隨著列車自動化控制和現場總線技術的發展,基于分布式控制系統的列車通信網絡技術TCN(IEC-61375)在現代高速列車上得到廣泛應用。TCN協議將列車通信網絡分為絞線式列車總線WTB和多功能車輛總線MVB,其中WTB實現對開式列車中的互聯車輛間的數據傳輸和通信,MVB實現車載設備的協同工作和互相交換信息。 本文介紹了國內外列車通信網絡的發展情況和各自優勢,分析了MVB一類設備底層協議。研究利用FPGA實現MVB控制芯片MVBC,用ARM作為微處理器實現MVB一類設備的嵌入式解決方案。其中,在FPGA芯片中主要采用自頂向下的設計方法,RLT硬件描述語言實現MVB控制芯片MVBC一類設備的主要功能,包括幀編碼器、幀解碼器和邏輯接口單元。ARM主要完成了軟件程序的編寫和實時操作系統的移植。在eCos實時操作系統上,完成了驅動和上層應用程序,包括端口初始化、端口配置、幀收發指令和報文分析。 為了驗證設計的正確性,在設計的硬件平臺基礎上,搭建了MVB通信網絡的最小系統,對網絡進行系統功能測試。測試結果表明:設計方案正確,達到了設計的預期要求。
上傳時間: 2013-08-03
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數字圖像通信的最廣泛的應用就是數字電視廣播系統,與以往的模擬電視業務相比,數字電視在節省頻譜資源、提高節目質量方面帶來了一場新的革命,而與此對應的DVB(Digital Video Broadcasting)標準的建立更是加速了數字電視廣播系統的大規模應用。DVB標準選定MPEG—2標準作為音頻及視頻的編碼壓縮方式,隨后對MPEG—2碼流進行打包形成TS流(transport stream),進行多個傳輸流復用,最后通過不同媒介進行傳輸。在DVB標準的傳輸系統中,無論是衛星傳輸,電纜傳輸還是地面傳輸,為了保障圖像質量,使數字節目在傳輸過程中避免出現因受到各種信道噪聲干擾而出現失真的現象,都采用了信道編碼的方式來保護傳輸數據。信道編碼是數字通信系統中一個必需的、重要的環節。 信道編碼設計方案的優劣決定了DVB系統的成功與否,本文重點研究了DVB系統中的信道編碼算法及其FPGA實現方案,主要進行了如下幾項工作: 1)介紹了DVB系統信道編碼的基本概念及特點,深入研究了DVB標準中信道編碼部分的關鍵技術,并針對每個信道編碼模塊進行工作原理分析、算法分析。 2)根據DVB信道編碼的特點,重點對信道編碼中四個模塊,包括擾碼、RS編碼、卷積交織編碼和卷積編碼的FPGA硬件實現算法進行了比較詳細的分析,并闡述了每個模塊及QPSK調制的設計方案及實現模塊功能的程序流程。 3)在RS(204,188)編碼過程中,利用有限域常數乘法器的特點,對編碼器進行了優化,在很大程度上提高了編碼效率,卷積交織器部分采用RAM移位法,實現起來更為簡單且節省了FPGA器件內部資源。 4)設計以Altera公司的QuartusⅡ為開發平臺,利用FPGA芯片EP1C6Q240C8完成了信道編碼各模塊及QPSK調制的硬件實現,通過Verilog HDL描述和時序仿真來驗證算法的可行性,并給出系統設計中減少毛刺的方法,使系統更為穩定。最終的系統仿真結果表明該系統工作穩定,達到了DVB系統信道編碼設計的要求。
上傳時間: 2013-06-26
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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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隨著信息時代的到來,用戶對數據保護和傳輸可靠性的要求也在不斷提高。由于信道衰落,信號經信道傳輸后,到達接收端不可避免地會受到干擾而出現信號失真。因此需要采用差錯控制技術來檢測和糾正由信道失真引起的信息傳輸錯誤。RS(Reed—Solomon)碼是差錯控制領域中一類重要的線性分組碼,由于它編解碼結構相對固定,性能強,不但可以糾正隨機差錯,而且對突發錯誤的糾錯能力也很強,被廣泛應用在數字通信、數據存儲系統中,以滿足對數據傳輸通道可靠性的要求。因此設計一款高性能的RS編解碼器不但具有很大的應用意義,而且具有相當大的經濟價值。 本文首先介紹了線形分組碼及其子碼循環碼、BCH碼的基礎理論知識,重點介紹了BCH碼的重要分支RS碼的常用編解碼算法。由于其算法在有限域上進行,接著介紹了有限域的有關理論。基于RS碼傳統的單倍結構,本文提出了一種八倍并行編碼及九倍并行解碼方案,并用Verilog HDL語言實現。