從制成世界上第一臺激光器開始，激光優異的單色性、方向性和高亮度特點引起了各界的關注。激光測距技術是目前應用較為廣泛的一種激光技術，它與一般測距方法相比，具有操作方便，精度高和晝夜可用的優點。目前激光測距技術分成脈沖式和連續式兩種類型，連續式測距系統隨著近年來激光技術的發展逐漸引起人們的關注，在民用領域，尤其是在一些對數據的實時性要求不很高的系統中得到普遍應用。 小型化、智能化、高精度、對人眼安全是激光測距的發展方向，但是目前的測距儀普遍存在元器件較多、功耗相對較高、靈活性不夠、適應能力不強、抗干擾能力不強等缺點，不利于整機的一體化和小型化設計。 基于上述局限性，本文提出一種新的思想，將數字信號處理技術應用到連續式相位激光測距技術中，具體是利用DDS(直接數字頻率合成)技術產生用于調制激光器的正弦信號，利用FPGA與DSP技術實現高速數字化處理。該方法不僅克服了上面所述的缺點，而且還具有以下的優點：可以通過軟件的方法改變調制頻率，大大簡化了測相電路，提高了使用的方便性：解決了激光連續測距中頻率輸出不穩定和相位抖動的問題，使測距儀的穩定性更高；采用DSP處理芯片對信號進行處理，處理速度更快，提高了實時性；采用FFT技術測相，不僅精度高，而且隨著微電子技術的不斷發展，精度還有上升的空間。 本文從理論和實驗上驗證了該測距方案的可行性。在采用實時取樣補償技術的情況下，該測距方案的測距精度可達到毫米量級，該測距方案設計新穎，系統受環境因素影響較小，可在惡劣環境下進行短距離(一般小于15米)的測量。實驗結果表明，該設計方案基本上達到預期的指標要求。
上傳時間： 2013-06-08
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頻率合成技術廣泛應用于通信、航空航天、儀器儀表等領域。目前，常用的頻率合成技術有直接式頻率合成、鎖相頻率合成和直接數字頻率合成(DDS)。DDS系統可以很方便地獲得頻率分辨率很精細且相位連續的信號，也可以通過改變相位字改變信號的相位，因此也廣泛用于數字通信領域。 本論文是利用FPGA完成一個DDS系統。DDS是把一系列數字量形式的信號通過D/A轉換形成模擬量形式的信號的合成技術。主要是利用高速存儲器作查尋表，然后通過高速D/A轉換器產生已經用數字形式存入的正弦波(或其他任意波形)。一個典型的DDS系統應包括：相位累加器，可在時鐘的控制下完成相位的累加(一般由ROM實現)；DA轉換電路，將數字形式的幅度碼轉換成模擬信號。 本文根據設計指標，進行了DDS系統分析和設計，包括DDS系統框圖的設計，相位控制字和頻率控字的設計，以及軟件和硬件設計，重點在于利用FPGA改進設計，包括控制系統(頻率控制器和初始相位控制器)，尋址系統(相位累加器和數據存儲器)，以及轉換系統(D/A轉換器和濾波器)的設計。介紹了利用現場可編程邏輯門陣列(FPGA)實現數控振蕩器(DNO，即DDS)的原理、電路結構，重點介紹了DDS技術在FPGA中的實現方法，給出了采用ALTERA公司的FIEX1OK系列FPGA芯片EPF10K20TC144-4芯片進行直接數字頻率合成的VHDL源程序。
上傳時間： 2013-04-24
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頻率合成技術廣泛應用于通信、航空航天、儀器儀表等領域，目前，常用的頻率合成技術有直接頻率合成、鎖相頻率合成和直接數字頻率合成(DDS)等。其中DDS是一種新的頻率合成方法，是頻率合成的一次革命。全數字化的DDS技術由于具有頻率分辨率高、頻率切換速度快、相位噪聲低和頻率穩定度高等優點而成為現代頻率合成技術中的佼佼者。隨著數字集成電路、微電子技術和EDA技術的深入研究，DDS技術得到了飛速的發展。 DDS是把一系列數字量化形式的信號通過D/A轉換形成模擬量形式的信號的合成技術。