在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，數(shù)字化已經(jīng)成為發(fā)展的必然趨勢，接收機(jī)數(shù)字化是電子系統(tǒng)數(shù)字化中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，對數(shù)字化接收機(jī)的研究具有重要的意義。隨著數(shù)字化理論和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，高速的中頻數(shù)字化接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)已經(jīng)成為可能。本文研究了一種基于FPGA的軟件無線電數(shù)字接收平臺的設(shè)計(jì)，并著重研究了其中數(shù)字中頻處理單元的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。FPGA器件具有設(shè)計(jì)靈活、開發(fā)周期短和開發(fā)成本低等優(yōu)點(diǎn)，所以廣泛應(yīng)用于各種通信系統(tǒng)中。相比于傳統(tǒng)的DSP串行結(jié)構(gòu)，F(xiàn)PGA能夠進(jìn)行流水線性設(shè)計(jì)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行并行處理，所以FPGA在進(jìn)行數(shù)據(jù)量大，要求實(shí)時處理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)時有很大的優(yōu)勢。 本文首先首先分析了軟件無線電當(dāng)前的發(fā)展趨勢及技術(shù)現(xiàn)狀，針對存在的處理速度跟不上的DSP瓶頸問題，提出了中頻軟件無線電的FPGA實(shí)現(xiàn)方案。本文以FPGA實(shí)現(xiàn)為重點(diǎn)，在深入分析軟件無線電相關(guān)理論的基礎(chǔ)上，著重研究和完成了中頻軟件無線電數(shù)字接收平臺兩大模塊的FPGA實(shí)現(xiàn)：數(shù)字下變頻相關(guān)模塊和數(shù)字調(diào)制解調(diào)模塊。其中，在深入研究數(shù)字下變頻實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，首先對數(shù)字下變頻模塊的數(shù)控振蕩器(NCO)采用了直接頻率合成技術(shù)(DDS)實(shí)現(xiàn)，其頻率分辨率高，靈活，易于實(shí)現(xiàn)；高效抽取濾波器組由積分梳狀濾波器(CIC)，半帶濾波器(HB)，F(xiàn)IR濾波器組成。對積分梳狀濾波器(CIC)本文采用了Hogenaur“剪除”理論對內(nèi)部寄存器的位寬進(jìn)行改進(jìn)，極大地節(jié)約了資源，提高了運(yùn)行速率。對FIR濾波器和半帶濾波器采用了(DA)分布式算法，它的運(yùn)行速度只與數(shù)據(jù)的寬度有關(guān)，只有加減法運(yùn)算和二進(jìn)制除法，既縮減了系統(tǒng)資源又大大節(jié)省了運(yùn)算時間，實(shí)現(xiàn)了高效的實(shí)時處理。對數(shù)字調(diào)制解調(diào)模塊，重點(diǎn)研究和完成了2ASK和2FSK的調(diào)制解調(diào)的FPGA實(shí)現(xiàn)，模塊有很好的通用性，能方便地移植到其它的系統(tǒng)中。在文章的最后還對整個系統(tǒng)進(jìn)行了Matlab仿真，驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想的正確性。在系統(tǒng)各個關(guān)鍵模塊的設(shè)計(jì)過程中，都是先依據(jù)一定的設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行verilog編程，然后再在Quartus軟件中編譯，時序仿真測試，并與Matlab仿真結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。
標(biāo)簽： FPGA 軟件無線電 數(shù)字接收機(jī)
上傳時間： 2013-05-18
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隨著計(jì)算機(jī)和自動化測量技術(shù)的日益發(fā)展，測量儀器和計(jì)算機(jī)的關(guān)系日益密切。計(jì)算機(jī)的很多成果很快就應(yīng)用到測量和儀器領(lǐng)域，與計(jì)算機(jī)相結(jié)合已經(jīng)成為測量儀器和自動測試系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。高度集成的現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）是超大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的結(jié)果，由于FPGA器件具備集成度高、體積小、可以利用基于計(jì)算機(jī)的開發(fā)平臺，用編寫軟件的方法來實(shí)現(xiàn)專門硬件的功能等優(yōu)點(diǎn)，大大推動了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的單片化、自動化，縮短了單片數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期、提高了設(shè)計(jì)的靈活性和可靠性。 