現場可編程門陣列(FPGA)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,它結合了微電子技術、電路技術和EDA(Electronics Design Automation)技術。隨著它的廣泛應用和快速發展,使設計電路的規模和集成度不斷提高,同時也帶來了電子系統設計方法和設計思想的不斷推陳出新。 隨著數字電子技術的發展,數字信號處理的理論和技術廣泛的應用于通訊、語音處理、計算機和多媒體等領域。離散傅立葉變換(DFT)作為數字信號處理中的基本運算,發揮著重要作用。而快速傅里葉變換(FFT)算法的提出,使離散傅里葉變換的運算量減小了幾個數量級,使得數字信號處理的實現變得更加容易。FFT已經成為現代數字信號處理的核心技術之一,因此對FFT算法及其實現方法的研究具有很強的理論和現實意義。 本文主要研究如何利用FPGA實現FFT算法,研制具有自主知識產權的FFT信號處理器。該設計采用高效基-16算法實現了一種4096點FFT復數浮點運算處理器,其蝶形處理單元的基-16運算核采用兩級改進的基-4算法級聯實現,僅用8個實數乘法器就可實現基-16蝶形單元所需的8次復數乘法運算,在保持處理速度的優勢下,比傳統的基-16算法節省了75％的乘法器邏輯資源。 在重點研究處理器蝶形單元設計的基礎上,本文完成了整個FFT處理器電路的FPGA設計。首先基于對處理器功能和特點的分析,研究了FFT算法的選取和優化,并完成了處理器體系結構的設計；在此基礎上,以提高處理器處理速度和減小硬件資源消耗為重點研究了具體的實現方案,完成了1.2萬行RTL代碼編程,并在XILINX公司提供的ISE 9.1i集成開發環境中實現了處理器各個模塊的RTL設計：隨后,以XILINX Spartan-3系列FPGA芯片xc3S1000為硬件平臺,完成了整個FFT處理器的電路設計實現。 經過仿真驗證,本文所設計的FFT處理器芯片運行速度達到了100MHz,占用的FPGA門數為552806,電路的信噪比可以達到50dB以上,達到了高速高性能的設計要求。
上傳時間： 2013-04-24
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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。
上傳時間： 2013-04-24
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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。
上傳時間： 2013-07-27
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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。
上傳時間： 2013-07-05
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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?？删幊踢壿嬈骷膽脼楝F代通信系統的設計帶來極大的靈活性?；贔PGA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。
上傳時間： 2013-06-09
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本文將高效數字調制方式QAM和軟件無線電技術相結合，在大規?？删幊踢壿嬈骷﨔PGA上對16QAM算法實現。在當今頻譜資源日趨緊缺的情況下有很大現實意義。 論文對16QAM軟件實現的基礎理論，帶通采樣理論、變速率數字信號處理相關抽取內插技術做了推導和分析；深入研究了軟件無線電核心技術數字下變頻原理和其實現結構；對CIC、半帶等高效數字濾波器原理結構和性能作了研究；16QAM調制和解調系統設計采用自項向下設計思想；采用硬件描述語言VerilogHDL在EDA工具QuartusII環境下實現代碼輸入；對系統調試采用了算法仿真和在系統實測調試相結合方法。 論文首先對16QAM調制解調算法進行系統級仿真，并對實現的各模塊的可行性仿真驗證，在此基礎上，完成了調制端16QAM信號的時鐘分頻模塊、串并轉換模塊、星座映射、8倍零值內插、低通濾波以及FPGA和AD9857接口等模塊；解調器主要完成帶通采樣、16倍CIC抽取濾波，升余弦滾降濾波，以及16QAM解碼等模塊，實現了16QAM調制器；給出了中頻信號時域測試波形和頻譜圖。本系統在200KHz帶寬下實現了512Kbps的高速數據數率傳輸。論文還對增強型數字鎖相環EPLL的實現結構進行了研究和性能分析。
上傳時間： 2013-07-29
