軟件無線電思想的出現帶來了接收機實現方式的革新。隨著近年來軟件無線電理論和應用趨于成熟與完善，軟件無線電技術已經被越來越廣泛地應用于無線通信系統和電子測量測試儀器中。數字下變頻技術作為軟件無線電的核心技術之一，在頻譜分析儀中也得到了越來越普遍的應用。 本人參與的手持式頻譜分析儀項目采用的是中頻數字化實現方式，可滿足輕巧，可重配置和低功耗的需求。數字化中頻的關鍵部件數字下變頻器DDC采用的是Intersil公司的ISL5216，這個器件和高性能FPGA共同組成手持頻譜儀的數字信號處理前端。這個數字前端就手持頻譜分析儀來說存在一定的局限性，ISL5216的信號處理帶寬單通道為1 MHz，4個通道級聯為3MHz，未能滿足譜儀分析帶寬日益增加的需求；系統集成度不高，ISL5216的功能要是集成到FPGA，可進一步提高系統集成度，降低物料成本和系統功耗。基于以上兩個方面的考慮，現正以手持頻譜分析儀項目為依托，基于Xilinx Spartan3A-DSP系列FPGA實現高速高處理帶寬的DDC。 本論文首先描述了數字下變頻基本理論和結構，對完成各級數字信號處理所涉及的數字正交變換、CORDIC算法、CIC、HB、多相濾波等關鍵算法做了適當介紹；然后介紹了當前主流FPGA的數字信號處理特性和其內部的DSP資源。接著詳細描述了數控振蕩器NCO、復數數字混頻器MIXER、5級CIC濾波器、5級HB濾波器和255階可編程FIR的設計和實現，并對各個模塊的不同實現方式作了對比和仿真測試數據作了分析。最后介紹了所設計DDC在手持頻譜分析儀中的主要應用。
上傳時間： 2013-04-24
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當今，移動通信正處于向第四代通信系統發展的階段，OFDM技術作為第四代數字移動通信(4G)系統的關鍵技術之一，被包括LTE在內的眾多準4G協議所采用。IDFT/DFT作為OFDM系統中的關鍵功能模塊，其精度對基帶解調性能產生著重大的影響，尤其對LTE上行所采用的SC_FDMA更是如此。為了使定點化IDFT/DFT達到較好的性能，本文采用數字自動增益控制(DAGC)技術，以解決過大輸入信號動態范圍所造成的IDFT/DFT輸出信噪比(SNR)惡化問題。 首先，本文簡單介紹了較為成熟的AAGC(模擬AGC)技術，并重點關注近年來為了改善其性能而興起的數字化AGC技術，它們主要用于壓縮ADC輸入動態范圍以防止其飽和。針對基帶處理中具有累加特性的定點化IDFT/DFT技術，進一步分析了AAGC技術和基帶DAGC在實施對象，實現方法等上的異同點，指出了基帶DAGC的必要性。 其次，根據LTE協議，搭建了從調制到解調的基帶PUSCH處理鏈路，并針對基于DFT的信道估計方法的缺點，使用簡單的兩點替換實現了優化，通過高斯信道下的MATLAB仿真，證明其可以達到理想效果。仿真結果還表明，在不考慮同步問題的高斯信道下，本文所搭建的基帶處理鏈路，采用64QAM進行調制，也能達到在SNR高于17dB時，硬判譯碼結果為極低誤碼率(BER)的效果。 再次，在所搭建鏈路的基礎上，通過理論分析和MATLAB仿真，證明了包括時域和頻域DAGC在內的基帶DAGC具有穩定接收鏈路解調性能的作用。同時，通過對幾種DAGC算法的比較后，得到的一套適用于實現的基帶DAGC算法，可以使IDFT/DFT的輸出SNR處于最佳范圍，從而滿足LTE系統基帶解調的要求。針對時域和頻域DAGC的差異，分別選定移位和加法，以及查表的方式進行基帶DAGC算法的實現。 最后，本文對選定的基帶DAGC算法進行了FPGA設計，仿真、綜合和上板結果說明，時域和頻域DAGC實現方法占用資源較少，容易進行集成，能夠達到的最高工作頻率較高，完全滿足基帶處理的速率要求，可以流水處理每一個IQ數據，使之滿足基帶解調性能。
