文章開篇提出了開發(fā)背景。認為現(xiàn)在所廣泛應用的開關電源都是基于傳統(tǒng)的分立元件組成的。它的特點是頻率范圍窄、電力小、功能少、器件多、成本較高、精度低，對不同的客戶要求來“量身定做”不同的產品，同時幾乎沒有通用性和可移植性。在電子技術飛速發(fā)展的今天，這種傳統(tǒng)的模擬開關電源已經(jīng)很難跟上時代的發(fā)展步伐。 隨著DSP、ASIC等電子器件的小型化、高速化，開關電源的控制部分正在向數(shù)字化方向發(fā)展。由于數(shù)字化，使開關電源的控制部分的智能化、零件的共通化、電源的動作狀態(tài)的遠距離監(jiān)測成為了可能，同時由于它的智能化、零件的共通化使得它能夠靈活地應對不同客戶的需求，這就降低了開發(fā)周期和成本。依靠現(xiàn)代數(shù)字化控制和數(shù)字信號處理新技術，數(shù)字化開關電源有著廣闊的發(fā)展空間。 在數(shù)字化領域的今天，最后一個沒有數(shù)字化的堡壘就是電源領域。近年來，數(shù)字電源的研究勢頭與日俱增，成果也越來越多。雖然目前中國制造的開關電源占了世界市場的80％以上，但都是傳統(tǒng)的比較低端的模擬電源。高端市場上幾乎沒有我們份額。 本論文研究的主要內容是在傳統(tǒng)開關電源模擬調節(jié)器的基礎上，提出了一種新的數(shù)字化調節(jié)器方案，即基于DSP和FPGA的數(shù)字化PID調節(jié)器。論文對系統(tǒng)方案和電路進行了較為具體的設計，并通過測試取得了預期結果。測試證明該方案能夠適合本行業(yè)時代發(fā)展的步伐，使系統(tǒng)電路更簡單，精度更高，通用性更強。同時該方案也可用于相關領域。 本文首先分析了國內外開關電源發(fā)展的現(xiàn)狀，以及研究數(shù)字化開關電源的意義。然后提出了數(shù)字化開關電源的總體設計框圖和實現(xiàn)方案，并與傳統(tǒng)的開關電源做了較為詳細的比較。本論文的設計方案是采用DSP技術和FPGA技術來做數(shù)字化PID調節(jié)，通過數(shù)字化PID算法產生PWM波來控制斬波器，控制主回路。從而取代傳統(tǒng)的模擬PID調節(jié)器，使電路更簡單，精度更高，通用性更強。傳統(tǒng)的模擬開關電源是將電流電壓反饋信號做PID調節(jié)后--分立元器件構成，采用專用脈寬調制芯片實現(xiàn)PWM控制。電流反饋信號來自主回路的電流取樣，電壓反饋信號來自主回路的電壓采樣。再將這兩個信號分別送至電流調節(jié)器和電壓調節(jié)器的反相輸入端，用來實現(xiàn)閉環(huán)控制。同時用來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性及實現(xiàn)系統(tǒng)的過流過壓保護、電流和電壓值的顯示。電壓、電流的給定信號則由單片機或電位器提供。再次，文章對各個模塊從理論和實際的上都做了仔細的分析和設計，并給出了具體的電路圖，同時寫出了軟件流程圖以及設計中應該注意的地方。整個系統(tǒng)由DSP板和ADC板組成。DSP板完成PWM生成、PID運算、環(huán)境開關量檢測、環(huán)境開關量生成以及本地控制。ADC板主要完成前饋電壓信號采集、負載電壓信號采集、負載電流信號采集、以及對信號的一階數(shù)字低通濾波。由于整個系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng)，要求采樣速率相當高。本系統(tǒng)采用FPGA來控制ADC，這樣就避免了高速采樣占用系統(tǒng)資源的問題，減輕了DSP的負擔。DSP可以將讀到的ADC信號做PID調節(jié)，從而產生PWM波來控制逆變橋的開關速率，從而達到閉環(huán)控制的目的。 最后，對數(shù)字化開關電源和模擬開關電源做了對比測試，得出了預期結論。同時也提出了一些需要改進的地方，認為該方案在其他相關行業(yè)中可以廣泛地應用。模擬控制電路因為使用許多零件而需要很大空間，這些零件的參數(shù)值還會隨著使用時間、溫度和其它環(huán)境條件的改變而變動并對系統(tǒng)穩(wěn)定性和響應能力造成負面影響。