現場可編程門陣列(FPGA)的發展已經有二十多年，從最初的1200門發展到了目前數百萬門至上千萬門的單片FPGA芯片。現在，FPGA已廣泛地應用于通信、消費類電子和車用電子類等領域，但國內市場基本上是國外品牌的天下。 在高密度FPGA中，芯片上時鐘分布質量變的越來越重要，時鐘延遲和時鐘偏差已成為影響系統性能的重要因素。目前，為了消除FPGA芯片內的時鐘延遲，減小時鐘偏差，主要有利用延時鎖相環(DLL)和鎖相環(PLL)兩種方法，而其各自又分為數字設計和模擬設計。雖然用模擬的方法實現的DLL所占用的芯片面積更小，輸出時鐘的精度更高，但從功耗、鎖定時間、設計難易程度以及可復用性等多方面考慮，我們更愿意采用數字的方法來實現。 本論文是以Xilinx公司Virtex-E系列FPGA為研究基礎，對全數字延時鎖相環(DLL)電路進行分析研究和設計，在此基礎上設計出具有自主知識產權的模塊電路。 本文作者在一年多的時間里，從對電路整體功能分析、邏輯電路設計、晶體管級電路設計和仿真以及最后對設計好的電路仿真分析、電路的優化等做了大量的工作，通過比較DLL與PLL、數字DLL與模擬DLL，深入的分析了全數字DLL模塊電路組成結構和工作原理，設計出了符合指標要求的全數字DLL模塊電路，為開發自我知識產權的FPGA奠定了堅實的基礎。 本文先簡要介紹FPGA及其時鐘管理技術的發展，然后深入分析對比了DLL和PLL兩種時鐘管理方法的優劣。接著詳細論述了DLL模塊及各部分電路的工作原理和電路的設計考慮，給出了全數字DLL整體架構設計。最后對DLL整體電路進行整體仿真分析，驗證電路功能，得出應用參數。在設計中，用Verilog-XL對部分電路進行數字仿真，Spectre對進行部分電路的模擬仿真，而電路的整體仿真工具是HSIM。 本設計采用TSMC0.18μmCMOS工藝庫建模，設計出的DLL工作頻率范圍從25MHz到400MHz，工作電壓為1.8V，工作溫度為-55℃～125℃，最大抖動時間為28ps，在輸入100MHz時鐘時的功耗為200MW，達到了國外同類產品的相應指標。最后完成了輸出電路設計，可以實現時鐘占空比調節，2倍頻，以及1.5、2、2.5、3、4、5、8、16時鐘分頻等時鐘頻率合成功能。
上傳時間： 2013-06-10
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自20世紀80年代以來，正交頻分復用技術不但在廣播式數字音頻和視頻領域得到廣泛的應用，而且已經成為無線局域網標準(例如IEEE802.11a和HiperLAN/2等)的一部分。OFDM由于其頻譜利用率高，成本低等原因越來越受到人們的關注。隨著人們對通信數據化、寬帶化、個人化和移動化需求的增強，OFDM技術在綜合無線接入領域將會獲得越來越廣泛的應用。人們開始集中越來越多的精力開發OFDM技術在移動通信領域的應用，本文也是基于無線通信平臺上的OFDM技術的運用。 本文的所有內容都是建立在空地數據無線通信系統下行鏈路FPGA實現基礎上的。本文作者的主要工作集中在鏈路接收端的FPGA實現和調試上。主要包括幀同步(時間同步)算法的研究與設計、OFDM頻率同步算法的研究與設計以及同步模塊、OFDM解調模塊、QAM解調模塊的FPGA實現。最終實現高速數字圖像傳輸系統下行鏈路在無線環境中連通。 對于無線移動通信系統而言，多普勒頻移、收發設備的本地載頻偏差均可能破壞OFDM系統子載波之間的正交性，從而導致ICI，影響系統性能。另外，由于OFDM系統大多采用IFFT/FFT實現調制解調，因此在接收方確定FFT的起點對數據的正確解調也至關重要。同步技術即是針對系統中存在的定時偏差、頻率偏差進行定時、頻偏的估計與補償，來減少各種同步偏差對系統性能的影響。在OFDM實現的關鍵技術中，同步技術是十分重要的一部分。本文花費了三個章節闡述了同步技術的原理、算法和實現方法。 