本文研究基于網(wǎng)絡(luò)的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)問題。論文完成了以FPGA結(jié)構(gòu)為系統(tǒng)硬件平臺，uClinux為核心的系統(tǒng)的軟件平臺設(shè)計(jì)，進(jìn)行信號的采集和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測的功能。 論文從軟硬件兩方面入手，闡述了基于FPGA器件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，以及基于uClinux操作系統(tǒng)的設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)計(jì)和應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。 硬件方面，F(xiàn)PGA采用Xilinx公司Spartan系列的XC3S500芯片，用verilog HDL硬件描述語言在Xilinx公司提供的ISE輔助設(shè)計(jì)軟件中實(shí)現(xiàn)FPGA編程。將微處理器MicroBlaze、數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、以太網(wǎng)控制器、數(shù)模轉(zhuǎn)換控制器等數(shù)字邏輯電路通過CoreConnect技術(shù)用OPB總線集成在同一個FPGA內(nèi)部，形成一個可編程的片上系統(tǒng)（SOPC）。采用基于FPGA的SOPC設(shè)計(jì)的突出優(yōu)點(diǎn)是不必更換芯片就可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的改進(jìn)和升級，同時也可以降低成本和提高可靠性。 軟件方面，為了更好更有效地管理和拓展系統(tǒng)功能，移植了uClinux到MicroBlaze軟處理器上，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了平臺上的ADC設(shè)備驅(qū)動程序和數(shù)據(jù)采集應(yīng)用程序。并通過修訂內(nèi)核，實(shí)現(xiàn)了利用以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議來訪問數(shù)據(jù)采集程序獲得的數(shù)據(jù)。
標(biāo)簽： FPGA 以太網(wǎng) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-23
上傳用戶：晴天666
現(xiàn)代通信朝著全網(wǎng)IP化的進(jìn)程逐步發(fā)展，越來越多的通信需要IP路由查找；同時光纖技術(shù)的發(fā)展，使得比特速率達(dá)到了20Gbps，路由技術(shù)成了整個通信系統(tǒng)的瓶頸，迫切需要一種具有高查找性能，低成本的路由算法，能夠適應(yīng)大規(guī)模應(yīng)用。 本文研究了一種高性能、低成本的路由算法。在四分支并行路由查找算法的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了雙分支并行，每個分支流水查找的16-8-8路由算法。該算法由三級表構(gòu)成，長度小于16的前綴通過擴(kuò)展成為長度16的前綴存儲在第一級表中；長度小于24位的前綴通過擴(kuò)展成為長度24的前綴存儲在前兩級表中；長度大于24的前綴則通過專門的存儲空間進(jìn)行存儲。將IP路由的二維查找轉(zhuǎn)化為一維精確查找，每次查找最多訪問存儲器3次，就可以查得下一跳的路由信息。使用Verilog語言實(shí)現(xiàn)了本文提出的算法，并對算法進(jìn)行了功能仿真。為了實(shí)現(xiàn)低成本，該算法采用了FPGA和SSRAM的硬件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。 功能仿真表明本文設(shè)計(jì)的算法查找速度能適應(yīng)20Gbps的接口轉(zhuǎn)發(fā)速率。
標(biāo)簽： FPGA 路由 查找算法
上傳時間： 2013-04-24