主要是利用高速存儲器作查尋表，然后通過高速D/A轉換產生已經用數字形式存入的正弦波(或其它任意波形)。一個典型的DDS系統應包括以下三個部分：相位累加器可以時鐘的控制下完成相位的累加；相位一幅度碼轉換電路一般由ROM實現；D/A轉換電路，將數字形式的幅度碼轉換成模擬信號。 現場可編程門陣列(FPGA)設計靈活、速度快，在數字專用集成電路的設計中得到了廣泛的應用。本論文主要討論了如何利用FPGA來實現一個DDS系統，該DDS系統的硬件結構是以FPGA為核心實現的，使用Altera公司的Cyclone系列FPGA。 文章首先介紹了頻率合成器的發展，闡述了基于FPGA實現DDS技術的意義；然后介紹了DDS的基本理論；接著介紹了FPGA的基礎知識如結構特點、開發流程、使用工具等；隨后介紹了利用FPGA實現直接數字頻率合成(DDS)的原理、電路結構、優化方法等。重點介紹DDS技術在FPGA中的實現方法，給出了部分VHDL源程序。采用該方法設計的DDS系統可以很容易地嵌入到其他系統中而不用外接專用DDS芯片，具有高性能、高性價比，電路結構簡單等特點；接著對輸出信號頻譜進行了分析，特別是對信號的相位截斷誤差和幅度量化誤差進行了詳細的討論，由此得出了改善系統性能的幾種方法；最后給出硬件實物照片和測試結果，并對此作了一定的分析。
上傳時間： 2013-04-24
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PWM(脈沖寬度調制)是一種利用數字信號來控制模擬電路的控制技術，廣泛應用于電源、電機、伺服系統、通信系統、電子控制器、功率控制等電力電子設備。PWM技術在逆變電路中的應用最為廣泛，也是變頻技術的核心，同時在機床，液壓位置控制系統等機械裝置中也發揮著重要的作用。PWM技術已經成為控制領域的一個熱點，因此研究PWM發生器對于基礎理論的發展和技術的改進都有十分重要的意義。 論文研究的主要內容是用任意波形作為調制信號通過特定的方法來產生所需要的PWM波形，任意波形的合成和PWM波形的生成是兩個主要任務。任意波形的合成是課題設計的一個難點，也是影響系統性能的關鍵因素之一。論文中波形合成采用直接數字頻率合成(DDS)技術來實現。DDS技術以相位為地址，通過查找離散幅度數據進行波形合成，具有輸出波形相位變化連續、分辨率高、頻率轉換速率快的優點，而且通過設置控制字可靈活方便地改變輸出頻率，是目前波形合成的主流方法。 實現PWM發生器的設計方法有多種。在綜合比較了單片機、DSP、ARM等常用開發工具特點的基礎上，本文提出了一種以可編程邏輯器件(PLD)為主體，單片機輔助配合的設計方法。隨著計算機技術和微電了技術的迅速發展，可編程邏輯器件的集成度和容量越來越大，基于PLD的設計方法正逐步成為一種主流于段，是近些年來電子系統設計的一個熱點。整個系統分為模擬波形產生、單片機控制電路、FPGA內部功能模塊三大部分。FPGA部分的設計是以Altera公司的Quartus Ⅱ軟件為開發平臺，采用VHDL語言為主要輸入手段來完成內部各功能模塊的設計輸入、編譯、仿真等調試工作，目標載體選用性價比比較高的Altera公司的CycloneⅡ系列的器件；單片機控制電路主要負責控制字的設置和顯示，波形數據的接受與發送；用MATLAB軟件完成仟意波形的繪制和模擬任務。 論文共分五章，詳細介紹了課題的背景、PWM發生器的發展和應用以及選題的目的和意義等，論述了系統設計方案的可行性，對外圍電路和FPAG內部功能模塊的設計方法進行了具體說明，并對仿真結果、系統的性能、存在的問題和改進方法等進行了分析和闡述。整個設計滿足PWM發生器的任務和功能要求，設計方法可行。
上傳時間： 2013-06-03
