任意波形發生器已成為現代測試領域應用最為廣泛的通用儀器之一,代表了信號源的發展方向。直接數字頻率合成(DDS)是二十世紀七十年代初提出的一種全數字的頻率合成技術,其查表合成波形的方法可以滿足產生任意波形的要求。由于現場可編程門陣列(FPGA)具有高集成度、高速度、可實現大容量存儲器功能的特性,能有效地實現DDS技術,極大的提高函數發生器的性能,降低生產成本。 本文首先介紹了函數波形發生器的研究背景和DDS的理論。然后詳盡地敘述了用FPGA完成DDS模塊的設計過程,接著分析了整個設計中應處理的問題,根據設計原理就功能上進行了劃分,將整個儀器功能劃分為控制模塊、外圍硬件、FPGA器件三個部分來實現。最后就這三個部分分別詳細地進行了闡述。 在實現過程中,本設計選用了Altera公司的EP2C35F672C6芯片作為產生波形數據的主芯片,充分利用了該芯片的超大集成性和快速性。在控制芯片上選用了三星公司的上S3C2440作為控制芯片。本設計中,FPGA芯片的設計和與控制芯片的接口設計是一個難點,本文利用Altera的設計工具QuartusⅡ并結合Verilog—HDL語言,采用硬件編程的方法很好地解決了這一問題。論文最后給出了系統的測量結果,并對誤差進行了一定分析,結果表明,可輸出步進為0.01Hz,頻率范圍0.01Hz~20MHz的正弦波、三角波、鋸齒波、方波,或0.01Hz~20KHz的任意波。通過實驗結果表明,本設計達到了預定的要求,并證明了采用軟硬件結合,利用FPGA技術實現任意波形發生器的方法是可行的。
上傳時間: 2013-08-03
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通用異步收發器(Universal Asynchronous Receiver Transmitter,UART)是一種能同時支持短距離和長距離數據傳輸的串行通信接口,被廣泛應用于微機和外設之間的數據交換。像8251、NS8250、NS16550等都是常用的UART芯片,但是這些專用的串行接口芯片的缺點是數據傳輸速率比較慢,難以滿足高速率數據傳輸的場合,而更重要的就是它們都具有不可移植性,因此要利用這些芯片來實現PC機和FPGA芯片之間的通信,勢必會增加接口連線的復雜程度以及降低整個系統的穩定性和有效性。 本課題就是針對UART的特點以及FPGA設計具有可移植性的優勢,提出了一種基于FPGA芯片的嵌入式UART設計方法,其中主要包括狀態機的描述形式以及自頂向下的設計方法,利用硬件描述語言來編制UART的各個子功能模塊以及頂層模塊,之后將其集成到FPGA芯片的內部,這樣不僅能解決傳統UART芯片的缺點而且同時也使整個系統變得更加具有緊湊性以及可靠性。 本課題所設計的LIART支持標準的RS-232C傳輸協議,主要設計有發送模塊、接收模塊、線路控制與中斷仲裁模塊、Modem控制模塊以及兩個獨立的數據緩沖區FIFO模塊。該模塊具有可變的波特率、數據幀長度以及奇偶校驗方式,還有多種中斷源、中斷優先級、較強的抗干擾數據接收能力以及芯片內部自診斷的能力,模塊內分開的接收和發送數據緩沖寄存器能實現全雙工通信。除此之外最重要的是利用IP模塊復用技術設計數據緩沖區FIFO,采用兩種可選擇的數據緩沖模式。這樣既可以應用于高速的數據傳輸環境,也能適合低速的數據傳輸場合,因此可以達到資源利用的最大化。 在具體的設計過程中,利用Synplify Pro綜合工具、ModelSim仿真工具、ISE集成的軟件開發環境中對各個功能模塊進行綜合優化、仿真驗證以及下載實現。各項數據結果表明,本課題中所設計的UART滿足預期設計目標。
上傳時間: 2013-08-02
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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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隨著現代DSP、FPGA等數字芯片的信號處理能力不斷提高,基于軟件無線電技術的現代通信與信息處理系統也得到了更為廣泛的應用。軟件無線電的基本思想是以一個通用、標準、模塊化的硬件系統作為其應用平臺,把盡可能多的無線及個人通信和信號處理的功能用軟件來實現,從而將無線通信新系統、新產品的開發逐步轉移到軟件上來。另一方面,現代信號處理系統對數據的處理速度、處理精度和動態范圍的要求也越來越高,需要每秒完成幾千萬到幾百億次運算。因此研制具備高速實時信號處理能力的通用硬件平臺越來越受到業界的重視。 @@ 目前的高速實時信號處理系統一般均采用DSP+FPGA的架構,其中DSP主要負責完成系統通信和基帶信號處理算法,而FPGA主要完成信號預處理等前端算法,并提供系統常用的各種外部接口邏輯。本文的主要工作就在于完成通用型高速實時信號處理系統的FPGA軟件設計。 @@ 本文提出了一種基于多DSP與FPGA的通用高速實時信號處理系統的架構。綜合考慮各方面因素,作者選擇使用兩片ADSP-TS201浮點DSP以混合耦合模型構成系統信號處理核心;以Xilinx公司最新的高性能FPGA Virtex-5系列的XC5VLX50T提供系統所需的各種接口,包括與ADSP-TS201的高速Linkport接口以及SPI、UART、SPORT等常用外設接口。此外,作者還選擇了ADSP-BF533定點DSP加入系統當中以擴展系統音視頻信號處理能力,體現系統的通用性。 @@ 基于FPGA的嵌入式系統設計正逐漸成為現代FPGA應用的一個熱點。結合課題需要,作者以Xilinx公司的MicroBlze軟核處理器為核心在Virtex-5片內設計了一個嵌入式系統,完成了對CF卡、DDR2 SDRAM存儲器的讀寫控制,并利用片內集成的三態以太網MAC硬核模塊,實現了系統與上位PC機之間的以太網通信鏈路。此外,為擴展系統功能,適應未來可能的軟件升級,進一步提高系統的通用性,還將嵌入式實時操作系統μC/OS-II移植到MicroBlaze處理器上。 @@ 最后,作者介紹了基于Xilinx RocketIO GTP收發器的高速串行傳輸設計的關鍵技術和基本的設計方法,充分體現了目前高速實時信號處理系統的發展要求和趨勢。 @@關鍵詞:高速實時信號處理;FPGA;Virtex-5;嵌入式系統;MicroBlaze
上傳時間: 2013-05-17
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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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隨著數字時代的到來,信息化程度的不斷提高,人們相互之間的信息和數據交換日益增加。正交幅度調制器(QAM Modulator)作為一種高頻譜利用率的數字調制方式,在數字電視廣播、固定寬帶無線接入、衛星通信、數字微波傳輸等寬帶通信領域得到了廣泛應用。 近年來,集成電路和數字通信技術飛速發展,FPGA作為集成度高、使用方便、代碼可移植性等優點的通用邏輯開發芯片,在電子設計行業深受歡迎,市場占有率不斷攀升。本文研究基于FPGA與AD9857實現四路QAM調制的全過程。FPGA實現信源處理、信道編碼輸出四路基帶I/Q信號,AD9857實現對四路I/Q信號的調制,輸出中頻信號。本文具體內容總結如下: 1.介紹國內數字電視發展狀況、國內國際的數字電視標準,并詳細介紹國內有線電視的系統組成及QAM調制器的發展過程。 2.研究了QAM調制原理,其中包括信源編碼、TS流標準格式轉換、信道編碼的原理及AD9857的工作原理等。并著重研究了信道編碼過程,包括能量擴散、RS編碼、數據交織、星座映射與差分編碼等。 3.深入研究了基于FPAG與AD9857電路設計,其中包括詳細研究了FPGA與AD9857的電路設計、在allegro下的PCB設計及光繪文件的制作,并做成成品。 4.簡單介紹了FPGA的開發流程。 5.深入研究了基于FPAG代碼開發,其中主要包括I2C接口實現,ASI到SPI的轉換,信道編碼中的TS流包處理、能量擴散、RS編碼、數據交織、星座映射與差分編碼的實現及AD9857的FPGA控制使其實現四路QAM的調制。 6.介紹代碼測試、電路測試及系統指標測試。 最終系統指標測試表明基于FPGA與AD9857的四路DVB-C調制器基本達到了國標的要求。
上傳時間: 2013-04-24
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隨著數字視頻廣播的發展,觀眾將會面對越來越多綜合或專門頻道的選擇,欣賞到更高品質,更多服務的節目。而廣播業者則要為這些節目的版權購買,制作而承受更高的成本,單純的廣告收入已經不夠。要求對用戶收取一定的收視費用,而另一方面,調查也顯示用戶是愿意預付一定費用以獲得更好服務的。條件接受系統(Conditional Access system)就是為了商業目的而對某些廣播服務實施接入控制,決定一個數字接受設備能否將特定的廣播節目展現給最終用戶的系統。CA技術要求既能使用戶自由選擇收看節目又能保護廣播業者的利益,確算只有已支付了或即將支付費用的用戶才能收看到所選的電視節目。在數字電視領域中,CA系統無疑將成為發展新服務的必需條件。但是在不同的運營商可能會使用不同的CA系統,在不同的CA系統之間進行互操作所必需共同遵守的最基本條件是:通用的加擾算法。每個用戶接收設備中應集成相應的解擾模塊。在我國國家標準--數字電視條件接收系統GY/Z 175-2001的附錄H中有詳細的描述。 FPGA是英文Field Programmable Gate Array的縮寫,即現場可編程門陣列,它是在PAL、GAL、EPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。