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信息安全在當(dāng)今的社會生產(chǎn)生活中已經(jīng)被廣為關(guān)注，對敏感信息進(jìn)行加密是提高信息安全性的一種常見的和有效的手段。 常見的加密方法有軟件加密和硬件加密。軟件加密的方法因?yàn)榧用芩俣鹊汀踩圆钜约鞍惭b不便，在一些高端或主流的加密處理中都采用硬件加密手段對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。硬件加密設(shè)備如加密狗和加密卡已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于信息加密領(lǐng)域當(dāng)中。 但是加密卡和加密狗因?yàn)椴捎玫氖嵌嘈酒Y(jié)構(gòu)，即采用獨(dú)立的USB通信芯片和獨(dú)立的加密芯片來分別實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的USB傳輸和加密功能，如果在USB芯片和加密芯片之間進(jìn)行數(shù)據(jù)竊聽的話，很輕易地就可以獲得未加密的明文數(shù)據(jù)。作者提出了一種新的基于單芯片實(shí)現(xiàn)的USB加密接口芯片的構(gòu)想，采用一塊芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的USB2.0通信和AES加密功能，命名為USB2.0加密接口芯片。 USB2.0加密接口芯片采用了USB2.0接口標(biāo)準(zhǔn)和AES加密算法。該加密芯片可以實(shí)現(xiàn)與主機(jī)的快速通信，具有快速的密碼處理能力，對外提供USB接口，支持基于USB密碼載體的自身安全初始化方式。 根據(jù)設(shè)計(jì)思想，課題研究并設(shè)計(jì)了USB2.0加密接口芯片的總體硬件架構(gòu)，設(shè)計(jì)了USB模塊和AES加密模塊。為了解決USB通信模塊與AES加密模塊之間存在的數(shù)據(jù)處理單元匹配以及速度匹配問題，本文設(shè)計(jì)了AESUSB緩沖器，優(yōu)化了AES有限域加密算法。最后，利用VerilogHDL語言在FPGA芯片上實(shí)現(xiàn)了USB2.0加密接口芯片的功能，并在此基礎(chǔ)之上對加密芯片的通信和加密性能進(jìn)行了測試和驗(yàn)證。
標(biāo)簽： FPGA USB 20
上傳時間： 2013-05-24
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現(xiàn)代社會對各種無線通信業(yè)務(wù)的需求迅猛增長，這就要求無線通信在具有較高傳輸質(zhì)量的同時，還必須具有較大的傳輸容量。這種需求要求在無線通信中必須采用效率較高的線性調(diào)制方式，以提高有限頻帶帶寬的數(shù)據(jù)速率和頻譜利用率，而效率較高的調(diào)制方式通常會對發(fā)端發(fā)射機(jī)的線性要求較高，這就使功率放大器線性化技術(shù)成為下一代無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。 在本文中，研究了前人所提出的各種功放線性化技術(shù)，如功率回退法、正負(fù)反饋法、預(yù)失真和非線性器件法等等，針對功率放大器對信號的失真放大問題進(jìn)行研究，對比和研究了目前廣泛流行的自適應(yīng)數(shù)字預(yù)失真算法。在一般的自適應(yīng)數(shù)字預(yù)失真算法中，主要有兩類：無記憶非線性預(yù)失真和有記憶非線性預(yù)失真。無記憶非線性預(yù)失真主要是通過比較功率放大器的反饋信號和已知輸入信號的幅度和相位的誤差來估計(jì)預(yù)失真器的各種修正參數(shù)。而有記憶非線性預(yù)失真主要是綜合考慮功率放大器非線性和記憶性對信號的污染，需要同時分析信號的當(dāng)前狀態(tài)和歷史狀態(tài)。在對比完兩種數(shù)字預(yù)失真算法之后，文章著重分析了有記憶預(yù)失真算法，選擇了其中的多項(xiàng)式預(yù)失真算法進(jìn)行了具體分析推演，并通過軟件無線電的方法將數(shù)字信號處理與FPGA結(jié)合起來，在內(nèi)嵌了System Generator軟件的Matlab/Simulink上對該算法進(jìn)行仿真分析，證明了這個算法的性能和有效性。 本文另外一個最重要的創(chuàng)新點(diǎn)在于，在FPGA設(shè)計(jì)上，使用了系統(tǒng)級設(shè)計(jì)的思路，與Xilinx公司提供的軟件能夠很好的配合，在完成仿真后能夠直接將代碼轉(zhuǎn)換成FPGA的網(wǎng)表文件或者硬件描述語言，大大簡化了開發(fā)過程，縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期。
標(biāo)簽： WCDMA FPGA 數(shù)字
上傳時間： 2013-06-20
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波前處理機(jī)是自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中實(shí)時信號處理和運(yùn)算的核心，隨著自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)得發(fā)展，波前傳感器的采樣頻率越來越高，這就要求波前處理機(jī)必須有更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力以保證系統(tǒng)的實(shí)時性。在整個波前處理機(jī)的工作流程中，對CCD傳來的實(shí)時圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時處理是第一步，也是十分重要的一步。如果不能保證圖像處理的實(shí)時性，那么后續(xù)的處理過程都無從談起。