上傳時間： 2013-05-17
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可重構計算技術兼具通用處理器(General-Purpose Processor，GPP)和專用集成電路(Application Specific Integr—ated Circuits，ASIC)的特點，既可以提供硬件高速的特性，又具有軟件可以重新配置的特性。而動態部分可重構技術是可重構計算技術的最新進展之一。該技術的要點就是在系統正常工作的情況下，修改部分模塊的功能，而系統其它模塊能夠照常運行，這樣既節約硬件資源，又增強了系統靈活性。 可重構SoC既可以在處理器上進行編程又可以改變FPGA內部的硬件結構，這使得SoC系統既具有處理器善于控制和運算的特點，又具FPGA靈活的重構特點；由于處理器和FPGA硬件是在同一塊硅片上，使得它們之間的通信寬帶大大提高，這種平臺很適合于容錯算法的實現。 本文基于863計劃項目；動態重構計算機的可信實現關鍵技術，重點研究應用于惡劣環境中FPGA自我容錯的體系結構，提出了一套完整的SoC系統的容錯設計方案，并研究其實現技術，設計實現了實現該技術的硬件平臺和軟件算法，并驗證成功。 論文取得了如下的創新性研究成果： 1、設計了實現動態重構技術的硬件平臺，包括高性能的FPGA(內含入式處理器PowcrPC)、PROM、SRAM、FLASH、串口通信等硬件模塊。 2、說明了動態重構技術的設計規范和設計流程，實現動態重構技術。 3、提出了一種基于動態重構實現容錯的方法，不需要外部處理器干預，由嵌入式處理器負責管理整個過程。 4、設計并實現了嵌入式處理器運行時需要的軟件，主要有兩個功能，首先是從CF卡中讀入重構所需的配置文件，并將配置文件寫進FPGA內部的配置存儲器中，改變FPGA內部的功能。其次，是實現容錯技術的算法。
上傳時間： 2013-04-24
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作為電子類專業學生，實驗是提高學生對所學知識的印象以及發現問題和解決問題的能力，增加學生動手能力的必須環節。本設計的目的就是開發一套滿足學生實驗需求的信號源，基于此目的本信號源并不需要突出的性能，但經濟上要求低成本，同時要求操作簡單，能夠輸出多種波形，并且利于學生在此平臺上認識信號源原理，同時方便在此平臺上進行拓展開發。 設計中運用虛擬儀器技術將計算機屏幕作為儀器面板，采用EPP接口，同時在FPGA上開發控制電路，為后續開發留下了空間，同時節省了成本。本設計采用地址線16位，數據線12位的靜態RAM作為信號源的波形存儲器，后端采用兩種濾波類型對需要濾波的信號進行濾波。啟動信號時軟件需要先將波形數據預存在存儲器中便于調用，最后得到的結果基本滿足教學實驗的需求。 本文結構上首先介紹了直接采用DDS芯片制作信號源的利弊，及作者采用這種設計的初衷，然后介紹了信號源的整體結構，總體模塊。以下章節首先介紹FPGA內部設計，包括總體結構和幾大部分模塊，包括：時鐘產生電路，相位累加器，數據輸入控制電路，濾波器控制電路，信號源啟動控制電路。 然后介紹了其他模塊的設計，包括存儲器選擇，幅度控制電路的設計以及濾波器電路的設計，本設計的幅度控制采用兩級DA級聯，以及后端電阻分壓網絡調節的方式進行設計，提高了幅度調節的范圍。對于濾波器的設計，依據不同的信號頻率，分成了4個部分，對于500K以下的信號采用的是二階巴特沃斯有源低通濾波，對于500K以上至5M以下信號采用的五階RC低通濾波器。 在軟件設計部分，分成兩個部分，對于底層驅動程序采用以Labwindows/CVI為平臺進行開發，利用其編譯和執行速度快，并且和LabVIEW能夠很好連接的特性。對于上層控制軟件，采用以LabVIEW為平臺進行開發，充分利用其圖化設計，易于擴展。 