它是作為專用集成電路(ASIC)領域中的一種半定制電路而出現的,既解決了定制電路的不足,又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。可以說,FPGA芯片是小批量系統提高系統集成度、可靠性的最佳選擇之一。 首先本文簡要介紹CA系統的目的和組成,FPGA的結構和原理,優勢。然后介紹了利用FPGA來實現CA系統主要組成部分即加擾的原理和步驟,分析算法,劃分邏輯結構,軟件仿真,劃分硬件模塊,硬件性能分析,驗證平臺構建,硬件實現等。 然后對以上各個部分做詳細的闡述。同時為了指導FPGA設計,給出了FPGA的結構和原理與FPGA設計的基本原則、設計的基本技巧、設計的基本流程; 最后給出了該加擾系統的測試與驗證方法以及驗證和測試結果。
上傳時間: 2013-06-22
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基于手姿態的人機交互是以實現自然的人機交互為研究目標,可提高計算機的可操作性,同時使計算機能夠完成更加復雜的任務。而基于ARM的嵌入式系統具有功耗低、體積小、集成度高等特點,嵌入式與具體應用有機地結合在一起,具有較長的生命周期,能夠根據特定的需求對軟硬件進行合理剪裁。結合嵌入式技術的手姿態跟蹤設備能夠實時的檢測出人機交互系統中人手的位置與角度等數據,并將這些數據及時反饋給計算機虛擬系統來進行人機交互,提高跟蹤設備的可靠性和空間跟蹤精度。 通過對嵌入式開發過程以及對控制系統構成的分析,確定了手姿態信號輸入方案及系統的軟硬件總體設計方案。通過對目前流行的眾多嵌入式處理器的研究、分析、比較選擇了S3C2440處理器作為系統開發硬件核心,詳細介紹了S3C2440的相關模塊的設計,包括存儲單元模塊、通信接口模塊、JATG接口電路。同時設計了系統的外圍電路像系統時鐘電路、電源電路、系統復位電路。 選擇更適合于ARM開發的Linux系統作為軟件開發平臺。實現了Linux系統向開發板的移植、Bootloader的啟動與編譯、設備驅動程序的開發;根據手姿態信號輸入方案系統采用分模塊、分層次的方法設計了系統的應用程序——串口通信程序及手姿態識別子程序。通過分析常用的手姿態識別算法,系統采用基于神經網絡的動態時間規整與模板匹配相結合的動態手姿態識別算法。并依據相應的軟硬件測試方法對系統進行了分模塊調試及系統的集成。
上傳時間: 2013-07-11
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本書全面闡述了集成運算放大器360種應用電路的設計公式、設計步驟及元器件的選擇,包括集成運放應用電路設計須知,集成運放調零、相位補償與保護電路的設計,運算電路、放大電路的設計、信號處理電路的設計、波形產生帶你路的設計、測量電路的設計、電源電路及其他電路的設計等。。。。。。。
上傳時間: 2013-04-24
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電液控制作為液壓控制的一個新分支,因為其本身的特點正得到越來越廣泛的應用。電液控制系統的發展對電液控制技術提出了更高的要求,這必將促進電液控制技術的發展。本文在教研室多年電液控制經驗的基礎上,提出開發通用型電液系統數字控制器。 通過對電液控制技術的研究,了解電液系統的一般構成,結合多個具體實例,本文提出數字式電液控制器概念,以ARM微處理器為硬件核心,采用多種智能控制算法解決電液系統閉環控制問題。 數字控制器以PHILIPS公司的32位ARM7微處理器LPC2292為硬件核心,配有高速AD、DA轉換器。硬件設計注重通用性,具有多種輸入、輸出通道,可以采集和輸出多種、多個模擬量信號和數字量信。具有多種通信接口,可以實現近距離監控或者遠距離操控。人機交互通道豐富,具有報警、狀態指示、參數顯示等功能。采用光電隔離、獨立電源、屏蔽外殼等措施保證控制器具有良好的穩定性、可靠性。軟件設計采用UC/OS-II嵌入式操作系統,內部集成多種智能控制算法,保證電液系統閉環控制取得良好的效果。開發模擬試驗系統,可以模擬電液系統現場的各種信號和閉環回路,實現實驗室調試。采用Visual Basic開發上位機軟件,配合控制器完成參數修改、保存,繪制實時監控曲線,控制硬件等功能。 控制器解決了電液系統多樣性難題,客服模擬控制的缺點。研發出模糊自整定PID算法,它成功解決了閉環控制過程中設定信號不斷變化的難題。經過多次現場調試,目前控制器已經成功應用于國內多家企業的輪胎耐久性試驗機和密煉機兩種電液系統,在這兩種系統中成功取代進口國外模擬控制器,并且控制效果好于國外模擬控制器。關鍵詞:電液系統;ARM7;UC/OS-II;模糊自整定
上傳時間: 2013-05-31
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