因此，研制高性能的圖像處理平臺，對波前處理機(jī)性能的提高具有十分重要的意義。 論文介紹了本研究課題的背景以及國內(nèi)外圖像處理技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展?fàn)顩r，接著介紹了傳統(tǒng)的專用和通用圖像處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和模型，并通過分析DSP芯片以及DSP系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了基于DSP和FPGA芯片的實(shí)時圖像處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)基于PC機(jī)模式的圖像處理系統(tǒng)，發(fā)揮了DSP和FPGA兩者的優(yōu)勢，能更好地提高圖像處理系統(tǒng)實(shí)時性能，同時也最大可能地降低成本。 論文根據(jù)圖像處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的、應(yīng)用需求確定了器件的選型。介紹了主要的器件，接著從系統(tǒng)架構(gòu)、邏輯結(jié)構(gòu)、硬件各功能模塊組成等方面詳細(xì)介紹了DSP+FPGA圖像處理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，并分析了包括各種參數(shù)指標(biāo)選擇、連接方式在內(nèi)的具體設(shè)計(jì)方法以及應(yīng)該注意的問題。 論文在闡述傳輸線理論的基礎(chǔ)上，在制作PCB電路板的過程中，針對高速電路設(shè)計(jì)中易出現(xiàn)的問題，詳細(xì)分析了高速PCB設(shè)計(jì)中的信號完整性問題，包括反射、串?dāng)_等，說明了高速PCB的信號完整性、電源完整性和電磁兼容性問題及其解決方法，進(jìn)行了一定的理論和技術(shù)探討和研究。 論文還介紹了基于FPGA的邏輯設(shè)計(jì)，包括了圖像采集模塊的工作原理、設(shè)計(jì)方案和SDRAM控制器的設(shè)計(jì)，介紹了SDRAM的基本操作和工作時序，重點(diǎn)闡述系統(tǒng)中可編程器件內(nèi)部模塊化SDRAM控制器的設(shè)計(jì)及仿真結(jié)果。 論文最后描述了硬件系統(tǒng)的測試及調(diào)試流程，并給出了部分的調(diào)試結(jié)果。 該系統(tǒng)主要優(yōu)點(diǎn)有：實(shí)時性、高速性。硬件設(shè)計(jì)的執(zhí)行速度，在高速DSP和FPGA中實(shí)現(xiàn)信號處理算法程序，保證了系統(tǒng)實(shí)時性的實(shí)現(xiàn)；性價比高。自行研究設(shè)計(jì)的電路及硬件系統(tǒng)比較好的解決了高速實(shí)時圖像處理的需求。
標(biāo)簽： DSPFPGA 圖像處理 電路板
上傳時間： 2013-05-30
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PWM(脈沖寬度調(diào)制)是一種利用數(shù)字信號來控制模擬電路的控制技術(shù)，廣泛應(yīng)用于電源、電機(jī)、伺服系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、電子控制器、功率控制等電力電子設(shè)備。PWM技術(shù)在逆變電路中的應(yīng)用最為廣泛，也是變頻技術(shù)的核心，同時在機(jī)床，液壓位置控制系統(tǒng)等機(jī)械裝置中也發(fā)揮著重要的作用。PWM技術(shù)已經(jīng)成為控制領(lǐng)域的一個熱點(diǎn)，因此研究PWM發(fā)生器對于基礎(chǔ)理論的發(fā)展和技術(shù)的改進(jìn)都有十分重要的意義。 論文研究的主要內(nèi)容是用任意波形作為調(diào)制信號通過特定的方法來產(chǎn)生所需要的PWM波形，任意波形的合成和PWM波形的生成是兩個主要任務(wù)。任意波形的合成是課題設(shè)計(jì)的一個難點(diǎn)，也是影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素之一。論文中波形合成采用直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。DDS技術(shù)以相位為地址，通過查找離散幅度數(shù)據(jù)進(jìn)行波形合成，具有輸出波形相位變化連續(xù)、分辨率高、頻率轉(zhuǎn)換速率快的優(yōu)點(diǎn)，而且通過設(shè)置控制字可靈活方便地改變輸出頻率，是目前波形合成的主流方法。 實(shí)現(xiàn)PWM發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法有多種。在綜合比較了單片機(jī)、DSP、ARM等常用開發(fā)工具特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，本文提出了一種以可編程邏輯器件(PLD)為主體，單片機(jī)輔助配合的設(shè)計(jì)方法。