論文最后對所做工作進行了總結，提出了進一步改進的方向。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，大容量數據存儲設備主要是機械硬盤，機械硬盤采用機械馬達和磁片作為載體，存在抗震性能低、高功耗和速度提升難度大等缺點。固態硬盤是以半導體作為存儲介質及控制載體，無機械裝置，具有抗震、寬溫、無噪、可靠和節能等特點，是目前存儲領域所存在問題的解決方案之一。本文針對這一問題，設計基于FPGA的固態硬盤控制器，實現數據的固態存儲。 文章首先介紹硬盤技術的發展，分析固態硬盤的技術現狀和發展趨勢，闡述課題研究意義，并概述了本文研究的主要內容及所做的工作。然后從分析固態硬盤控制器的關鍵技術入手，研究了SATA接口協議和NANDFLASH芯片特性。整體設計采用SOPC架構，所有功能由單片FPGA完成。移植MicroBlaze嵌入式處理器軟核作為主控制器，利用Verilog HDL語言描述IP核形式設計SATA控制器核和NAND FLASH控制器核。SATA控制器核作為高速串行傳輸接口，實現SATA1.0協議，根據協議劃分四層模型，通過狀態機和邏輯電路實現協議功能。NAND FLASH控制器核管理NANDFLASH芯片陣列，將NAND FLASH接口轉換成通用的SRAM接口，提高訪問效率。控制器完成NAND FLASH存儲管理和糾錯算法，實現數據的存儲和讀取。最后完成固態硬盤控制器的模塊測試和整體測試，介紹了測試方法、測試工具和測試流程，給出測試數據和結果分析，得出了驗證結論。 本文設計的固態硬盤控制器，具有結構簡單和穩定性高的特點，易于升級和二次開發，是實現固態硬盤和固態存儲系統的關鍵技術。
上傳時間： 2013-05-28
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近年來，語音識別研究大部分集中在算法設計和改進等方面，而隨著半導體技術的高速發展，集成電路規模的不斷增大與各種研發技術水平的不斷提高，新的硬件平臺的推出，語音識別實現平臺有了更多的選擇。語音識別技術在與DSP、FPGA、ASIC等器件為平臺的嵌入式系統結合后，逐漸向實用化、小型化方向發展。 本課題通過對現有各種語音特征參數與孤立詞語音識別模型進行研究的基礎上，重點探索基于動態時間規整算法的DTW模型在孤立詞語音識別領域的應用，并結合基于FPGA的SOPC系統，在嵌入式平臺上實現具有較好精度與速度的孤立詞語音識別系統。 本系統整體設計基于DE2開發平臺,采用基于Nios II的SOPC技術。采用這種解決方案的優點是實現了片上系統，減少了系統的物理體積和總體功耗；同時系統控制核心都在FPGA內部實現，可以極為方便地更新和升級系統，大大地提高了系統的通用性和可維護性。 此外，由于本系統需要大量的高速數據運算，在設計中作者充分利用了Cyclone II芯片的豐富的硬件乘法器，實現了語音信號的端點檢測模塊，FFT快速傅立葉變換模塊，DCT離散余弦變換模塊等硬件設計模塊。為了提高系統的整體性能，作者充分利用了FPGA的高速并行的優勢，以及配套開發環境中的Avalon總線自定義硬件外設，使系統處理數字信號的能力大大提高，其性能優于傳統的微控制器和普通DSP芯片。 本論文主要包含了以下幾個方面： （1）結合ALTERA CYCLONE II芯片的特點，確定了基于FPGA語音識別系統的總體設計，在此基礎上進行了系統的軟硬件的選擇和設計。 （2）自主設計了純硬件描述語言的驅動電路設計，完成了高速語音采集的工作，并且對存儲數據芯片SRAM中的原始語音數據進行提取導入MATLAB平臺測試數據的正確性。整個程序測試的方式對系統的模塊測試起到重要的作用。 （3）完成高速定點256點的FFT模塊的設計，此模塊是系統成敗的關鍵，實現高速實時的運算。 （4）結合SOPC的特性，設計了人機友好接口，如LCD顯示屏的提示反饋信息等等，以及利用ALTERA提供的一些驅動接口設計完成用戶定制的系統。 （5）進行了整體系統測試，系統可以較穩定地實現實時處理的目的，具有一定的市場潛在價值。
