近年來，移動通信技術在全球范圍內得到了迅猛的發展及應用，各種全新的無線通信概念層出不窮、各種新的體制及其關鍵技術日新月異。由于正交頻分復用(OFDM)技術可以高效地利用頻譜資源并有效地對抗頻率選擇性衰落，多入多出(MIMO)利用多個天線實現多發多收，在不增加帶寬和發送功率的情況下，可以成倍提高信道容量，因此OFDM-MIMO技術被廣泛認為是后三代通信系統(B3G)的關鍵技術，是當今移動通信領域研究的熱點。 本文對OFDM-MIMO通信系統接收機的關鍵技術--數字下變頻，OFDM同步、解調進行了相關研究，在多天線接收板的XC2VP70-5FF1704芯片上，完成了數字下變頻，OFDM同步和解調的FPGA設計與實現。通過功能仿真、時序仿真、板級電路測試，驗證了該設計的正確性。 本文首先介紹了OFDM基本原理以其特點，然后對同步技術和數字下變頻技術作了相應的介紹。同步是OFDM系統設計中的一項關鍵技術，即是針對系統中存在的時間偏差、頻率偏差進行定時恢復、頻偏的估計與補償，來減少各種同步偏差對系統性能的影響。數字下變頻是軟件無線電的核心技術之一，其基本功能是從高速中頻數字信號中提取所需的窄帶信號，將其下變頻為基帶信號，降低數據率，以供后續DSP器件作進一步處理。 在數字下變頻器的設計和實現方面，本文先介紹了數字下變頻器的原理和基本結構，然后根據系統要求對其進行了設計，并在實現上作了一些簡化，節約了硬件資源。 在對時間同步的設計和實現方面，本文采用了利用PN序列進行時間同步的算法。在實現上根據系統實際情況將數據分為四路分別與本地PN碼做滑動相關運算，更有效的利用了同步數據，達到了更好的同步性能。 在OFDM的頻率同步的設計和實現方面，本文采用重復的PN碼兩兩相關來估計頻偏值，并聯合一個二階負反饋環路進行補償。該算法利用環路自身噪聲帶寬抑制噪聲，提高頻率估計精度，并同時利用負反饋擴大頻偏估計范圍。本文在對算法的詳細研究分析的基礎上對其進行了FPGA設計與實現。
上傳時間： 2013-04-24
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在機器人學的研究領域中，如何有效地提高機器人控制系統的控制性能始終是研究學者十分關注的一個重要內容。在分析了工業機器人的發展歷程和機器人控制系統的研究現狀后，本論文的主要目標是針對四關節實驗室機器人特有的機械結構和數學模型，建立一個新型全數字的基于DSP和FPGA的機器人位置伺服控制系統的軟、硬件平臺，實現對四關節實驗室機器人的精確控制。 本論文從實際情況出發，首先分析了所研究的四關節實驗室機器人的本體結構，并對其抽象簡化得到了它的運動學數學模型。在明確了實現機器人精確位置伺服控制的控制原理后，我們對機器人控制系統的諸多可行性方案進行了充分論證，并最終決定采用了三級CPU控制的控制體系結構：第一級CPU為上位計算機，它實現對機器人的系統管理、協調控制以及完成機器人實時軌跡規劃等控制算法的運算；第二級CPU為高性能的DSP處理器，它輔之以具有高速并行處理能力的FPGA芯片，實現了對機器人多個關節的高速并行驅動；第三級CPU為交流伺服驅動處理器，它實現了機器人關節伺服電機的精確三閉環誤差驅動控制，以及電機的故障診斷和自動保護等功能。此外，我們采用比普通UART速度快得多的USB來實現上位計算機．與下位控制器之間的數據通信，這樣既保證了兩者之間連接方便，又有效的提高了控制系統的通信速度和可靠性。 機器人系統的軟件設計包括兩個部分：一是采用VC++實現的上位監控軟件系統，它主要負責機器人實時軌跡規劃等控制算法的運算，同時完成用戶與機器人系統之間的信息交互；二是采用C語言實現的下位DSP控制程序，它主要負責接收上位監控系統或者下位控制箱發送的控制信號，實現對機器人的實時驅動，同時還能夠實時的向上位監控系統或者下位控制箱反饋機器人的當前狀態信息。 研究開發出來的四關節實驗室機器人控制器具有控制實時性好、定位精度高、運行穩定可靠的特點，它允許用戶通過上位控制計算機實現對機器人的各種設定作業的控制，也可以讓用戶通過機器人控制箱現場對機器人進行回零、示教等各項操作。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著計算機和網絡技術應用的擴展，電能的遠程自動監測、計算與收費的方案逐步被采用，能源計量儀表的數據自動抄收及遠傳系統的建設成為智能化住宅的基本配置之一。 本文針對校園的學生宿舍的電表收費進行了探討，到目前為止、按照收費方式電子式電能表可以分為：接觸式和非接觸式的IC卡預付費電表、復費率電表、和分時預付費的復費率電表。