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電了技術(shù)的迅速發(fā)展，可編程邏輯器件的集成度和容量越來越大，基于PLD的設(shè)計(jì)方法正逐步成為一種主流于段，是近些年來電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個熱點(diǎn)。整個系統(tǒng)分為模擬波形產(chǎn)生、單片機(jī)控制電路、FPGA內(nèi)部功能模塊三大部分。FPGA部分的設(shè)計(jì)是以Altera公司的Quartus Ⅱ軟件為開發(fā)平臺，采用VHDL語言為主要輸入手段來完成內(nèi)部各功能模塊的設(shè)計(jì)輸入、編譯、仿真等調(diào)試工作，目標(biāo)載體選用性價比比較高的Altera公司的CycloneⅡ系列的器件；單片機(jī)控制電路主要負(fù)責(zé)控制字的設(shè)置和顯示，波形數(shù)據(jù)的接受與發(fā)送；用MATLAB軟件完成仟意波形的繪制和模擬任務(wù)。 論文共分五章，詳細(xì)介紹了課題的背景、PWM發(fā)生器的發(fā)展和應(yīng)用以及選題的目的和意義等，論述了系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的可行性，對外圍電路和FPAG內(nèi)部功能模塊的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了具體說明，并對仿真結(jié)果、系統(tǒng)的性能、存在的問題和改進(jìn)方法等進(jìn)行了分析和闡述。整個設(shè)計(jì)滿足PWM發(fā)生器的任務(wù)和功能要求，設(shè)計(jì)方法可行。
標(biāo)簽： FPGA PWM 發(fā)生器
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可配置端口電路是FPGA芯片與外圍電路連接關(guān)鍵的樞紐，它有諸多功能：芯片與芯片在數(shù)據(jù)上的傳遞(包括對輸入信號的采集和輸出信號輸出)，電壓之間的轉(zhuǎn)換，對外圍芯片的驅(qū)動，完成對芯片的測試功能以及對芯片電路保護(hù)等。 本文采用了自頂向下和自下向上的設(shè)計(jì)方法，依據(jù)可配置端口電路能實(shí)現(xiàn)的功能和工作原理，運(yùn)用Cadence的設(shè)計(jì)軟件，結(jié)合華潤上華0.5μm的工藝庫，設(shè)計(jì)了一款性能、時序、功耗在整體上不亞于xilinx4006e[8]的端口電路。主要研究以下幾個方面的內(nèi)容： 1.基于端口電路信號寄存器的采集和輸出方式，本論文設(shè)計(jì)的端口電路可以通過配置將它設(shè)置成單沿或者雙沿的觸發(fā)方式[7]，并完成了Verilog XL和Hspiee的功能和時序仿真，且建立時間小于5ns和保持時間在0ns左右。和xilinx4006e[8]相比較滿足設(shè)計(jì)的要求。 2.基于TAP Controller的工作原理及它對16種狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)換的控制，對16種狀態(tài)機(jī)的轉(zhuǎn)換完成了行為級描述和實(shí)現(xiàn)了捕獲、移位、輸出、更新等主要功能仿真。 3.基于邊界掃描電路是對觸發(fā)器級聯(lián)的構(gòu)架這一特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一款邊界掃描電路，并運(yùn)用Verilog XL和Hspiee對它進(jìn)行了功能和時序的仿真。達(dá)到對芯片電路測試設(shè)計(jì)的要求。 4.對于端口電路來講，有時需要將從CLB中的輸出數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)異或、同或、與以及或的功能，為此本文采用二次函數(shù)輸出的電路結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)以上的功能，并運(yùn)用Verilog XL和Hspiee對它進(jìn)行了功能和時序的仿真。滿足設(shè)計(jì)要求。 5.對于0.5μm的工藝而言，輸入端口的電壓通常是3.3V和5V，為此根據(jù)設(shè)置不同的上、下MOS管尺寸來調(diào)整電路的中點(diǎn)電壓，將端口電路設(shè)計(jì)成3.3V和5V兼容的電路，通過仿真性能上已完全達(dá)到這一要求。此外，在輸入端口處加上擴(kuò)散電阻R和電容C組成噪聲濾波電路，這個電路能有效地抑制加到輸入端上的白噪聲型噪聲電壓[2]。 6.在噪聲和延時不影響電路正常工作的范圍內(nèi)，具有三態(tài)控制和驅(qū)動大負(fù)載的功能。通過對管子尺寸的大小設(shè)置和驅(qū)動大小的仿真表明：在實(shí)現(xiàn)TTL高電平輸出時，最大的驅(qū)動電流達(dá)到170mA，而對應(yīng)的xilinx4006e的TTL高電平最大驅(qū)動電流為140mA[8]；同樣，在實(shí)現(xiàn)CMOS高電平最大驅(qū)動電流達(dá)到200mA,而xilinx4006e的CMOS驅(qū)動電流達(dá)到170[8]mA。 7.與xilinx4006e端口電路相比，在延時和面積以及功耗略大的情況下，本論文研究設(shè)計(jì)的端口電路增加了雙沿觸發(fā)、將輸出數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)二次函數(shù)的輸出方式、通過添加譯碼器將配置端口的數(shù)目減少的新的功能，且驅(qū)動能力更加強(qiáng)大。