其中編碼器基于傳統的線性反饋移位寄存器除法電路并進行八倍并行擴展,譯碼器關鍵方程求解模塊基于修正的歐幾里德算法設計了一種便于硬件實現的脈動關鍵方程求解結構,其他模塊均采用九倍并行實現。由于進行了超前運算、流水線及并行處理,使編解碼的數據吞吐量大為提高,同時延時更小。 本論文設計了C++仿真平臺,并與HDL代碼結果進行了對比驗證。Verilog HDL代碼經過modelsim仿真驗證,并在ALTERA STRATIX3 EP3SL15OF1152C2 FPGA上進行綜合驗證以及靜態時序分析,綜合軟件為QUATURSⅡ V8.0。驗證及測試表明,本設計在滿足編解碼基本功能的基礎上,能夠實現數據的高吞吐量和低延時傳輸,達到性能指標要求。本論文在基于FPGA的RS(255,223)編解碼器的高速并行實現方面的研究成果,具有通用性、可移植性,有一定的理論及經濟價值。
上傳時間: 2013-04-24
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FPGA作為新一代集成電路的出現,引起了數字電路設計的巨大變革。隨著FPGA工藝的不斷更新與改善,越來越多的用戶與設計公司開始使用FPGA進行系統開發,因此,PFAG的市場需求也越來越高,從而使得FPGA的集成電路板的工藝發展也越來越先進,在如此良性循環下,不久的將來,FPGA可以主領集成電路設計領域。正是由于FPGA有著如此巨大的發展前景與市場吸引力,因此,本文采用FPGA作為電路設計的首選。 @@ 隨著FPGA的開發技術日趨簡單化、軟件化,從面向硬件語言的VHDL、VerilogHDL設計語言,到現在面向對象的System Verilog、SystemC設計語言,硬件設計語言開始向高級語言發展。作為一個軟件設計人員,會很容易接受面向對象的語言。現在軟件的設計中,算法處理的瓶頸就是速度的問題,如果采用專用的硬件電路,可以解決這個問題,本文在第一章第二節詳細介紹了軟硬結合的開發優勢。另外,在第一章中還介紹了知識產權核心(IP Core)的發展與前景,特別是IP Core中軟核的設計與開發,許多FGPA的開發公司開始爭奪軟核的開發市場。 @@ 數字電路設計中最長遇到的就是通信的問題,而每一種通信方式都有自己的協議規范。在CPU的設計中,由于需要高速的處理速度,因此其內部都是用并行總線進行通信,但是由于集成電路資源的問題,不可能所有的外部設備都要用并行總線進行通信,因此其外部通信就需要進行串行傳輸。又因為需要連接的外部設備的不同,因此就需要使用不同的串行通信接口。本文主要介紹了小型CPU中常用的三種通信協議,那就是SPI、I2C、UART。除了分別論述了各自的通信原理外,本文還特別介紹了一個小型CPU的內部構造,以及這三個通信協議在CPU中所處的位置。 @@ 在硬件的設計開發中,由于集成電路本身的特殊性,其開發流程也相對的復雜。本文由于篇幅的問題,只對總的開發流程作了簡要的介紹,并且將其中最復雜但是又很重要的靜態時序分析進行了詳細的論述。在通信協議的開發中,需要注意接口的設計、時序的分析、驗證環境的搭建等,因此,本文以SPI數據通信協議的設計作為一個開發范例,從協議功能的研究到最后的驗證測試,將FPGA 的開發流程與關鍵技術等以實例的方式進行了詳細的論述。在SPI通信協議的開發中,不僅對協議進行了詳細的功能分析,而且對架構中的每個模塊的設計都進行了詳細的論述。@@關鍵詞:FPGA;SPI;I2C;UART;靜態時序分析;驗證環境
上傳時間: 2013-04-24
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由于移動環境的復雜性,無線信號在發送傳輸和接收過程中有很明顯的衰落現象,特別是在高頻無線通信中,多徑衰落或頻率選擇性衰落對無線信號的干擾最為嚴重。通過分集接收技術,Rake接收機在CDMA移動通信系統中抗多徑衰落效果尤為明顯。作為一種新穎的多址接入方式,多載波CDMA充分利用了OFDM最優頻率利用率以及CDMA的多址和頻率分集,且系統容量和抗符號間干擾性能明顯優于傳統的單載波CDMA。這些特性使得多載波CDMA成為未來的寬帶無線通信系統最有希望的候選。 @@ 本文研究了一種多載波擴頻通信系統,介紹了其Rake接收機工作原理和設計思想,進行了理論仿真并用FPGA予以實現。 @@ 本文首先介紹了移動通信系統的發展歷史以及OFDM和CDMA技術原理,并描述了OFDM和CDMA結合的三種系統(MC-DS-CDMA、MT-CDMA、MC-CDMA)的原理和系統模型;接著,介紹了目前影響移動通信的主要衰落以及Rake接收機基本原理及其作用。