針對這幾種電表的抄表方式也各不相同，預付費電表主要是應用IC卡充值的方法付費、而復費率的電表主要是采用人工抄表和布線抄表的方法、而分時預付費復費率的電表主要是使用IC卡充值之后，利用實時時鐘在用電峰谷時對存儲在電表能的金額進行扣除。文中設計的自動抄表系統可以實現對上述三種電表的抄錄工作，尤其是針對校園學生宿舍等應用場所具用重要的意義。 文章提出了整體的方案設計，三級網絡分別應用了無線傳輸和網絡傳輸的方案，解決了遠程電能計量計費系統的由集中器和采集器(采集終端)以及通信信道與抄表軟件組成的部分即：集中器到抄表中心的上行信道、集中器至采集器(采集終端)或水電氣表間的下行信道。在整體設計思路介紹之后，文章花主要篇幅分章節介紹了復費率電能計量儀表、基于arm和uclinux的無線收發集中控制器的軟硬件，上位機的主控界面的設計。其中電能表的開發分塊介紹了軟硬件的各個部分，集中控制器由于嵌入了實時操作系統uclinux，著重講述了基于操作系統的應用程序的開發，主站界面介紹了簡單的測試程序。然后通過測試的結果說明了課題設計的系統實現了數據的基本采集和控制的情況，最后本文總結了研究的成果，并提出了改進的方向。
上傳時間： 2013-07-04
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常模信號是一類非常重要的信號，而專門應用于常模信號的常模算法[1]具有復雜度較低、實現起來比較簡單、對陣列模型的偏差不敏感等顯著的優點。因此，常模算法引起了眾多學者的廣泛關注。近年來，常模算法在多用戶檢測領域[2]的研究越來越受到諸多學者的關注。不僅如此，常模算法在其他領域也是備受矚目，如常模算法在盲均衡以及波束形成等領域的應用也是目前研究的熱點。除此之外，常模算法已經不僅僅局限在應用于常模信號，也可應用于多模信號[3]等。 本文對常模算法在多用戶檢測領域的應用以及FPGA[4]實現作了較多的研究工作，共分六章進行闡述。第一章為緒論，介紹了論文相關背景和本文的結構；第二章首先對常模算法作了理論分析，并改進了傳統的2-2型常模算法，我們稱之為M2-2CMA，它在誤碼率性能上有一些改善；之后在MATLAB平臺上搭建了仿真平臺，分析了常模算法在多用戶檢測中的應用；第三章研究了相關文獻，簡單介紹了FPGA概念及其設計流程和設計方法，并對VerilogHDL以及Quartus軟件做了簡要介紹；第四章則詳細介紹了常模算法的FPGA實現，用一種基于統計數據的方法確定了數據位長及精度，提出了其實現的系統框圖，并詳細闡述了各主要模塊的設計與實現，同時給出了最后的報告文件以及最高數據處理速度；第五章則在MATLAB平臺和QuartuslI的基礎上搭建了一個仿真平臺，借助于平臺分析了2-2型常模算法移植到FPGA平臺后的性能，對不同的精度對系統性能的影響做了討論，也統計了不同信噪比、多址干擾下的誤碼率性能。最后一章是對全文的總結和對未來的展望。
上傳時間： 2013-06-23
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隨著科技的發展和社會的進步，數字電視已逐漸成為現代電視的主流。利用今年是奧運年的契機，研究和推廣數字電視廣播具有重大的意義。2006年8月底我國出臺的數字多媒體/電視廣播(DMB-T)標準，確立了中國自己的技術標準。以此來發展擁有自主知識產權的數字電視事業，不僅可以滿足廣大人民群眾日益增長的物質、文化要求，還可以帶動相關產業快速發展。 本課題在深入研究DMB-T國家標準的基礎上，首先對系統的調制系統進行了設計規劃，然后對信道調制的星座映射、系統信息插入、幀體數據處理、PN序列插入的幀形成模塊和成形濾波模塊進行了設計和仿真，并驗證了其正確性。 3780個子載波的時域同步正交多載波技術(TDS-OFDM)是DMB-T調制系統的關鍵技術之一。由于載波數不是2的整數次冪，考慮到實現的有效性，不能采用現已成熟的基-2或基-4的快速傅立葉變換(FFT)算法。針對調制系統中特有的3780點IFFT，課題深入分析和比較了Cooley-Tukey、Winograd和素因子三種離散快速傅立葉變換算法的特點和性能，綜合利用了三種算法優勢，考慮了算法的復雜度、運算的速度、資源的消耗，設計出一種新的算法，進行了Matlab驗證和基于FPGA(現場可編程門陣列)的仿真。分析表明，該算法所需的加法、乘法次數已很逼近4096點FFT算法。 DMB-T發射端的基帶成形濾波采用了平方根升余弦滾降濾波，由于其0.05的滾降系數在實現中比較苛刻，所以是設計的難點之一。本課題利用Matlab工具采用了等紋波最優濾波的方法設計了169階數字濾波器，其阻帶衰減達到了46.9dB，完全符合標準的要求；利用四倍插值的方法實現了I、Q合路的該濾波器的FPGA設計，并進行了設計優化，顯著降低了濾波器的運算量，大大節約了實現該濾波器所需的乘法器資源。
