本文將電路接口技術與硬件可編程技術相結合，提出了用可編程芯片來控制IDE硬盤進行高速數據記錄，能夠滿足機載數據記錄設備重量輕、容量大、速度快的要求。 論文對硬盤ATA接口標準進行了研究，對VHDL語言、現場可編程門陣列器件(FPGA)實現硬件電路的原理和方法進行了深入分析，在此基礎上完成了基于FPGA的數據記錄控制器的設計。文中選擇了具有低功耗、低成本、高性能的FPGA芯片(型號為CycloneEP1C3T144C8)，將各功能模塊級聯成系統在該芯片上完成了控制器系統級的設計與仿真驗證，驗證結果表明了用FPGA實現高速數據記錄控制器的可行性。所設計的VHDL代碼經QuartusⅡ綜合、布局布線、管腳分配后，在FPGA內部可以達到104.46Mhz的電路工作速度，FPGA與硬盤之間采用ATA接口的UltraDMA模式2傳輸方式，可以達到33.3MByte/s的突發數據傳輸率。文中對所用到的FPGA設計技術給予了詳細說明，對各功能模塊的設計給予了詳細闡述，對關鍵設計給出了VHDL源代碼，還討論了FPGA設計中時序約束的作用，給出了本文所做時序約束的方法。 本文中所論述的工作對以后機載數據記錄系統的設計具有重要的鋪墊作用。文中在總結所做工作的同時，還對下一步工作提出了有益的建議。
上傳時間： 2013-08-05
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全數字調制解調技術具有多速率、多制式、智能性等特點，這極大的提高了通信系統的靈活性和通用性，符合未來通信技術發展的方向。 本文從如下幾個方面對全數字調制解調器進行了深入系統研究：1，在介紹全數字調制解調器的發展現狀和研究QPSK通信調制解調方式的基礎上，依據軟件定性仿真分析了QPSK正交調制解調系統，設計出了滿足系統要求的實現電路框圖并選定了芯片；2，在完成了基于FPGA芯片實現QPSK調制解調的算法方案設計基礎上，利用VHDL語言完成了芯片程序的設計，并對其進行了調試和功能仿真；3，利用設計出的調制解調器與選定的AD、DA、正交調制解調芯片，完成了QPSK通信系統的硬件電路的設計并完成了調制電路的研制；4，完成電路的信息速率大于300Kbps，產生的中頻信號中心頻率70MHz，帶寬500KHz，滿足系統設計要求，由于時間關系解調電路仍在調試中。 本文基于FPGA實現的QPSK數字調制解調器具有體積小、集成度高和軟件可升級等優點，這為設計高集成和高靈活性的通信系統提供了技術基礎。
上傳時間： 2013-07-08
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本文對于全并行Viterbi譯碼器的設計及其FPGA實現方案進行了研究，并最終將用FPGA實現的譯碼器嵌入到某數字通信系統之中。 首先介紹了卷積碼及Viterbi譯碼算法的基本原理，并對卷積碼的糾錯性能進行了理論分析。接著介紹了Viterbi譯碼器各個模塊實現的一些經典算法，對這些算法的硬件結構設計進行優化并利用FPGA實現，而后在QuartusⅡ平臺上對各模塊的實現進行仿真以及在Matlab平臺上對結果進行驗證。最后給出Viterbi譯碼模塊應用在實際系統上的誤碼率測試性能結果。 測試結果表明，系統的誤碼率達到了工程標準的要求，從而驗證了譯碼器設計的可靠性，同時所設計的基于FPGA實現的全并行Viterbi譯碼器適用于高速數據傳輸的應用場合。
上傳時間： 2013-07-30
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頻率特性測試儀(簡稱掃頻儀)是一種測試電路頻率特性的儀器，它廣泛應用于無線電、電視、雷達及通信等領域，為分析和改善電路的性能提供了便利的手段。而傳統的掃頻儀由多個模塊構成，電路復雜，體積龐大，而且在高頻測量中，大量的分立元件易受溫度變化和電磁干擾的影響。為此，本文提出了集成化設計的方法，針對可編程邏輯器件的特點，對硬件實現方法進行了探索。 