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嵌入式系統組成的核心部件是各種類型的嵌入式處理器/DSP。隨著嵌入式系統不斷深入到人們 生活中的各個領域，嵌入式處理器也進而得到前所未有的飛速發展。目前據不完全統計，全世界嵌入 式處理器/DSP 的品種總量已經超過1500 多種，流行體系結構也有近百個系列，現在幾乎每個半導 體制造商都生產嵌入式處理器/DSP，越來越多的公司有自己的處理器/DSP 設計部門。 嵌入式微處理器技術的基礎是通用計算機技術?，F在許多嵌入式處理器也是從早期的PC 機的 應用發展演化過來的，如早期PC 諸如TRS-80、Apple II 和所用的Z80 和6502 處理器，至今 仍為低端的嵌入式應用。在應用中，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優 點。嵌入式處理器目前主要有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM 等系列。
上傳時間： 2013-07-15
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基于過采樣和∑-△噪聲整形技術的DAC能夠可靠地把數字信號轉換為高精度的模擬信號(大于等于16位)。采用這一架構進行數模轉換具有諸多優點，例如極低的失配噪聲和更高的可靠性，便于實現嵌入式集成等，最重要的是可以得到其他DAC結構所無法達到的精度和動態范圍。在高精度測量，音頻轉換，汽車電子等領域有著廣泛的應用價值。 本文采用∑-△結構以FPGA方式實現了一個具有高精度的數模轉換器，在24比特的輸入信號下，達到了約150dB的信噪比。作為一個靈活的音頻DAC實現方案。該DAC可以對CD/DVD/HDCD/SACD等多種制式下的音頻信號進行處理，接受并轉換采樣率為32/44.1/48/88.2/96/192kHz，字長為16/18/20/24比特的PCM數據，具備良好的兼容性和通用性。 由于非線性和不穩定性的存在，高階∑-△調制器的設計與實現存在較大的難度。本文綜合大量文獻中的經驗原則和方法，闡述了穩定的高階高精度調制器的設計流程；并據此設計了達到24bit精度和滿量程輸入范圍的的5階128倍調制器。本文創新性地提出了∑-△調制器的一種高效率流水線實現結構。分析表明，與其他常見的∑-△調制器實現結構相比，本方案具有結構簡單、運算單元少等優點；此外在同樣信號采樣率下，調制器所需的時鐘頻率大大降低。 文中的過采樣濾波模塊采用三級半帶濾波器和一個可變CIC濾波器級聯組成，可以達到最高128倍的過采樣比，同時具有良好的通帶和阻帶特性。在半帶濾波器的設計中采用了CSD編碼，使結構得到了充分的簡化。 本文提出的過采樣DAC方案具有可重配置結構，讓使用者能夠方便地控制過采樣比和調制器階數。通過積分梳狀濾波器的配置，能夠獲得32/64/128倍的不同過采樣比，從而實現對于32～192kHz多種采樣率輸入的處理。在不同輸入字長情況下，通過調制器的重構，則可以將調制器由高精度的5階模式改變為功耗更低的3階模式，滿足不同分辨率信號輸入時的不同精度要求。這是本文的另一創新之處。 目前，該過采樣DAC已經在XilinxVirtexⅡ系列FPGA器件下得到硬件實現和驗證。測試表明，對于從32kHz到192kHz的不同輸入信號，該DAC模塊輸出1比特碼流的帶內信噪比均能滿足24比特數據轉換應用的分辨率要求。
上傳時間： 2013-07-08
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隨著數字電視全國范圍丌播時間表的臨近，數字電視技術得到很大發展，數字電視信號在信源基帶數據和信道傳輸等方面已經進一步標準化，數字電視傳播途徑也越來越廣，在衛星、地面及有線電視網中傳輸數字電視信號得到迅速發展。借著2008年奧運的東風，數字電視領域的應用研究方興未艾。 本課題目的是完成有線數字電視廣播系統的重要設備--調制器的設計和實現，核心器件選用FPGA芯片。系統硬件實現以國家標準GY/T 170-2001(有線數字電視廣播信道編碼與調制規范)為主要依據，以Xilinx公司的Virtex系列(Virtex 4，Virtex 5)芯片及相關開發板(ML402、ML506)為平臺，主要任務是基于相關標準對其實用技術進行研究和開發。完成了信道編碼和調制的模塊劃分、Verilog HLD程序的編寫(或IP核的調用)和仿真以及在板調試和聯調等工作，設計目的是在提高整個系統集成度的前提下實現多頻點調制。 本文在研究現有數字電視網絡技術和相關產品的基礎上，以國標GY/T170-2001為主要依據并參閱了其他的相關標準，提出了多頻點QAM調制器的實現方案。整個工作包括：模塊劃分，完成了基帶物理接口(輸入)、包頭反轉與隨機化、RS編碼、卷積交織、碼流變換、差分編碼、星座映射、基帶成型(包括Nyquist濾波器、半帶濾波器、CIC濾波器的設計或模塊調用)、高端DAC的配置(輸出)等模塊的Verilog HLD程序的編寫(或者IP核調用)和仿真等工作；成功進行了開發板板級調試，調試的過程中充分利用Xilinx公司的開發板和調試軟件ChipScope，成功設計了驗證方案并進行了模塊驗證；最后進行了各模塊聯調工作，設計了系統驗證方案并成功完成對整個系統的驗證工作。 經測試表明，該系統主要性能達到國家相關標準GY/T 198-2003(有線數字電視廣播QAM調制器技術要求和測量方法)規定的技術指標，可以進入樣機試生產環節。
上傳時間： 2013-04-24
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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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