本論文設(shè)計(jì)了一種基于FPGA的高速FIR數(shù)字濾波器,濾波器實(shí)現(xiàn)低通濾波,截止頻率為1MHz,通帶波紋小于1 dB,阻帶最大衰減為-40 dB,輸入輸出數(shù)據(jù)為8位二進(jìn)制,采樣頻率為10MHz。 論文首先簡(jiǎn)要介紹了數(shù)字濾波器的基本原理和線性FIR數(shù)字濾波器的性質(zhì)、結(jié)構(gòu),根據(jù)濾波器的性能要求選擇窗函數(shù)、確定系數(shù),在算法上為了滿足數(shù)字濾波器的要求,對(duì)系數(shù)放大512倍并取整,并用Matlab對(duì)數(shù)字濾波器原理進(jìn)行了證明。同時(shí)簡(jiǎn)述了EDA技術(shù)和FPGA設(shè)計(jì)流程。 其次,論文說(shuō)明了FIR數(shù)字濾波器模塊的劃分,并用Verilog語(yǔ)言在Modelsim環(huán)境下進(jìn)行了功能測(cè)試。對(duì)于數(shù)字濾波器系數(shù)中的-1,-2,4這些簡(jiǎn)單的系數(shù)乘法直接進(jìn)行移位和取反,可以極大的節(jié)省資源和優(yōu)化設(shè)計(jì)。而對(duì)普通系數(shù)乘法采用4-BANT(4bits-at-a-time)的并行算法,用加法累加快速實(shí)現(xiàn)了乘積的運(yùn)算;另外,在本設(shè)計(jì)進(jìn)行部分積累加時(shí),采用舍取冗余位,主要是根據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)已對(duì)系數(shù)進(jìn)行了放大,而輸出時(shí)又要將結(jié)果相應(yīng)的縮小,所以在累加時(shí),提前對(duì)部分積縮小,從而減少了運(yùn)算量,從時(shí)間和資源上都得到了優(yōu)化。 論文的最后分別用Modelsim和Quartus II進(jìn)行了FIR數(shù)字濾波器的前仿真和后仿真,將仿真的結(jié)果和Matlab中原理驗(yàn)證時(shí)得到的理想值進(jìn)行了比較,并對(duì)所產(chǎn)生的誤差進(jìn)行了分析。仿真結(jié)果表明:本16階FIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)截止頻率為1MHz的低通濾波,并且工作頻率可達(dá)150MHz以上。
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本文主要研究了認(rèn)知無(wú)線電頻譜感知功能的關(guān)鍵技術(shù)以及硬件實(shí)現(xiàn)方法。首先,提出了認(rèn)知無(wú)線電頻譜感知功能的硬件實(shí)現(xiàn)框圖,包括射頻前端部分和數(shù)字信號(hào)處理部分,接著簡(jiǎn)單介紹了射頻前端電路的功能與特性,最后重點(diǎn)介紹了數(shù)字信號(hào)處理部分的FPGA實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證過(guò)程。 數(shù)字處理部分主要實(shí)現(xiàn)寬帶信號(hào)的短時(shí)傅立葉分析,將中頻寬帶數(shù)字信號(hào)通過(guò)基于多相濾波器組的下變頻模塊,實(shí)現(xiàn)并行多通道的數(shù)字下變頻,然后對(duì)每個(gè)信道進(jìn)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(hào)的時(shí)頻關(guān)系。整個(gè)系統(tǒng)主要包括:延時(shí)抽取模塊、多相濾波器模塊、32點(diǎn)開(kāi)關(guān)式流水線FFT模塊、滑動(dòng)窗緩沖區(qū)、256點(diǎn)流水線FFT模塊等。 本設(shè)計(jì)采用Verilog HDL硬件描述語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì),基于Xilinx公司的Virtex-4XC4VSX35芯片。整個(gè)系統(tǒng)采用全同步設(shè)計(jì),可穩(wěn)定工作于200MHz,其分析帶寬高達(dá)65MHz,具有很高的使用價(jià)值。
標(biāo)簽: FPGA 認(rèn)知無(wú)線電 感知功能