數(shù)字電源則剛好相反，同時數(shù)字控制還能讓硬件頻繁重復使用、加快上市時間以及減少開發(fā)成本與風險。在當前對產品要求體積小、智能化、共通化、精度高和穩(wěn)定度好等前提條件下，數(shù)字化開關電源有著廣闊的發(fā)展空間。本系統(tǒng)來基本上達到了設計要求。能夠滿足較高精度的設計要求。但對于高精度數(shù)字化電源，系統(tǒng)還有值得改進的地方，比如改進主控器，提高參考電壓的精度，提高采樣器件的精度等，都可以提高系統(tǒng)的精度。 本系統(tǒng)涉及電子、通信和測控等技術領域，將數(shù)字PID算法與電力電子技術、通信技術等有機地結合了起來。本系統(tǒng)的設計方案不僅可以用在電源控制器上，只要是相關的領域都可以采用。
上傳時間： 2013-06-21
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移動通信是目前通信技術中發(fā)展最快的領域之一，CDMA技術憑借其良好的抗噪性、保密性和低功率等優(yōu)勢成為第三代移動通信的關鍵技術。目前大規(guī)模可編程邏輯器件FPGA為CDMA移動通信系統(tǒng)的設計提供了新的技術手段。 本文在深入分析CDMA通信系統(tǒng)的原理和特點的基礎上，提出了CDMA基站基帶系統(tǒng)的總體設計方案，論述了CDMA基站基帶系統(tǒng)前向鏈路和反向鏈路中各個信號處理模塊的工作原理，對CRC編碼模塊、卷積編碼模塊、塊交織器、PN碼生成器、Walsh碼發(fā)生器、基帶成形濾波器、QPSK調制器、PN碼捕獲與跟蹤模塊、Viterbi譯碼器等CDMA基站基帶系統(tǒng)的各個模塊進行了基于FPGA的建模和設計，取得了一些有價值的階段性成果。這些對CDMA移動通信系統(tǒng)進行深入探索、研究和設計，具有一定的學術意義和應用價值。
標簽： FPGA CDMA 基站 基帶系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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現(xiàn)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(fā)等優(yōu)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(shù)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(shù)字控制系統(tǒng)軟件設計以及逆變器硬件電路設計，并對試驗中發(fā)現(xiàn)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(qū)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(tài)調整。在控制系統(tǒng)軟件設計方面，采用FPGA自上而下的設計方法，對其控制系統(tǒng)進行了功能劃分，完成了DDS標準正弦波發(fā)生器、三角波發(fā)生器、SPWM產生器以及加入死區(qū)補償?shù)腜WM發(fā)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(xiàn)象，分析其產生機理，給出常用的解決措施，改進了系統(tǒng)性能。
上傳時間： 2013-07-06
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正交頻分復用(OFDM)技術是一種多載波數(shù)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(tǒng)(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(qū)別于其他調制技術的巨大優(yōu)勢；然后針對OFDM中的信道估計技術，深入分析了基于FFT級聯(lián)的信道估計理論和基于聯(lián)合最大似然函數(shù)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(tǒng)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(tǒng)仿真平臺。