上傳時間： 2013-05-23
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近年來，以FPGA為代表的數字系統現場集成技術取得了快速的發展，FPGA不但解決了信號處理系統小型化、低功耗、高可靠性等問題，而且基于大規模FPGA單片系統的片上可編程系統(SOPC)的靈活設計方式使其越來越多的取代ASIC的市場。傳統的通用信號處理系統使用DSP作為處理核心，系統的可重構型不強，FPGA解決了這一問題，并且現有的FPGA中，多數已集成DSP模塊，結合FPGA較強的信號并行處理特性使其與DSP信號處理能力差距很小。因此，FPGA作為處理核心的通用信號處理系統具有很強的可實施性。 @@ 基于上述要求，作者設計和完成了一個基于多FPGA的通用實時信號處理系統。該系統采用4片XC3SD1800A作為處理核心，使用DDR2 SDRAM高速存儲實時數據。作者通過全面的分析，設計了核心板、底板和應用板分離系統架構。該平臺能夠根據實際需求進行靈活的搭配，核心板之間的數據傳輸采用了LVDS(低電壓差分信號)技術，從而使得數據能夠穩定的以非常高的速率進行傳輸。 @@ 本系統屬于高速數字電路的設計范疇，因此必須重視信號完整性的設計與分析問題，作者根據高速電路的設計慣例和軟件輔助設計的方法，在分析和論證了阻抗控制、PCB堆疊、PCB布局布線等約束的基礎上，順利地完成了PCB繪制與調試工作。 @@ 作為系統設計的重要環節，作者還在文中研究了在系統設計過程中出現的電源完整性問題，并給出了解決辦法。 @@ LVDS高速數據通道接口和DDR2存儲器接口設計決定本系統的使用性能，本文基于所選的FPGA芯片進行了詳細的闡述和驗證。并結合系統的核心板和底板，完成了應用板，視頻圖像采集、USB、音頻、LCD和LED矩陣模塊顯示等接口的設計工作，對其中的部分接口進行了邏輯驗證。 @@ 經過測試，該通用的信號處理平臺具有實時性好、通用性強、可擴展和可重構等特點，能夠滿足當前一些信號處理系統對高速、實時處理的要求，可以廣泛應用于實時信號處理領域。通過本平臺的研究和開發工作，為進一步研究和設計通用、實時信號處理系統打下了堅實的基礎。 @@關鍵詞：通用實時信號處理；FPGA；信號完整性；DDR2；LVDS
上傳時間： 2013-05-27
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DDR2 SDRAM是目前內存市場上的主流內存。除了通用計算機系統外，大量的嵌入式系統也紛紛采用DDR2內存，越來越多的SoC系統芯片中會集成有DDR2接口模塊。因此，設計一款匹配DDR2的內存控制器將會具有良好的應用前景。 論文在研究了DDR2的JEDEC標準的基礎上，設計出DDR2控制器的整體架構，采用自項向下的設計方法和模塊化的思想，將DDR2控制器劃分為若干模塊，并使用Verilog HDL語言完成DDR2控制器IP軟核中初始化模塊、配置模塊、執行模塊和數據通道模塊的RTL級設計。根據在設計中遇到的問題，對DDR2控制器的整體架構進行改進與完善。在分析了Altera數字PHY的基本性能的基礎上，設計DDR2控制器與數字PHY的接口模塊。搭建DDR2控制器IP軟核的仿真驗證平臺，針對設計的具體功能進行仿真驗證，并實現在Altera Stratix II GX90開發板上對DDR2存儲芯片基本讀/寫操作控制的FPGA功能演示。 論文設計的DDR2控制器的主要特點是： 1.支持數字PHY電路，不需要實際的硬件電路就完成DDR2控制器與DDR2存儲芯片之間的物理層接口，節約了設計成本，縮小了硬件電路的體積。 2.將配置口從初始化模塊中分離出來，簡化了具體操作。 3.支持多個DDR2存儲芯片，使得DDR2控制器的應用范圍更為廣闊。 4.支持DDR2的三項新技術，充分發揮DDR2內存的特性。 5.自動DDR2刷新控制，方便用戶對DDR2內存的控制。