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軟件無(wú)線電作為一種新的無(wú)線通信概念和體制,近年來(lái)隨著3G標(biāo)準(zhǔn)的提出,日益受到國(guó)內(nèi)外相關(guān)通信廠商的重視。尤其是基于軟件無(wú)線電和智能天線技術(shù)的TD-SCDMA作為通信史上第一個(gè)“中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)”,有望扭轉(zhuǎn)多年來(lái)我國(guó)移動(dòng)通信制造業(yè)的被動(dòng)局面,是實(shí)現(xiàn)信息產(chǎn)業(yè)騰飛的一個(gè)絕好機(jī)會(huì)。軟件無(wú)線電使得通信體制具有很好的通用性、靈活性和可配置性,并使系統(tǒng)互聯(lián)和升級(jí)變得容易。本文以軟件無(wú)線電中的FIR濾波器為線索,貫穿了信號(hào)重構(gòu)、多抽樣率信號(hào)處理、積分梳狀濾波器等理論分析,重點(diǎn)闡釋了FIR濾波器的設(shè)計(jì)方法及濾波器的FPGA實(shí)現(xiàn)等技術(shù)問(wèn)題。 本文首先針對(duì)軟件無(wú)線電中的多抽樣率信號(hào)處理理論進(jìn)行了討論和分析。討論了軟件無(wú)線電中如何實(shí)現(xiàn)整數(shù)倍抽取、整數(shù)倍內(nèi)插、分?jǐn)?shù)倍抽樣率變換,并分析了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的等效變換、多相濾波及積分梳狀濾波器的設(shè)計(jì)理論。 緊接著重點(diǎn)闡述了軟件無(wú)線電中FIR濾波器的設(shè)計(jì)理論,包括窗函數(shù)法、頻率抽樣法及等紋波法。分析了各種設(shè)計(jì)方法所能達(dá)到的性能指標(biāo)及優(yōu)缺點(diǎn),并結(jié)合工程實(shí)例給出了相關(guān)的Matlab程序。并對(duì)FIR濾波器結(jié)構(gòu)的選擇及系數(shù)字長(zhǎng)的確定等問(wèn)題進(jìn)行了分析。此外,也介紹了在Matlab進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)時(shí)一些常用函數(shù)和命令的用法。 本文選用FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)中頻軟件無(wú)線電,F(xiàn)PGA與參數(shù)化ASIC、DSP比較有很多優(yōu)勢(shì),它不但在功耗、體積、成本方面優(yōu)于參數(shù)化ASIC、DSP,而且處理效率高、現(xiàn)場(chǎng)可編程性能良好。不同于DSP的單流處理方式,F(xiàn)PGA是多流并行處理,這種處理方式使FPGA能完成DSP難以實(shí)現(xiàn)的許多功能。在簡(jiǎn)單介紹了FPGA的一般原理,以及FPGA設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)和在信號(hào)處理中的設(shè)計(jì)原則以后,重點(diǎn)介紹了FIR濾波器的FPGA實(shí)現(xiàn)方法。提出了分布式算法、加法器網(wǎng)絡(luò)法以及分段FIFO等實(shí)現(xiàn)方法。最后,提出了一種QuartusII與MATLAB聯(lián)合仿真的方法。此方法能夠直觀的檢驗(yàn)濾波器的濾波效果,提高設(shè)計(jì)效率。并結(jié)合工程實(shí)例詳盡的介紹了FIR濾波器的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程。
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根據(jù)雷達(dá)、圖像、通信等領(lǐng)域?qū)π盘?hào)高速處理的要求,研究人員正尋求新的高速的數(shù)字信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)方法,以滿足這種高速地處理數(shù)據(jù)的需要。 本文對(duì)單片F(xiàn)PGA的雷達(dá)處理機(jī)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究。文章根據(jù)線性調(diào)頻信號(hào)脈沖壓縮理論,選擇合適的加窗函數(shù),對(duì)線性調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行脈沖壓縮,得出仿真結(jié)果;完成了雷達(dá)信號(hào)處理部分的PCB制版;確定了與其他PCB板之間的接口關(guān)系;編寫(xiě)了FPGA程序,采用DA算法并根據(jù)FIR原理實(shí)現(xiàn)32階濾波器,進(jìn)行了脈沖壓縮處理。
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Turbo碼是一類并行級(jí)聯(lián)的系統(tǒng)卷積碼,它是在綜合級(jí)聯(lián)碼、最大后驗(yàn)概率(MAP)譯碼、軟輸入軟輸出及迭代譯碼等理論基礎(chǔ)上的一種創(chuàng)新。Turbo碼的基本原理是通過(guò)對(duì)編碼器結(jié)構(gòu)的巧妙設(shè)計(jì),多個(gè)子碼通過(guò)交織器隔離進(jìn)行并行級(jí)聯(lián)編碼輸出,增大了碼距。譯碼器則以類似內(nèi)燃機(jī)引擎廢氣反復(fù)利用的機(jī)理進(jìn)行迭代譯碼以反復(fù)利用有效信息流,從而獲得卓越的糾錯(cuò)能力。計(jì)算機(jī)仿真表明,Turbo碼不但在加性高斯噪聲信道下性能優(yōu)越,而且具有很強(qiáng)的抗衰落、抗干擾能力,當(dāng)交織長(zhǎng)度足夠長(zhǎng)時(shí),其糾錯(cuò)性能接近香農(nóng)極限。 