多徑信號的每路信號都可能含有可以利用的信息,Rake接收機就是通過多個相關接收器接收多徑信號中各路信號,通過信道估計和信道補償消去信道因子的附加相位,并把他們合并在一起,以此來改善信號的信噪比和系統的可靠性;在此基礎上,論文提出了一種多載波擴頻通信系統的實現方案,并詳細介紹了其Rake接收機實現原理,給出了最大比合并時各種分徑數目下系統誤碼率的仿真圖;最后介紹了此方案中Rake接收機的FPGA硬件實現設計方案及其系統 測試結果。@@ 仿真結果顯示出隨著分集徑數的增加,系統的誤碼率顯著降低。表明Rake接收機抗多徑衰落效果顯著,且在多載波CDMA系統中其分集效果更好,實現相對簡單。最終Rake接收機的FPGA實現結果同理論仿真一致,時序通過,資源耗費不大,具有較大的實用價值。 @@關鍵詞:多載波擴頻通信,CDMA,Rake接收機,FPGA
上傳時間: 2013-07-25
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隨著敵對人為干擾的日益增多和電磁環境的日益惡劣,抗干擾逐漸成為衛星導航接收機的必備能力之一。傳統的單天線多延遲系統僅從時域抗干擾,抑制干擾能力有限。利用陣列天線,增加空域自由度,通過空域—時域級聯或空時聯合處理能夠顯著增強導航信號接收機的抗干擾性能。多個天線以不同的方式放置,即不同的陣形,會使得導航接收機具有不同的空域抗干擾性能。針對多種陣形對空域抗干擾性能的影響差異,開展了基于L陣、十字陣、均勻圓陣和帶圓心圓陣的自適應抗干擾性能研究,分析了導致差異的原因,通過對比仿真,發現帶圓心的圓陣具有所選陣形中最優的輸出信干噪比,進一步推廣到空時自適應抗干擾,也具有同樣的結論。結合工程實現,基于FPGA完成空時抗干擾硬件模塊設計,用Matlab產生的量化數據作為激勵,對硬件模塊的輸出結果進行分析,與非自適應空時波束形成結果相比,實驗驗證了模塊的有效性;與Matlab仿真處理的結果相比,驗證了模塊的正確性。多種陣形自適應抗干擾性能差異的研究對于一定孔徑和陣元個數條件下的陣列布陣具有一定的參考價值,空時抗干擾硬件模塊是抗干擾系統的核心,所做工作對工程實現具有一定的借鑒意義。
上傳時間: 2013-05-28
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這篇文章介紹了MSP430系列多單片機間的SPI主從通信原理和相關例程
上傳時間: 2013-04-24
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擴頻通信,即擴展頻譜通信技術(Spread Spectrum Communication),它與光纖通信、衛星通信一同被譽為進入信息時代的三大高技術通信傳輸方式。 擴頻通信是將待傳送的信息數據用偽隨機編碼序列,也即擴頻序列(SpreadSequence)調制,實現頻譜擴展后再進行傳輸。接收端則采用相同的編碼進行解調及相關處理,恢復出原始信息數據。 擴頻通信系統與常規的通信系統相比,具有很強的抗人為干擾,抗窄帶干擾,抗多徑干擾的能力,并具有信息隱蔽、多址保密通信等特點。 現場可編輯門陣列FPGA(Field Programmable Gate Array)提供了極強的靈活性,可讓設計者開發出滿足多種標準的產品。FPGA所固有的靈活性和性能也可讓設計者緊跟新標準的變化,并能提供可行的方法來滿足不斷變化的標準要求。 EDA 工具的出現使用戶在對FPGA設計的輸入、綜合、仿真時非常方便。EDA打破了軟硬件之間最后的屏障,使軟硬件工程師們有了真正的共同語言,使目前一切仍處于計算機輔助設計(CAD)和規劃的電子設計活動產生了實在的設計實體論文對擴頻通信系統和FPGA設計方法進行了相關研究,并且用Altera公司的最新的FPGA開發平臺QuartusII實現了一個基帶擴頻通信系統的發送端部分,最后用軟件Protel99SE設計了相應的硬件電路。 該系統的設計主要分為兩個部分。第一部分是用QuartusII軟件設計了系統的VHDL語言描述代碼,并對系統中每個模塊和整個系統進行相應的功能仿真和時序時延仿真;第二部分是設計了以FPGA芯片EP1C3T144C8N為核心的系統硬件電路,并進行了相關測試,完成了預定的功能。
上傳時間: 2013-07-26
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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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