在此平臺上，對OFDM系統(tǒng)在多徑衰落、高斯白噪聲等多種不同的模型參數(shù)下進行了仿真，并給出了數(shù)據(jù)曲線，通過分析結果可正確評價OFDM系統(tǒng)在多個方面的性能。 在綜合了OFDM的系統(tǒng)架構和仿真分析之后，設計并實現(xiàn)了基于FPGA的OFDM調制解調系統(tǒng)。首先根據(jù)802.16協(xié)議和OFDM系統(tǒng)的具體要求，設定了合理的參數(shù)；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(huán)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(xiàn)過程，并給出了相應的仿真波形和參數(shù)說明。其中，針對定點運算的局限性，為系統(tǒng)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(tǒng)參數(shù)允許的范圍內，充分利用了有限資源，提高了系統(tǒng)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(yōu)化和設計實現(xiàn)，針對原始快速傅立葉變換FPGA實現(xiàn)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(yè)功能、資源占用較少的快速傅立葉變換優(yōu)化算法設計方案，使之運用于OFDM基帶處理系統(tǒng)當中并加以實現(xiàn)，結果滿足系統(tǒng)參數(shù)的需求。最后以理論分析為依據(jù)，對整個OFDM的基帶處理系統(tǒng)進行了系統(tǒng)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(tǒng)的設計、仿真和實現(xiàn)。本設計為OFDM通信系統(tǒng)的進一步改進提供了大量有用的數(shù)據(jù)。
上傳時間： 2013-04-24
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偏移正交相移鍵控(OQPSK：Offset Quadrature Phase Shift Keying)調制技術是一種恒包絡調制技術，具有頻譜利用率高、頻譜特性好等特點，廣泛應用于衛(wèi)星通信和移動通信領域。 論文以某型偵收設備中OQPSK解調器的全數(shù)字化為研究背景，設計并實現(xiàn)了基于FPGA的全數(shù)字OQPSK調制解調器，其中調制器主要用于仿真未知信號，作為測試信號源。論文研究了全數(shù)字OQPSK調制解調的基本算法，包括成形濾波器、NCO模型、載波恢復、定時恢復等；完成了整個調制解調算法的MATLAB仿真。在此基礎上，采用VHDL硬件描述語言在Xilinx公司ISE7.1開發(fā)環(huán)境下設計并實現(xiàn)了各個算法模塊，并在硬件平臺上加以實現(xiàn)。通過實際現(xiàn)場測試，實現(xiàn)了對所偵收信號的正確解調。論文還實現(xiàn)了解調器的百兆以太網(wǎng)接口，使得系統(tǒng)可以方便地將解調數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機進行后續(xù)處理。
上傳時間： 2013-05-19