FPGA(FieldProgrammableGateArray),即現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列,是在PAL、GAL、EPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。FPGA技術(shù)具有大規(guī)模、高集成度、高可靠性、設(shè)計(jì)周期短、投資小、靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),逐步成為復(fù)雜數(shù)字硬件電路設(shè)計(jì)的理想選擇。 本論文以東南大學(xué)移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)室B3G課題組提出的“支持多天線的廣義多載波無(wú)線傳輸技術(shù)”(MIMO-GMC)為背景,分析了Turbo譯碼算法,并針對(duì)MIMO-GMC系統(tǒng)的迭代接收機(jī)中所采用的外信息保留和聯(lián)合檢測(cè)譯碼迭代的特點(diǎn),完成了采用滑動(dòng)窗Log-MAP算法的軟輸入、軟輸出的Turbo譯碼器的設(shè)計(jì)。整個(gè)譯碼器模塊的設(shè)計(jì)采用Verilog語(yǔ)言描述,并在VirtexⅡPro系列FPGA芯片上實(shí)現(xiàn)。
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針對(duì)現(xiàn)代中低壓電網(wǎng)電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)及諧波治理的需要,論文綜合運(yùn)用嵌入式技術(shù)、現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)了一種新型低功耗、集成化的電網(wǎng)參數(shù)監(jiān)測(cè)儀。此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)三相電網(wǎng)相/線電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、電網(wǎng)頻率、功率因數(shù)以及三相電壓、電流的31次以內(nèi)諧波的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 論文分析了基于微處理器的電力系統(tǒng)基本參數(shù)的測(cè)量原理;對(duì)被測(cè)信號(hào)的交流參量通過(guò)抽樣方法獲得,由多點(diǎn)的抽樣數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到的結(jié)果可以減小隨機(jī)誤差的影響;基于DFT和FFT的諧波測(cè)量原理,將FFT應(yīng)用于諧波分析獲得信號(hào)的頻域參數(shù);針對(duì)諧波測(cè)量中的混疊誤差設(shè)計(jì)了二階抗混疊濾波器;分析了非同步采樣和對(duì)非時(shí)限信號(hào)的截?cái)嘣斐傻念l譜泄露和柵欄效應(yīng)及其對(duì)諧波測(cè)量精度的影響。討論了常用的幾種窗函數(shù)對(duì)頻譜泄漏的抑制作用,在此基礎(chǔ)上選擇加海明窗對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行處理;針對(duì)DDS具有高精度頻率合成的特點(diǎn),將其應(yīng)用到電網(wǎng)信號(hào)的采樣上,提高了采樣的同步性,使得測(cè)量精度滿足了系統(tǒng)的要求。上述方法需要大量快速的迭代運(yùn)算,系統(tǒng)微處理器選用了32位ARM芯片LPC2132,提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力和實(shí)時(shí)性。系統(tǒng)供電電源采用了開(kāi)關(guān)電源、減小了體積,提高了效率;完成了下位機(jī)數(shù)據(jù)采集部分、二階抗混疊濾波器、測(cè)頻電路及通信模塊電路的設(shè)計(jì);最后介紹了軟件設(shè)計(jì)部分,主要包含了數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)過(guò)程,F(xiàn)FT程序的設(shè)計(jì),給出了各部分程序的流程圖;系統(tǒng)上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)了電網(wǎng)數(shù)據(jù)處理程序,該軟件以LabWindows/CVI6.0為開(kāi)發(fā)平臺(tái),利用CVI豐富的庫(kù)函數(shù),完成對(duì)數(shù)據(jù)的處理、顯示和記錄等工作,并采用雙線程運(yùn)行模式,在數(shù)據(jù)采集和處理的同時(shí)完成了顯示、命令的發(fā)送和運(yùn)行曲線等功能。 按上述方案設(shè)計(jì)的樣機(jī)經(jīng)過(guò)三次電路制作與軟件調(diào)試,主要技術(shù)參數(shù)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,通過(guò)了實(shí)驗(yàn)室測(cè)試,目前正在電力系統(tǒng)諧波治理系統(tǒng)中進(jìn)行工業(yè)實(shí)驗(yàn)。