目前OFDM系統的載波同步方案，可以歸納為三大類：輔助數據類，盲估計類和基于循環前綴的半盲估計類。本文首先分析了各種載波同步方案的優缺點，并舉例說明了各個載波同步方式的實現方法。然后具體闡述了本文在FPGA平臺上實現的OFDM接收端同步的同步方式，包括其具體算法和FPGA實現結構。本文所采用的幀同步和頻率同步方案都是采用輔助數據類的，在闡述其具體算法的同時對算法在不同參數和不同形式下的性能做出了仿真對比分析。 OFDM的解調采用FFT算法，在FPGA上的實現是十分方便的。本文主要闡述其實現結構，重點放在提取有效數據部分有效數據位置的推導過程。最后介紹了本文實現QAM軟解調的解調方法。 本文闡述算法采用先提出原理，然后給出具體公式，再根據公式中的系數和變量分析算法性能的方式。在闡述實現方式時首先給出實現框圖，然后對框圖中比較重要或者復雜的部分進行詳細闡述。在介紹完每個模塊實現方式之后給出了仿真或者上板結果，最后再給出整體測試結果。
上傳時間： 2013-06-26
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現代社會信息量爆炸式增長，由于網絡、多媒體等新技術的發展，用戶對帶寬和速度的需求快速增加。并行傳輸技術由于時鐘抖動和偏移，以及PCB布線的困難，使得傳輸速率的進一步提升面臨設計的極限；而高速串行通信技術憑借其帶寬大、抗干擾性強和接口簡單等優勢，正迅速取代傳統的并行技術，成為業界的主流。 本論文針對目前比較流行并且有很大發展潛力的兩種高速串行接口電路——高速鏈路口和Rocket I/O進行研究，并以Xilinx公司最新款的Virtex-5 FPGA為研究平臺進行仿真設計。本論文的主要工作是以某低成本相控陣雷達信號處理機為設計平臺，在其中的一塊信號處理板上，進行了基于LVDS(Low VoltageDifferential Signal)技術的高速LinkPort(鏈路口)設計和基于CML(Current ModeLogic)技術的Rocket I/O高速串行接口設計。首先在FPGA的軟件中進行程序設計和功能、時序的仿真，當仿真驗證通過之后，重點是在硬件平臺上進行調試。硬件調試驗證的方法是將DSP TS201的鏈路口功能與在FPGA中的模擬高速鏈路口相連接，進行數據的互相傳送，接收和發送的數據相同，證明了高速鏈路口設計的正確性。并且在硬件調試時對Rocket IO GTP收發器進行回環設計，經過回環之后接收到的數據與發送的數據相同，證明了Rocket I/O高速串行接口設計的正確性。
上傳時間： 2013-04-24
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互感器是電力系統中電能計量和繼電保護中的重要設備，其精度和可靠性與電力系統的安全性、可靠性和經濟運行密切相關。隨著電力工業的發展，傳統的電磁式互感器已經暴露出一系列的缺陷，電子式互感器能很好的解決電磁式互感器的缺點，電子式互感器逐步替代電磁式互感器代表著電力工業的發展方向。目前，國產的互感器校驗儀主要是電磁式互感器校驗儀，電子式互感器校驗儀依賴于進口。電子式互感器的發展，使得電子式互感器校驗儀的研制勢在必行。 本課題依據國際標準IEC60044-7、IEC60044-8和國內標準GB20840[1].7-2007、GB20840[1].8-2007，設計了電子式互感器檢驗儀。該校驗儀采用直接法對電子式互感器進行校驗，即同時測試待校驗電子式互感器和標準電磁式互感器二次側的輸出信號，比較兩路信號的參數，根據比較結果完成電子式互感器的校驗工作。論文首先介紹了電子式互感器結構及輸出數字信號的特征，然后詳細論述了電子式互感器校驗儀的硬件及軟件設計方法。硬件主要采用FPGA技術設計以太網控制器RTL8019的控制電路，以實現電子式互感器信號的遠程接收，同時設計A/D芯片MAX125的控制電路，以實現標準電磁式互感器模擬輸出的數字化。