上傳時間： 2013-06-10
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現代電子系統中，FIR數字濾波器作為數字信號處理技術的重要組成部分，以其良好的線性特性在許多領域內被廣泛的應用。在工程實踐中，往往要求信號處理具有實時性和靈活性，而已有的一些軟件和硬件實現方式則難以同時達到這兩方面的要求。 隨著可編程邏輯器件和EDA技術的發展，越來越多的人開始應用FPGA實現FIR濾波器，既保證了信號處理的實時性，又可兼顧靈活性的要求。但是普遍存在的問題是不能根據被濾波信號特點動態調整濾波器的濾波系數，只能完成單一特性的濾波工作。 本文將FPGA的快速性和計算機的靈活性通過USB2.0總線有機地結合起來，設計了一個基于FPGA的可調參數FIR濾波系統。此系統由計算機根據各種濾波器指標計算出濾波參數，通過USB2.0對FPGA芯片內部的FIR多階濾波器進行參數配置，實現數字濾波器參數可調；配置后的FPGA濾波單元完成對A/D采集的信號進行濾波運算，濾波后的數據經過緩存后通過USB2.0總線傳輸至計算機進行顯示、分析和儲存等進一步處理。在系統中采用有限狀態機對FPGA參數配置模式和濾波模式進行切換，保證了系統的有序運行。 本文通過性能測試和應用實例對系統進行驗證。實驗證明：該基于FPGA的可調參數FIR濾波系統參數配置方便，可以根據實際需要動態調整濾波參數，并且濾波效果良好，可有效濾除噪聲信號。
上傳時間： 2013-07-26
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MP3音樂是目前最為流行的音樂格式，因其音質、復雜度與壓縮比的完美折中，占據著廣闊的市場，不僅在互聯網上廣為流傳，而且在便攜式設備領域深受人們喜愛。本文以MPEG-1的MP3音頻解碼器為研究對象，在實時性、面積等約束條件下，研究MP3解碼電路的設計方法，實現FPGA原型芯片，研究MP3原型芯片的驗證方法。 論文的主要貢獻如下： (1)使用算法融合方法合并MP3解碼過程的相關步驟，以減少緩沖區存儲單元的容量和訪存次數。如把重排序步驟融合到反量化模塊，可以減少一半的讀寫RAM操作；把IMDCT模塊內部的三個算法步驟融合在一起進行設計，可以省去存儲中間計算結果的緩存區單元。 (2)反量化、立體聲處理等模塊中，采用流水線設計技術，設置寄存器把較長的組合邏輯路徑隔開，提高了電路的性能和可靠性；使用連續訪問公共緩存技術，合理規劃各計算子模塊的工作時序，將數據計算的時間隱藏在訪存過程中；充分利用頻率線的零值區特性，有效地減少數據計算量，加快了數據處理的速度。 (3)設計了MP3硬件解碼器的FPGA原型芯片。采用Verilog HDL硬件描述語言設計RTL級電路，完成功能仿真，以Altera公司Stratix II系列的EP2S180 FPGA開發板為平臺，實現MP3解碼器的FPGA原型芯片。MP3硬件解碼器在Stratix II EP2S180器件內的資源利用率約為5％，其中組合邏輯查找表ALUT為7189個，寄存器共有4024個，系統頻率可達69.6MHz，充分滿足了MP3解碼過程的實時性要求。實驗結果表明，MP3音頻解碼FPGA原型芯片可正常播放聲音，解碼音質良好。
上傳時間： 2013-07-01
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