本文對三大關鍵技術進行了深入研究： 第一，由掃頻信號發生器的設計出發，對直接數字頻率合成技術(DDS)進行了系統的理論研究，并改進了ROM壓縮方法，在提高壓縮比的同時，改進了DDS系統的雜散度，并且利用該方法實現了幅度和相位可調制的DDS系統-掃頻信號發生器。 第二，為了提高系統時鐘的工作頻率，對流水線算法進行了深入的研究，并針對累加器的特點，進行了一系列的改進，使系統能在100MHz的頻率下正常工作。 第三，從系統頻率特性測試的理論出發，研究如何在FPGA中提高多位數學運算的速度，從而提出了一種實現多位BCD碼除法運算的方法—高速串行BCD碼除法；隨后，又將流水線技術應用于該算法，對該方法進行改進，完成了基于流水線技術的BCD碼除法運算的設計，并用此方法實現了頻率特性的測試。 在研究以上理論方法的基礎上，以大規模可編程邏輯器件EP1K100QC208和微處理器89C52為實現載體，提出了基于單片機和FPGA體系結構的集成化設計方案；以VerilogHDL為設計語言，實現了頻率特性測試儀主要部分的設計。該頻率特性測試儀完成掃頻信號的輸出和頻率特性的測試兩大主要任務，而掃頻信號源和頻率特性測試這兩大主要模塊可集成在一片可編程邏輯器件中，充分體現了可編程邏輯器件的優勢。 本文首先對相關的概念理論進行了介紹，包括DDS原理、流水線技術等，進而提出了系統的總體設計方案，包括設計工具、語言和實現載體的選擇，而后，簡要介紹了微處理器電路和外圍電路，最后，較為詳細地闡述了兩個主要模塊的設計，并給出了實現方式。
上傳時間： 2013-06-08
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根據雷達、圖像、通信等領域對信號高速處理的要求，研究人員正尋求新的高速的數字信號處理實現方法，以滿足這種高速地處理數據的需要。 本文對單片FPGA的雷達處理機實現進行了研究。文章根據線性調頻信號脈沖壓縮理論，選擇合適的加窗函數，對線性調頻信號進行脈沖壓縮，得出仿真結果；完成了雷達信號處理部分的PCB制版；確定了與其他PCB板之間的接口關系；編寫了FPGA程序，采用DA算法并根據FIR原理實現32階濾波器，進行了脈沖壓縮處理。
上傳時間： 2013-04-24
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當前，在系統級互連設計中高速串行I/O技術迅速取代傳統的并行I/O技術正成為業界趨勢。人們已經意識到串行I/O“潮流”是不可避免的，因為在高于1Gbps的速度下，并行I/O方案已經達到了物理極限，不能再提供可靠和經濟的信號同步方法。基于串行I/O的設計帶來許多傳統并行方法所無法提供的優點，包括：更少的器件引腳、更低的電路板空間要求、減少印刷電路板（PCB）層數、PCB布局布線更容易、接頭更小、EMI更少，而且抵抗噪聲的能力也更好。高速串行I/O技術正被越來越廣泛地應用于各種系統設計中，包括PC、消費電子、海量存儲、服務器、通信網絡、工業計算和控制、測試設備等。迄今業界已經發展出了多種串行系統接口標準，如PCI Express、串行RapidIO、InfiniBand、千兆以太網、10G以太網XAUI、串行ATA等等。 Aurora協議是為私有上層協議或標準上層協議提供透明接口的串行互連協議，它允許任何數據分組通過Aurora協議封裝并在芯片間、電路板間甚至機箱間傳輸。Aurora鏈路層協議在物理層采用千兆位串行技術，每物理通道的傳輸波特率可從622Mbps擴展到3.125Gbps。Aurora還可將1至16個物理通道綁定在一起形成一個虛擬鏈路。16個通道綁定而成的虛擬鏈路可提供50Gbps的傳輸波特率和最大40Gbps的全雙工數據傳輸速率。Aurora可優化支持范圍廣泛的應用，如太位級路由器和交換機、遠程接入交換機、HDTV廣播系統、分布式服務器和存儲子系統等需要極高數據傳輸速率的應用。 傳統的標準背板如VME總線和CompactPCI總線都是采用并行總線方式。然而對帶寬需求的不斷增加使新興的高速串行總線背板正在逐漸取代傳統的并行總線背板。現在，高速串行背板速率普遍從622Mbps到3.125Gbps，甚至超過10Gbps。AdvancedTCA（先進電信計算架構）正是在這種背景下作為新一代的標準背板平臺被提出并得到快速的發展。