軟件主要采用FPGA的SOPC技術，研制了MAX125和RTL8019的IP核，在NiosIIIDE集成開發環境下，完成對硬件電路的底層控制，運用準同步算法和DFT算法開發應用程序實現對數字信號的處理。最終完成電子式互感器校驗儀的設計。 最后進行了相關的實驗，所研制的電子式互感器校驗儀對0.5準確級的電子式電壓互感器和0.5準確級電子式電流互感器分別進行了校驗，對其額定負荷的20％、100％、120％點做為測量點進行測量。經過對實驗數據的處理分析可知，校驗儀對電子式互感器的校驗精度滿足0.5％的比差誤差和20’的相位差。本課題的研究為電子式互感器校驗儀的研制工作提供了理論和實踐依據。
上傳時間： 2013-04-24
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高速、高精度已經成為伺服驅動系統的發展趨勢，而位置檢測環節是決定伺服系統高速、高精度性能的關鍵環節之一。光電編碼器作為伺服驅動系統中常用的檢測裝置，根據結構和原理的不同分為增量式和絕對式。本文從原理上對增量式光電編碼器和絕對式光電編碼器做了深入的分析，通過對比它們的特性，得出了絕對式光電編碼器更適合高速、高精度伺服驅動系統的結論。 絕對式光電編碼器精度高、位數多的特點決定其通信方式只能采取串行傳輸方式，且由相應的通信協議控制信息的傳輸。本文首先針對編碼器主要生產廠商日本多摩川公司的絕對式光電編碼器，深入研究了通信協議相關的硬件電路、數據幀格式、時序等。隨后介紹了新興的電子器件FPGA及其開發語言硬件描述語言Verilog HDL，并對基于FPGA的絕對式編碼器通信接口電路做了可行性的分析。在此基礎上，采用自頂向下的設計方法，將整個接口電路劃分成發送模塊、接收模塊、序列控制模塊等多個模塊，各個模塊采用Verilog語言進行描述設計編碼器接口電路。最終的設計在相關硬件電路上實現。最后，通過在TMS320F2812伺服控制平臺上編寫的硬件驅動程序驗證了整個設計的各項功能，達到了設計的要求。
上傳時間： 2013-07-11
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本文主要研究了認知無線電頻譜感知功能的關鍵技術以及硬件實現方法。首先，提出了認知無線電頻譜感知功能的硬件實現框圖，包括射頻前端部分和數字信號處理部分，接著簡單介紹了射頻前端電路的功能與特性，最后重點介紹了數字信號處理部分的FPGA實現與驗證過程。 數字處理部分主要實現寬帶信號的短時傅立葉分析，將中頻寬帶數字信號通過基于多相濾波器組的下變頻模塊，實現并行多通道的數字下變頻，然后對每個信道進行重疊加窗處理，最后再做快速傅立葉分析(FFT)，從而得到信號的時頻關系。整個系統主要包括：延時抽取模塊、多相濾波器模塊、32點開關式流水線FFT模塊、滑動窗緩沖區、256點流水線FFT模塊等。 本設計采用Verilog HDL硬件描述語言進行設計，基于Xilinx公司的Virtex-4XC4VSX35芯片。整個系統采用全同步設計，可穩定工作于200MHz，其分析帶寬高達65MHz，具有很高的使用價值。
上傳時間： 2013-07-09
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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。大規模可編程邏輯器件的應用為現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： 2013-06-30