上傳時間： 2013-06-28
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本文的設計采用FPGA來實現π/4DQPSK調制解調。采用π/4DQPSK的調制解調方式是基于頻帶利用率、誤比特率(即抗噪性)和實現復雜性等綜合因素的考慮；采用FPGA進行實現是考慮到高速的數據處理以及AD和DA的高速采樣。 本課題主要包含以下幾個方面的研究： 首先對π/4DQPSK技術的應用發展情況做簡單介紹，并對其調制解調原理進行了詳細的闡述。在理解原理的基礎上，將調制解調進行模塊化劃分，提出了實現的思路和方法。其中包括串并轉換，差分相位編碼，內插，成形濾波器，正交調制，帶通濾波器及希爾伯特變換，解調，位同步，載波同步，差分相位解碼。 其次在FPGA上實現了π/4DQPSK的大部分模塊。其中調制端的各個模塊的功能都已經實現，并綜合在一起，下載到開發板上進行了在線仿真。其中成形濾波器的設計大大降低了FPGA的資源開銷，是本次設計的創新；解調端對載波同步和位同步提出了設計思路，具體的實現還需要進一步的研究；接口電路的測試和在線仿真已經完成。 最后提出了硬件實現的方案以及三種芯片的選型與設計，給出了簡要的電路圖和時序圖。
上傳時間： 2013-08-03
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在傳統的電力電子電路中，DC/DC變換器通常采用模擬電路實現電壓或電流的控制。數字控制與模擬控制相比，有著顯著的優點，數字控制可以實現復雜的控制策略，同時大大提高系統的可靠性和靈活性，并易于實現系統的智能化。但目前數字控制基本上限于電力傳動領域，DC/DC變換器由于其開關頻率較高，一般其外圍功能由DSP或微處理器完成，而控制的核心，如PWM發生等大多采用專用控制芯片實現。FPGA由于其快速性、靈活性及保密性等優點，近年來在數字控制領域受到越來越多的關注。基于FPGA的DC/DC變換器是電力電子領域重要的研究方向之一。本文研究了同步Buck變換器的建模、設計及仿真，采用Xinlix的VIRTEX-Ⅱ PRO FPGA開發板實現了Buck變換器的全數字控制。 論文首先從Buck變換器的理論分析入手，根據它的物理特性，研究了該變換器的狀態空間平均模型和小信號分析。為了獲得高性能的開關電源，提出并分析了混雜模型設計方案，然后進行了控制器設計。并采用MATLAB/SIMULINK建立了同步Buck電路的仿真模型，并進行仿真研究。浮點仿真的運算精度與溢出問題，影響了仿真的精度。為了克服這些不足，作者采用了定點仿真方法，得到了滿意的仿真結果。論文還著重論述了開關電源的數字控制器部分，數字控制器一般由三個主要功能模塊組成：模數轉換器、數字脈寬調制器(Digital PulseWidth Modulation：DPWM)和數字補償器。文中重點研究了DPWM和數字補償器，闡述了目前高頻數字控制變換器中存在的主要問題，特別是高頻狀態下DPWM分辨率較低，影響控制精度，甚至引起極限環(Limit Cycling)現象，對DPWM分辨率的提高與系統硬件工作頻率之間的矛盾、DPWM分辨率與A/D分辨率之間的關系等問題作了全面深入的分析。論文提出了一種新的提高DPWM分辨率的方法，該方法在不提高系統硬件頻率的前提下，采用軟件使DPWM的分辨率大大提高。作者還設計了兩種數字補償器，并進行了分析比較，選擇了合適的補償算法，達到了改善系統性能的目的。 設計完成后，作者使用ISE 9.1i軟件進行了FPGA實現的前、后仿真，驗證了所提出理論及控制算法的正確性。作者完成了Buck電路的硬件制作及基于FPGA的軟件設計，采用32MHz的硬件晶振實現了11-bit的DPWM分辨率，開關頻率達到1MHz，得到了滿意的系統性能，論文最后給出了仿真和實驗結果。
上傳時間： 2013-07-23