它由PCI工業計算機制造商協會（PICMG）開發，其主要目的是定義一種開放的通信和計算架構，使它們能被方便而迅速地集成，滿足高性能系統業務的要求。ATCA作為標準串行總線結構，支持高速互聯、不同背板拓撲、高信號密度、標準機械與電氣特性、足夠步線長度等特性，滿足當前和未來高系統帶寬的要求。 采用FPGA設計高速串行接口將為設計帶來巨大的靈活性和可擴展能力。Xilinx Virtex-IIPro系列FPGA芯片內置了最多24個RocketIO收發器，提供從622Mbps到3.125Gbps的數據速率并支持所有新興的高速串行I/O接口標準。結合其強大的邏輯處理能力、豐富的IP核心支持和內置PowerPC處理器，為企業從并行連接向串行連接的過渡提供了一個理想的連接平臺。 本文論述了采用Xilinx Virtex-IIPro FPGA設計傳輸速率為2.5Gbps的高速串行背板接口，該背板接口完全符合PICMG3.0規范。本文對串行高速通道技術的發展背景、現狀及應用進行了簡要的介紹和分析，詳細分析了所涉及到的主要技術包括線路編解碼、控制字符、逗點檢測、擾碼、時鐘校正、通道綁定、預加重等。同時對AdvancedTCA規范以及Aurora鏈路層協議進行了分析， 并在此基礎上給出了FPGA的設計方法。最后介紹了基于Virtex-IIPro FPGA的ATCA接口板和MultiBERT設計工具，可在標準ATCA機框內完成單通道速率為2.5Gbps的全網格互聯。
上傳時間： 2013-05-29
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隨著國際互聯網絡的迅猛發展，網絡應用的不斷豐富，Intenret已經從最初以學術交流為目的而演變為商業行為，網絡安全性需求日益增加，高速網絡安全保密成為關注的焦點，在安全得到保障的情況下，為了滿足網速無限制的追求，高速網絡硬件加密設備也必將成為需求熱點。另一方面，IPSec協議被廣泛的應用于防火墻和安全網關中，但對IPSec協議的處理會大大增加網關的負載，成為千兆網實現的瓶頸。本文便是針對上述現狀，研究基于高性能FPGA實現千兆IPSec協議的設計技術。 目前，國外IPSec協議實現已經芯片化，達到幾千兆的速率，但是國內產品多以軟件實現，速度難以提高。本文采用的基于FPGA的IPSec技術方案，采用硬件實現隧道模式下的IPSec協議，為IP分組及其上層協議數據提供機密性、數據完整性驗證以及數據源驗證等安全服務。在以VPN為實施方案的基礎上，構建了以KDIPSec為設備原型以IPSec協議為出發點的千兆網絡系統環境模型，從硬件體系結構到各個模塊的劃分以及各個模塊實現的功能這幾個方面描述了KDIPSec實現技術，最后描述了一些關鍵模塊的FPGA設計和和仿真。所有處理模塊均在Xilinx公司的FPGA芯片中實現，處理速率超過1Gb/s。
上傳時間： 2013-07-03
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本文分析了誤碼儀系統需求,制定出誤碼儀由誤碼測試子系統和人機界面子系統構成的總體結構圖.提出采用FPGA進行誤碼測試子系統模塊設計,提高了系統功能擴展性和系統的集成度,使用嵌入式操作系統進行系統應用軟件設計提高系統實時性.研究了傳統誤碼儀在誤碼測試子系統上設計方法,給出了偽隨機碼、人工碼、誤碼插入、誤碼計算模塊的設計原理,介紹了帶同步保護的同步判決模塊的設計方法,采用數據復合和數據分解技術,實現了高速人工碼發送以及誤碼測試,還制定了子系統間的通信協議.設計了人機界面子系統硬件電路圖,并詳細介紹了人機界面子系統中顯示模塊、實時時鐘模塊、數據存儲模塊、串行RS232通信模塊、鍵盤接口模塊的硬件設計及其驅動程序的開發.介紹了Small RTOS51嵌入式操作系統的特點,運行條件,重要概念以及移植方法,提出了使用Small RTOS51嵌入式操作系統的原因.分析了系統應用軟件需求,給出了基于Small RTOS51嵌入式操作系統任務創建方法,以及任務調度關系,詳細介紹了各任務執行流程圖.