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本文的設計采用FPGA來實現π/4DQPSK調制解調。采用π/4DQPSK的調制解調方式是基于頻帶利用率、誤比特率(即抗噪性)和實現復雜性等綜合因素的考慮；采用FPGA進行實現是考慮到高速的數據處理以及AD和DA的高速采樣。 本課題主要包含以下幾個方面的研究： 首先對π/4DQPSK技術的應用發展情況做簡單介紹，并對其調制解調原理進行了詳細的闡述。在理解原理的基礎上，將調制解調進行模塊化劃分，提出了實現的思路和方法。其中包括串并轉換，差分相位編碼，內插，成形濾波器，正交調制，帶通濾波器及希爾伯特變換，解調，位同步，載波同步，差分相位解碼。 其次在FPGA上實現了π/4DQPSK的大部分模塊。其中調制端的各個模塊的功能都已經實現，并綜合在一起，下載到開發板上進行了在線仿真。其中成形濾波器的設計大大降低了FPGA的資源開銷，是本次設計的創新；解調端對載波同步和位同步提出了設計思路，具體的實現還需要進一步的研究；接口電路的測試和在線仿真已經完成。 最后提出了硬件實現的方案以及三種芯片的選型與設計，給出了簡要的電路圖和時序圖。
上傳時間： 2013-08-03
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近年來，在鋼鐵材質質量檢測的研究領域，電磁無損檢測方法以其非破壞性和簡便快速的優點取得了大量成果，然而對于鋼材及其制品的混料、硬度和裂紋質量檢測還存在許多難題.如用傳統檢測平臺檢測鋼鐵件硬度的檢測精度和速度都不夠理想。 基于上述情況，論文將先進的SOPC技術應用到鋼鐵件的電磁無損檢測中。SOPC技術將處理器、存儲器、IO接口、各種外圍設備等系統設計需要的部件集成到一個可編程邏輯器件上，構建成一個可編程的片上系統。 論文詳細論述了基于FPGA的電磁無損檢測試驗裝置的理論基礎，并在此基礎上給出了總體設計方案。全文著重敘述了系統的模擬部分，系統配置以及軟件部分的整個設計過程。利用QuartusⅡ自定義外設和Avalon總線多主并行處理的特點，采用Vefilog HDL，語言實現激勵信號發生器和高速數據采集器，使得信號激勵和信號采集在同一片芯片中實現，從而提高了信號及信號處理的精確度。由于電磁檢測對多種參數的敏感反應，必須抑制由此引入的多種因素的干擾，利用FIR數字濾波和相關方法從眾多的干擾信號中提取出有效信號的幅度和相位，同時利用NiosⅡC2H功能對濾波模塊進行硬件加速處理，大大提高了信號處理的速度。利用最小二乘法建立回歸方程模型進行無損檢測。最后運用此電磁無損檢測系統對軸承鋼的硬度進行了定性測試，取得了較好的檢測結果。 試驗結果表明，將SOPC技術應用到電磁無損檢測系統中，系統的檢測速度和檢測精度都有所提高，并使得整個系統在規模、可靠性、性能指標、開發成本、產品維護及硬件升級等多方面實現了優化。
上傳時間： 2013-06-04
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差分跳頻(DFH)是集跳頻圖案、信息調制與解調于一體，是一個全面基于數字信號處理的全新概念的通信系統，其技術體制和原理與常規跳頻完全不同，較好地解決了數據速率和跟蹤干擾等問題，代表了當前短波通信的一個重要發展方向。美國Sanders公司推出了名為CHESS的新型短波跳頻通信系統，并獲得了成功，但我國對該體制和技術的研究還處于初始階段，目前還不太成熟，離實際應用還有一段距離。 本文主要基于FPGA芯片的基礎上對差分跳頻進行了研究，用FPGA來實現數字信號處理可以很好地解決并行性和速度問題，而且其靈活的可配置特性，使得FPGA構成的DSP系統非常易于修改、測試及硬件升級。而且設計中盡量采用軟件無線電體系結構，減少模擬環節，把數字化處理盡量靠近天線，從而建立一個通用、標準、模塊化的硬件平臺，用軟件編程來實現差分跳頻的各種功能，從基于硬件的設計方法中解放出來。 