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隨著科學技術的發展與公共安全保障需求的提高，視頻監控系統在工業生產、日常生活、警備與軍事方面的應用越來越廣泛。采用基于 FPGA 的SOPC技術、H．264壓縮編碼技術和網絡傳輸控制技術實現網絡視頻監控系統，在穩定性、功能、成本與擴展性等方面都有著突出的優勢，具有重要的學術意義與實用意義， 本課題所設計的網絡視頻監控系統由以Nios Ⅱ為核心的嵌入式圖像服務器、相關網絡設備與若干PC機客戶端組成。嵌入式圖像服務器實時采集圖像，采用H．264 編碼算法進行壓縮，并持續監聽網絡。PC機客戶端可通過網絡對服務器進行遠程訪問，接收編碼數據，使用H．264解碼算法重建圖像并實時顯示，使監控人員有效地掌握現場情況， 在嵌入式圖像服務器設計階段，本文首先進行了芯片選型與開發平臺選擇。然后構建圖像采集子系統，采用雙緩存乒乓交換的方法設計圖像采集用戶自定義模塊。接著設計雙Nios Ⅱ架構的SOPC系統，闡述了雙軟核設計中定制連接、內存芯片共享、數據搬移、通信與互斥的解決方法。同時完成了網絡服務器的設計，采用μC/OS-Ⅱ進行多任務的管理與調度， H．264視頻壓縮編解碼算法設計與實現是本文的重點。文中首先分析H．264．標準，規劃編解碼器結構。接著設計了16×16幀內預測算法，并設計宏塊掃描方式，采用兩次判決策略進行預測模式選擇。然后設計4×4子塊掃描方式，編寫整數變換與量化算法程序。熵編碼采用Exp-Golomb編碼與CAVLC相結合的方案，針對除拖尾系數之外的非零系數值編碼子算法，實現了一種基于表示范圍判別的編碼方法。最后設計了網絡傳輸的碼流組成格式，并針對編碼算法設計相應解碼算法。使用VC++完成算法驗證，并進行測試，觀察不同參數下壓縮率與失真度的變化。 算法驗證完成后，本文進行了PC機客戶端設計，使其具有遠程訪問、H．264解碼與實時顯示的功能。同時將H．264 編碼算法程序移植到NiosⅡ中，并將嵌入式圖像服務器與若干客戶端接入網絡進行聯合調試，構建完整的網絡視頻監控系統， 實驗結果表明，本系統視頻壓縮率高，監控圖像質量良好，充分證明了系統軟硬件與圖像編解碼算法設計成功。本系統具有成本低、擴展性好及適用范圍廣等優點，發展前景十分廣闊。
上傳時間： 2013-04-24
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針對目前增量式光電編碼器辨向計數電路脈沖或抖動干擾抑制能力差的問題，提出了一種基于有限狀態機的編碼器接口電路設計方案，并給出了硬件實
上傳時間： 2013-05-21
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在步進電機驅動方式中，效果最好的是細分驅動，當今高端的步進電機驅動器基本都采用這種技術。步進電機的細分驅動技術是一門綜合了數字化技術、集成控制技術和計算機技術的新技術，被廣泛應用于工業、科研、通訊、天文等領域。 本文設計了一種基于DSP以及FPGA的兩相混合式步進電機SPWM(正弦脈寬調制)波細分驅動系統。在DSP系統中采用TMS320I．F2407A微控制器作為核心控制器件，用軟件產生SPWM波；在FPGA系統中采用FPGA芯片，通過VerilogHDL語言，實現了SPWM波；在功率驅動級電路上采用雙極性H橋的驅動方式。最終實現了對兩相混合式步進電機SPWM波細分驅動，大大提高了步進電機的運轉性能。 本文介紹了兩相混合式步進電機的工作原理、控制原理以及細分驅動的基本原理。通過對恒轉矩細分驅動的分析，提出了兩相混合式步進電機SPWM波細分驅動的方案，并給出了SPWM波產生的數學模型。最后，對步進電機的SPWM波細分驅動系統進行了實驗測量，給出了實驗結果。 實驗的結果表明，設計的基于DSP與FPGA的SPWM波細分驅動系統可以很好地克服電機低頻振蕩的問題，提高電機在中、低速運行的性能。電機的掃描范圍與理論值基本接近；微步距在誤差允許的范圍內也基本可以滿足要求。
上傳時間： 2013-04-24
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