上傳時間： 2013-07-10
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頻率合成技術廣泛應用于通信、航空航天、儀器儀表等領域。目前，常用的頻率合成技術有直接式頻率合成，鎖相頻率合成和直接數字頻率合成(DDS)。本次設計是利用FPGA完成一個DDS系統并利用該系統實現模擬信號的數字化調頻。 DDS是把一系列數字量形式的信號通過D/A轉換形成模擬量形式的信號的合成技術。主要是利用高速存儲器作查尋表，然后通過高速D/A轉換器產生已經用數字形式存入的正弦波(或其他任意波形)。一個典型的DDS系統應包括：相位累加器，可在時鐘的控制下完成相位的累加；相位碼—幅度碼轉換電路，一般由ROM實現；DA轉換電路，將數字形式的幅度碼轉換成模擬信號。DDS系統可以很方便地獲得頻率分辨率很精細且相位連續的信號，也可以通過改變相位字改變信號的相位，因此也廣泛用于數字調頻和調相。本次數字化調頻的基本思想是利用AD轉換電路將模擬信號轉換成數字信號，同時用該數字信號與一個固定的頻率字累加，形成一個受模擬信號幅度控制的頻率字，從而獲得一個頻率受模擬信號的幅度控制的正弦波，即實現了調頻。該DDS數字化調頻方案的硬件系統是以FPGA為核心實現的。使用Altera公司的ACEX1K系列FPGA，整個系統由VHDL語言編程，開發軟件為MAX+PLUSⅡ。經過實際測試，該系統在頻率較低時與理論值完全符合，但在高頻時，受器件速度的限制，波形有較大的失真。
上傳時間： 2013-06-14
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數字超聲診斷設備在臨床診斷中應用十分廣泛，研制全數字化的醫療儀器已成為趨勢。盡管很多超聲成像儀器設計制造中使用了數字化技術，但是我們可以說現代VLSI 和EDA 技術在其中并沒有得到充分有效的應用。隨著現代電子信息技術的發展，PLD 在很多與B 型超聲成像或多普勒超聲成像有關的領域都得到了較好的應用，例如數字通信和相控雷達領域。 在研究現代超聲成像原理的基礎上，我們首先介紹了常見的數字超聲成像儀器的基本結構和模塊功能，同時也介紹了現代FPGA 和EDA 技術。隨后我們詳細分析討論了B 超中，全數字化波束合成器的關鍵技術和實現手段。我們設計實現了片內高速異步FIFO 以降低采樣率，仿真結果表明資源使用合理且訪問時間很小。正交檢波方法既能給出灰度超聲成像所需要的回波的幅值信息，也能給出多普勒超聲成像所需要的回波的相移信息。我們設計實現了基于直接數字頻率合成原理的數控振蕩器，能夠給出一對幅值和相位較平衡的正交信號，且在FPGA 片內實現方案簡單廉價。數控振蕩器輸出波形的頻率可動態控制且精度較高，對于隨著超聲在人體組織深度上的穿透衰減，導致回波中心頻率下移的聲學物理現象，可視作將回波接收機的中心頻率同步動態變化進行補償。 還設計實現了B 型數字超聲診斷儀前端發射波束聚焦和掃描控制子系統。在單片FPGA 芯片內部設計實現了聚焦延時、脈寬和重復頻率可動態控制的發射驅動脈沖產生器、線掃控制、探頭激勵控制、功能碼存儲等功能模塊，功能仿真和時序分析結果表明該子系統為設計實現高速度、高精度、高集成度的全數字化超聲診斷設備打下了良好的基礎，將加快其研發和制造進程，為生物醫學電子、醫療設備和超聲診斷等方面帶來新思路。
上傳時間： 2013-06-18
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