本文首先介紹了課題背景及研究的意義，闡述了目前差分跳頻中頻率合成跟頻率識別的實現方案。在頻率合成中，著重對DDS的相位截斷誤差及幅度量化誤差進行仿真，找出基于FPGA實現的最佳參數及改善方法。在頻率識別中，基于Xilinx公司提供FFT IP核，接收端中的位同步，頻率識別均在FFT的理論上進行設計。最后根據設計方案制作基于FPGA的電路板。 設計中跳頻圖案、直接數字頻率合成器、頻率識別、位同步、跳頻圖案恢復、線性調頻z變換等模塊均采用Verilog和VHDL兩種通用硬件描述語言進行設計，以便能夠在所有廠家的FPGA芯片中移植。
上傳時間： 2013-07-22
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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。
上傳時間： 2013-06-20
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信號發生器是控制系統的重要組成部分。研制出較高精度、可靠性、可調參數的數字量信號發生器，對于促進我國航空、航天、國防以及工業自動化等領域的發展均有重要意義。本文以直接頻率合成和偽隨機碼的設計與實現為中心，對擴頻通信的基本理論、信號源的結構、載波調制等問題進行了深入的分析和研究，并給出了模塊的硬件實現方案。 現場可編程門陣列(FPGA)設計靈活、速度快，在數字專用集成電路的設計中得到了廣泛的應用。論文介紹了FPGA技術的發展和應用，包括VHDL語言的基本語法結構和FPGA器件的開發設計流程等等。詳細地分析了各類頻率合成器的基礎上提出采用直接數字式頻率合成原理(DDS)實現低相位噪聲、高分辨率、高精度和高穩定度的信號源。研究了測距偽隨機碼的原理，確定選用移位序列作為系統的擴頻碼序列，并選取了符合本系統使用的移位序列擴頻碼。分別給出并分析了相應的FPGA硬件實現電路。 對于載波調制這一關鍵技術，提出了采用二進制相移鍵控相位選擇法并相應作了硬件實現。最后給出具體設計實現了的信號發生器的輸出波形。經實驗室測試，設計的信號發生器滿足要求，且結構簡單、工作可靠、重量輕、體積小，具有良好的應用前景。
上傳時間： 2013-04-24
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現場可編程門陣列器件(FPGA)是一種新型集成電路，可以將眾多的控制功能模塊集成為一體，具有集成度高、實用性強、高性價比、便于開發等優點，因而具有廣泛的應用前景。單相全橋逆變器是逆變器的一種基本拓撲結構，對它的研究可以為三相逆變器研究提供參考，因此對單相全橋逆變器的分析有著重要的意義。 本文研制了一種基于FPGA的SPWM數字控制器，并將其應用于單相逆變器進行了試驗研究。主要研究內容包括：SPWM數字控制系統軟件設計以及逆變器硬件電路設計，并對試驗中發現的問題進行了深入分析，提出了相應的解決方案和減小波形失真的措施。在硬件設計方面，首先對雙極性／單極性正弦脈寬調制技術進行分析，選用適合高頻設計的雙極性調制。其次，詳細分析死區效應，采用通過判斷輸出電壓電流之間的相位角預測橋臂電流極性方向，超前補償波形失真的方案。最后，采用電壓反饋實時檢測技術，對PWM進行動態調整。在控制系統軟件設計方面，采用FPGA自上而下的設計方法，對其控制系統進行了功能劃分，完成了DDS標準正弦波發生器、三角波發生器、SPWM產生器以及加入死區補償的PWM發生器、電流極性判斷(零點判斷模塊和延時模塊)和反饋等模塊的設計。針對仿真和實驗中的毛刺現象，分析其產生機理，給出常用的解決措施，改進了系統性能。
上傳時間： 2013-07-06
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