標(biāo)簽: ARM 電網(wǎng)參數(shù) 儀的研制 監(jiān)測(cè)
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本論文圍繞大容量汽輪發(fā)電機(jī)的進(jìn)相運(yùn)行展開(kāi)了研究工作。全文共分七章。第一章首先闡述了發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行的重要性和迫切性,對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)方面的研究概況作了較為系統(tǒng)全面的綜述,并對(duì)本論文的研究?jī)?nèi)容作了簡(jiǎn)單介紹。第二章給出了低頻三維渦流電磁場(chǎng)的復(fù)邊值問(wèn)題,并介紹了復(fù)矢量場(chǎng)的一些理論基礎(chǔ)。然后分別利用伴隨算子和伴隨場(chǎng)函數(shù)(廣義相互作用原理)、最小作用原理和拉格朗日乘子法(廣義變分原理),建立了低頻三維渦流電磁場(chǎng)中非自伴算子問(wèn)題的變分描述。上述三種方法所得的結(jié)果與Galerkin法的結(jié)果完全一致。第三章介紹了圓柱坐標(biāo)系下基于拱形體單元的三維穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)有限元計(jì)算模型,并將變分法的結(jié)果與Galerkin法的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。第四章建立了汽輪發(fā)電機(jī)端部三維行波渦流電磁場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型,在渦流控制方程中引入了罰函數(shù)項(xiàng)以使庫(kù)倫規(guī)范自動(dòng)滿足,并應(yīng)用廣義相互作用原理導(dǎo)出了對(duì)應(yīng)的泛函變分及其有限元計(jì)算格式。然后對(duì)多臺(tái)大容量汽輪發(fā)電機(jī)端部的渦流電磁場(chǎng)進(jìn)行了實(shí)例計(jì)算,并分析了罰函數(shù)項(xiàng)對(duì)數(shù)值解穩(wěn)定性的影響以及影響端部電磁場(chǎng)的各種因素。第五章建立了大型汽輪發(fā)電機(jī)端部三維溫度場(chǎng)的有限元計(jì)算模型,并應(yīng)用傳熱學(xué)理論研究了散熱系數(shù)、等效熱傳導(dǎo)系數(shù)等問(wèn)題。然后求解了QFSS-300-2型汽輪發(fā)電機(jī)端部大壓圈上的三維溫度場(chǎng)分布,并與兩臺(tái)機(jī)組多種工況下的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比。第六章介紹了二維穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)的邊值問(wèn)題及其等價(jià)變分,導(dǎo)出了其有限元計(jì)算格式。然后求解了QFQS-200-2型汽輪發(fā)電機(jī)端部壓圈上的溫度分布,并與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比。第七章首先定性研究了汽輪發(fā)電機(jī)從遲相運(yùn)行到進(jìn)相運(yùn)行過(guò)程中不同區(qū)域上磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化規(guī)律。然后介紹了發(fā)電機(jī)變參數(shù)數(shù)學(xué)模型,結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)以及最小二乘回歸分析計(jì)算了發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的相關(guān)電氣參數(shù),并分析了發(fā)電機(jī)各物理量之間的相互關(guān)系。隨后分析了不同工況下發(fā)電機(jī)端部結(jié)構(gòu)件上的渦流損耗及溫升的變化趨勢(shì)。最后,利用發(fā)電機(jī)變參數(shù)模型給出了發(fā)電機(jī)的飽和功角特性、靜穩(wěn)極限以及運(yùn)行極限圖。
標(biāo)簽: 大型 分 汽輪發(fā)電機(jī) 物理