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本文以Turbo碼編譯碼器的FPGA實現(xiàn)為目標，對Turbo碼的編譯碼算法和用硬件語言將其實現(xiàn)進行了深入的研究。 首先，在理論上對Turbo碼的編譯碼原理進行了介紹，確定了Max-log-MAF算法的譯碼算法，結合CCSDS標準，在實現(xiàn)編碼器時，針對標準中給定的幀長、碼率與交織算法，以及偽隨機序列模塊與幀同步模塊，提出了相應解決方案；而在相應的譯碼器設計中，采用了FPGA設計中“自上而下”的設計方法，權衡硬件實現(xiàn)復雜度與處理時延等因素，優(yōu)先考慮面積因素，提高元件的重復利用率和降低電路復雜度，來實現(xiàn)Turbo碼的Max-log-MAP算法譯碼。把整個系統(tǒng)分割成不同的功能模塊，分別闡述了實現(xiàn)過程。 然后，基于Verilog HDL 設計出12位固點數(shù)據(jù)的Turbo編譯碼器以及仿真驗證平臺，與用Matlab語言設計的相同指標的浮點數(shù)據(jù)譯碼器進行性能比較，得到該設計的功能驗證。 最后，研究了Tuxbo碼譯碼器幾項最新技術，如滑動窗譯碼，歸一化處理，停止迭代技術結合流水線電路設計，將改進后的譯碼器與先前設計的譯碼器分別在ISE開發(fā)環(huán)境中針對目標器件xilinx Virtex-Ⅱ500進行電路綜合，證實了這些改進技術能有效地提高譯碼器的吞吐量，減少譯碼時延和存儲器面積從而降低功耗。
上傳時間： 2013-04-24
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光纖水聽器自問世以來，在巨大的軍事價值和民用價值推動下得到了迅速發(fā)展，已逐漸從實驗室研究階段走向工程應用。同時隨著光纖水聽器的不斷發(fā)展，對水聲信號的檢測技術以及數(shù)字處理能力也提出了新的要求。論文在此背景下開展了一系列研究工作，并提出了利用FPGA(Field ProgrammableGate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)實現(xiàn)光纖3×3耦合器解調算法的新思路。 目前干涉型光纖水聽器的解調一般采用PGC(Phase Generated Carrier，相位生成載波技術)技術和基于3×3光纖耦合器干涉的解調技術。PGC技術在解調過程中引入了載波信號，它對采樣率，激光器等的要求都較高，因此我們把目光投向3×3耦合器解調技術，文中對其解調原理進行了闡述，對采樣率的確定進行了討論，并對3×3耦合器三路輸出不對稱的情況進行了分析，最后在本文的結論部分提出了基于3×3耦合器解調的改良方案。 目前，光纖信號數(shù)字化解調的硬件實現(xiàn)采用DSP(Digital Signal Process，可編程數(shù)字信號處理器)信號處理機，與之相比，F(xiàn)PGA解調具有速度快、資源占用少、易于擴展等優(yōu)勢。本文對FPGA與DSP、ASIC(application-specificintegrated circuit，專用集成電路)實現(xiàn)方案進行了對比，分析了適合利用FPGA實現(xiàn)的算法所應具備的特征；介紹了3×3耦合器解調算法中各個模塊的設計情況；分析了系統(tǒng)的工作情況，硬件的構造及芯片的選擇，最后驗證了利用FPGA可以實現(xiàn)3×3耦合器解調算法。
上傳時間： 2013-07-03
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數(shù)字存儲示波器（DSO）上世紀八十年代開始出現(xiàn)，由于當時它的帶寬和分辨率較低，實時性較差，沒有具備模擬示波器的某些特點，因此并沒有受到人們的重視。隨著數(shù)字電路、大規(guī)模集成電路及微處理器技術的發(fā)展，尤其是高速模/數(shù)（A/D）轉換器及半導體存儲器（RAM）的發(fā)展，數(shù)字存儲示波器的采樣速率和實時性能得到了很大的提高，在工程測量中，越來越多的工程師用DSO來替代模擬示波器。 本文介紹了一款雙通道采樣速率達1GHz，分辨率為8Bits，實時帶寬為200MHz數(shù)字存儲示波器的研制。通過對具體功能和技術指標的分析，提出了FPGA＋ARM架構的技術方案。然后，本文分模塊詳細敘述了整機系統(tǒng)中部分模塊，包括前端高速A/D轉換器和FPGA的硬件模塊設計，數(shù)據(jù)處理模塊軟件的設計，以及DSO的GPIB擴展接口邏輯模塊的設計。 本文在分析了傳統(tǒng)DSO架構的基礎上，提出了本系統(tǒng)的設計思想和實現(xiàn)方案。