外接口類型較多，而基于嵌入式處理芯片的接口設(shè)計(jì)并不多見(jiàn)。嵌入式設(shè)備具有體積小、重量輕、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、功耗小、穩(wěn)定性好以及接口方便等優(yōu)點(diǎn)。 基于以上考慮，論文中提出了以DSP+FPGA為平臺(tái)實(shí)現(xiàn)MIL-STD-1553B總線的收發(fā)控制，通過(guò)收發(fā)控制器和變壓器實(shí)現(xiàn)MIL-STD-1553B總線的電氣連接。根據(jù)項(xiàng)目需求，設(shè)計(jì)分為硬件和軟件兩部分完成。在對(duì)MIL-STD-1553B總線協(xié)議進(jìn)行詳細(xì)研究后提出了總體設(shè)計(jì)方案原理圖。再根據(jù)方案需求設(shè)計(jì)各功能模塊。使用硬件描述語(yǔ)言VHDL對(duì)各功能模塊進(jìn)行邏輯和行為描述，最終實(shí)現(xiàn)在FPGA中，使其能夠完成1553B數(shù)據(jù)碼的接受、發(fā)送、轉(zhuǎn)換和與處理器的信息交換等功能。DSP部分采用的是TI公司的TMS320F2812，使用C語(yǔ)言進(jìn)行軟件的編譯，使其實(shí)現(xiàn)總體控制和通訊的調(diào)度等功能。 該方案經(jīng)過(guò)實(shí)際參與1553B總線通訊系統(tǒng)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，證明各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)，可以投入實(shí)際應(yīng)用。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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虛擬儀器技術(shù)是以傳感器、信號(hào)測(cè)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(mén)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(tái)已經(jīng)應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，而市場(chǎng)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(guó)開(kāi)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(shì)在必行。 針對(duì)目前虛擬儀器系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)和特點(diǎn)，采用FPGA技術(shù)，進(jìn)行一種支持多種平臺(tái)的高速虛擬儀器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究，并針對(duì)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(tái)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)工具，利用USB2.0接口來(lái)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(tái)。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(duì)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(tái)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(lái)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(wèn)題，提出利用多體交叉式存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，并在FPGA內(nèi)對(duì)控制程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對(duì)其時(shí)序進(jìn)行了仿真。 最后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)合調(diào)試工作，利用上層軟件對(duì)輸入波形進(jìn)行采集。根據(jù)調(diào)試結(jié)果看，該系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行了較好的采樣和存儲(chǔ)，還原了波形，達(dá)到了預(yù)期效果。課題研究并且對(duì)設(shè)計(jì)出一種支持多平臺(tái)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?jī)r(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
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工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程往往具有非線性、不確定性，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型。應(yīng)用常規(guī)的PID控制器難以達(dá)到理想的控制效果。作為的重要分支，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有良好的非線性映射能力和高度的并行信息處理能力，已成為非線性系統(tǒng)建模、辨識(shí)和控制中常用的理論和方法。其中，神經(jīng)元具有很強(qiáng)的信息綜合、學(xué)習(xí)記憶、自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力，可以處理那些難以用模型和規(guī)則描述的過(guò)程，將神經(jīng)元與PID結(jié)合，應(yīng)用到實(shí)際的控制中，可以在線調(diào)整PID的參數(shù)，使系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力、自適應(yīng)能力和較好的魯棒性。 目前，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究主要是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理論研究、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用研究和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究，這三方面是相互依賴和相互促進(jìn)的關(guān)系。本文主要側(cè)重的是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究方面，創(chuàng)新性地利用FPGA嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)單神經(jīng)元PID智能控制器的研究與設(shè)計(jì)，并將其封裝成為一個(gè)專用的IP核供其他的控制系統(tǒng)使用。 首先，對(duì)單神經(jīng)元PID智能控制器的設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)算法進(jìn)行了深入的研究與分析；其次，利用MATLAB設(shè)計(jì)單神經(jīng)元PID智能控制器，針對(duì)特定的被控對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，獲得比較理想的系統(tǒng)輸出；然后，研究基于FPGA的單神經(jīng)元智能控制算法的實(shí)現(xiàn)，對(duì)控制器進(jìn)行VHDL語(yǔ)言分層設(shè)計(jì)，使用Altera公司的軟件QuartusⅡ6.1進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。兩個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于FPGA的單神經(jīng)元智能控制器比MATLAB設(shè)計(jì)的單神經(jīng)元PID智能控制器性能優(yōu)良。 本文的設(shè)計(jì)模塊主要包括權(quán)值修改模塊、誤差計(jì)算模塊、權(quán)值產(chǎn)生模塊和輸出模塊。在各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)中進(jìn)行了優(yōu)化處理，使本文的設(shè)計(jì)不僅利用的硬件資源少，而且也有很快的運(yùn)行速度，同時(shí)也改善了傳統(tǒng)控制器的控制性能。
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