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SystemView的庫(kù)資源十分豐富,包括含若干圖標(biāo)的基本庫(kù)(Main Library)及專業(yè)庫(kù)(Optional Library),基本庫(kù)中包括多種信號(hào)源、接收器、加法器、乘法器,各種函數(shù)運(yùn)算器等;專業(yè)庫(kù)有通訊(Communication)、邏輯(Logic)、數(shù)字信號(hào)處理(DSP)、射頻/模擬(RF/Analog)等;它們特別適合于現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真和方案論證,尤其適合于無(wú)線電話、無(wú)繩電話、尋呼機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、衛(wèi)星通訊等通信系統(tǒng);并可進(jìn)行各種系統(tǒng)時(shí)域和頻域分析、譜分析,及對(duì)各種邏輯電路、射頻/模擬電路(混合器、放大器、RLC電路、運(yùn)放電路等)進(jìn)行理論分析和失真分析。 System View能自動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)連接檢查,給出連接錯(cuò)誤信息或尚懸空的待連接端信息,通知用戶連接出錯(cuò)并通過(guò)顯示指出出錯(cuò)的圖標(biāo)。這個(gè)特點(diǎn)對(duì)用戶系統(tǒng)的診斷是十分有效的。 System View的另一重要特點(diǎn)是它可以從各種不同角度、以不同方式,按要求設(shè)計(jì)多種濾波器,并可自動(dòng)完成濾波器各指標(biāo)—如幅頻特性(伯特圖)、傳遞函數(shù)、根軌跡圖等之間的轉(zhuǎn)換。 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真分析方面,System View還提供了一個(gè)真實(shí)而靈活的窗口用以檢查、分析系統(tǒng)波形。在窗口內(nèi),可以通過(guò)鼠標(biāo)方便地控制內(nèi)部數(shù)據(jù)的圖形放大、縮小、滾動(dòng)等。另外,分析窗中還帶有一個(gè)功能強(qiáng)大的“接收計(jì)算器”,可以完成對(duì)仿真運(yùn)行結(jié)果的各種運(yùn)算、譜分析、濾波。 System View還具有與外部文件的接口,可直接獲得并處理輸入/輸出數(shù)據(jù)。提供了與編程語(yǔ)言VC++或仿真工具M(jìn)atlab的接口,可以很方便的調(diào)用其函數(shù)。還具備與硬件設(shè)計(jì)的接口:與Xilinx公司的軟件Core Generator配套,可以將System View系統(tǒng)中的部分器件生成下載FPGA芯片所需的數(shù)據(jù)文件;另外,System View還有與DSP芯片設(shè)計(jì)的接口,可以將其DSP庫(kù)中的部分器件生成DSP芯片編程的C語(yǔ)言源代碼。
標(biāo)簽: SYSTEMVIEW 教材
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如何應(yīng)用PC的基礎(chǔ)語(yǔ)言進(jìn)行波形函數(shù)值運(yùn)算求得對(duì)應(yīng)函數(shù)值再加以存盤(pán)例如正弦波三角波對(duì)數(shù)波調(diào)變波等或其它各種函數(shù)具體方法如下取函數(shù)值文件與主程序連接形成一智能型多功能函數(shù)信號(hào)發(fā)生器在WAVRASM程序下作調(diào)試然后將程序轉(zhuǎn)換燒寫(xiě)在AVR內(nèi)PROM或AVR擴(kuò)展系統(tǒng)的多組并聯(lián)輸出控制中插于正弦公司所設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的SN-AVREP萬(wàn)用實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)電路中即研制出一部微電腦智能型多功能函數(shù)波信號(hào)發(fā)生器這是本實(shí)驗(yàn)的主要目的
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本文深入研究基于美國(guó)德州儀器公司(TI)TMS320C5410DSP芯片的濾波器系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)方法,用窗冂設(shè)計(jì)法實(shí)現(xiàn)FIR濾波器,給出了MATLAB仿真結(jié)果,并在以TI TMS320C5410為微處理器的DSK上實(shí)現(xiàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明濾波結(jié)果效果良好,達(dá)到了預(yù)期的性能指標(biāo),用時(shí)間抽取法實(shí)現(xiàn)的FFT/IFFT算法,介紹了自適應(yīng)濾波器的基本原理及應(yīng)用,并對(duì)LMS算法進(jìn)行了深入的研究。
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