在高速A/D選擇上，國家半導體公司2005年推出的雙通道采樣速率達500MHz高速A/D轉換器芯片ADC08D500，利用其雙邊沿采樣模式（DES）實現(xiàn)對單通道1GHz的采樣速率，并且用Xilinx公司Spraten-3E系列FPGA作為數(shù)據(jù)緩沖單元和存儲單元，提高了系統(tǒng)的集成度和穩(wěn)定性。其中，F(xiàn)PGA緩沖單元完成對不同時基情況下多通道數(shù)據(jù)的抽取，處理單元完成對數(shù)據(jù)正弦內插的計算，而DSO中其余數(shù)據(jù)處理功能包括數(shù)字濾波和FFT設計在后端的ARM內完成。DSO中常用的GPIB接口放在FPGA內集成，不僅充分利用了FPGA內豐富的邏輯資源，而且降低了整機成本，也減少了電路規(guī)模。 最后，利用ChipscopePro工具對采樣系統(tǒng)進行調試，并分析了數(shù)據(jù)中的壞數(shù)據(jù)產生的原因，提出了解決方案, 并給出了FPGA接收高速A/D的正確數(shù)據(jù)。
標簽： FPGA 高速實時數(shù) 字存儲 示波器
上傳時間： 2013-07-07
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隨著紅外焦平面陣列的不斷發(fā)展，紅外技術的應用范圍將越來越廣泛。焦平面面陣探測器的一個最大的缺點是固有的非均勻性。本文首先介紹了紅外熱成像技術的發(fā)展，討論了紅外焦平面陣列的基本原理和工作方式，分析了紅外非均勻性產生的原因。其次研究了幾種主要的非均勻校正方法以及焦平面陣列元的盲元檢測和補償?shù)姆椒ǎ瑢t外圖像處理技術做了研究。 本文研究的探測器是法國ULIS公司的320×240非制冷微測輻射熱計焦平面陣列探測器。主要研究對其輸出信號進行非均勻性校正和圖像增強。最后針對這一課題編寫了基于FPGA的兩點校正、兩點加一點校正、全局非均勻校正算法和紅外圖像直方圖均衡化增強程序，并對三種校正方法做了比較。
上傳時間： 2013-08-03
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現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)是一種現(xiàn)場可編程專用集成電路，它將門陣列的通用結構與現(xiàn)場可編程的特性結合于一體，如今，F(xiàn)PGA系列器件已成為最受歡迎的器件之一。隨著FPGA器件的廣泛應用，它在數(shù)字系統(tǒng)中的作用日益變得重要，它所要求的準確性也變得更高。因此，對FPGA器件的故障測試和故障診斷方法進行更全面的研究具有重要意義。隨著FPGA器件的迅速發(fā)展，F(xiàn)PGA的密度和復雜程度也越來越高，使大量的故障難以使用傳統(tǒng)方法進行測試，所以人們把視線轉向了可測性設計(DFT)問題。可測性設計的提出為解決測試問題開辟了新的有效途徑，而邊界掃描測試方法是其中一個重要的技術。 本文對FPGA的故障模型及其測試技術和邊界掃描測試的相關理論與方法進行了詳細的探討，給出了利用布爾矩陣理論建立的邊界掃描測試過程的數(shù)學描述和數(shù)學模型。論文中首先討論邊界掃描測試中的測試優(yōu)化問題，總結解決兩類優(yōu)化問題的現(xiàn)有算法，分別對它們的優(yōu)缺點進行了對比，進而提出對兩種現(xiàn)有算法的改進思想，并且比較了改進前后優(yōu)化算法的性能。另外，本文還對FPGA連線資源中基于邊界掃描測試技術的自適應完備診斷算法進行了深入研究。在研究過程中，本文基于自適應完備診斷的思想對原有自適應診斷算法的性能進行了分析，并將獨立測試集和測試矩陣的概念引入原有自適應診斷算法中，使改進后的優(yōu)化算法能夠簡化原算法的實現(xiàn)過程，并實現(xiàn)完備診斷的目標。最后利用測試仿真模型證明了優(yōu)化算法能夠更有效地實現(xiàn)完備診斷的目標，在緊湊性指標與測試復雜性方面比現(xiàn)在算法均有所改進，實現(xiàn)了算法的優(yōu)化。
上傳時間： 2013-06-30
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