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隨著紅外探測技術和超大規模專用集成電路的發展，實時紅外成像系統得到了越來越廣泛的應用。如何針對紅外圖像的特性對紅外圖像進行實時處理，得到能真實反映探測場景、適合觀察分析的紅外圖像是目前紅外成像技術的研究熱點。針對紅外圖像在被采集后立即進行預處理，簡化后級數字信號處理單元的繁重任務，在紅外成像技術中具有重要意義。本論文主要工作如下： (1)對紅外成像的原理、紅外圖像的形成過程、紅外圖像的特征以及紅外圖像與可見光圖像的區別進行了闡述。 (2)簡要介紹了頻域中圖像的增強算法，以及圖像的灰度變換原理。 (3)通過對時域中各種算法的分析對比，以及時域處理與頻域處理的對比，選擇數種適合紅外圖像預處理的算法進行硬件實現，然后再根據硬件實現的難易程度和算法對硬件資源的占用率，以及最終對圖像的處理效果，選擇一種最佳的平滑和銳化方法。 (4)針對FPGA的特點，采用了模塊化結構設計，方便構成并行運算，充分體現了實時處理的要求。 (5)分析了紅外圖像灰度變換的硬件構成，實現了對紅外圖像的直方圖統計。 (6)闡述了I2C總線標準，使用I2C總線對SAA7115視頻圖像處理芯片的控制，對模擬的紅外圖像采集、量化成數字圖像信號；由于采用SDRAM進行數據的存儲，所以針對數據的存儲及讀取方式設計了SDRAM存儲器的控制器，將量化后的數據存儲到SDRAM存儲器。 (7)詳細闡述了圖像頻域處理的硬件實現方法，并特別說明了DFT的FPGA硬件構成方法及這種方法與DSP處理器構成方法的區別。然后針對整個系統的時序構成及時序要求，采用了PLL核構成了系統的時序部分，并對系統進行了優化，以提高運行速度及減少資源占用率。
上傳時間： 2013-07-12
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隨著數字電子技術的發展，數字信號處理廣泛應用于聲納、雷達、通訊語音處理和圖像處理等領域。快速傅立葉變換(Fast Fourier Transform，FFT)在數字信號處理系統中起著很重要的作用，FFT 有效地提高了離散傅立葉變換(Discret Fourier Transform，DFT)的運算效率。 處理器一般要求具有高速度、高精度、大容量和實時處理的性能，而現場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)是近年來迅速發展起來的新型可編程器件，在處理大規模數據方面，有極大的優勢。論文采用了在FPGA中實現FFT算法的方案。 數字信號處理板的硬件電路設計是本論文的重要部分之一。在介紹了FFT以及波束形成的基本原理和基本方法的基礎上，根據實時處理的要求，給出了數字信號處理板的硬件設計方案并對硬件電路的實現進行了分析和說明。 依據數字系統的設計方法，分別采用基二按時間抽取FFT算法、基四按時間抽取FFT算法以及FFT兆核函數三種方法利用硬件描述語言(VHSICHardware Description Language，VHDL)實現了1024點的FFT，接著對三種方法進行了評估，得出了FPGA完全能滿足處理器的實時處理的要求的結論。然后根據通用串行總線(Universial Serial Bus，USB)協議，利用VHDL語言編寫了USB接口芯片ISP1581的固件程序，實現了設備的枚舉過程。
上傳時間： 2013-08-01
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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展，對水聲信號的檢測技術以及數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，現場可編程門陣列)實現光纖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，光纖信號數字化解調的硬件實現采用DSP(Digital Signal Process，可編程數字信號處理器)信號處理機，與之相比，FPGA解調具有速度快、資源占用少、易于擴展等優勢。本文對FPGA與DSP、ASIC(application-specificintegrated circuit，專用集成電路)實現方案進行了對比，分析了適合利用FPGA實現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3×3耦合器解調算法。
上傳時間： 2013-07-03
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