標(biāo)簽： FPGA 可配置 端口
上傳時間： 2013-07-20
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現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)器件是能通過對其進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)具有用戶規(guī)定功能的電路，特別適合集成電路的新品開發(fā)和小批量ASIC電路的生產(chǎn)。近幾年來，F(xiàn)PGA的發(fā)展非常迅速，但目前國內(nèi)廠商所使用的FPGA芯片主要還是從國外進(jìn)口，這種狀況除了給生產(chǎn)廠家?guī)砗艽蟮某杀緣毫σ酝猓瑫r也影響到國家信息產(chǎn)業(yè)的保密和安全問題，因此在國內(nèi)自主研發(fā)FPGA便成為一種必然的趨勢。 基于上述現(xiàn)實(shí)狀況及國內(nèi)市場的巨大需求，中國電子科技集團(tuán)公司第58研究所近年來對FPGA進(jìn)行了專項(xiàng)研究，本論文正是作為58所專項(xiàng)的一部分研究工作的總結(jié)。本文深入研究了FPGA的相關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)，并進(jìn)行了實(shí)際的FPGA器件設(shè)計(jì)，研究工作的重點(diǎn)是在華潤上華(CSMC)0.5μm標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行具有6000有效門的FPGA的電路設(shè)計(jì)與仿真。 論文首先闡述了可編程邏輯器件的基本結(jié)構(gòu)，就可編程邏輯器件的發(fā)展過程及其器件分類，對可編程只讀存儲器、現(xiàn)場可編程邏輯陣列、可編程陣列邏輯、通用邏輯陣列和復(fù)雜PLD等的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了討論。接著討論了FPGA的基本結(jié)構(gòu)與分類及它的編程技術(shù)，另外還闡述了FPGA的集成度和速率等相關(guān)問題。并根據(jù)實(shí)際指標(biāo)要求確定本文研究目標(biāo)FPGA的基本結(jié)構(gòu)和它的編程技術(shù)，在華潤上華0.5μm標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝的基礎(chǔ)上，進(jìn)行一款FPGA芯片的設(shè)計(jì)研究工作。進(jìn)行了可編程邏輯單元的基本結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并用CMOS邏輯和NMOS傳輸管邏輯實(shí)現(xiàn)了函數(shù)發(fā)生器、快速進(jìn)位鏈和觸發(fā)器的電路設(shè)計(jì)，并對其進(jìn)行了仿真，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。
標(biāo)簽： FPGA 芯片 電路設(shè)計(jì)
上傳時間： 2013-08-01
上傳用戶：baitouyu
基于微處理器的數(shù)字PID控制器改變了傳統(tǒng)模擬PID控制器參數(shù)整定不靈活的問題。但是常規(guī)微處理器容易在環(huán)境惡劣的情況下出現(xiàn)程序跑飛的問題，如果實(shí)現(xiàn)PID軟算法的微處理器因?yàn)閺?qiáng)干擾或其他原因而出現(xiàn)故障，會引起輸出值的大幅度變化或停止響應(yīng)。而FPGA的應(yīng)用可以從本質(zhì)上解決這個問題。因此，利用FPGA開發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能控制器算法的芯片化，使之能夠廣泛的用于各種場合，具有很大的應(yīng)用意義。 首先分析FPGA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，總結(jié)FPGA設(shè)計(jì)技術(shù)及開發(fā)流程，指出實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低設(shè)計(jì)難度，是擴(kuò)展設(shè)計(jì)功能、提高芯片性能和產(chǎn)品性價比的關(guān)鍵。控制系統(tǒng)由四個模塊組成，主要包括核心控制器模塊、輸入輸出模塊以及人機(jī)接口。其中控制器部分為系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。在分析FPGA設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)類型和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出一種基于FPGA改進(jìn)型并行結(jié)構(gòu)的PID溫度控制器設(shè)計(jì)方法。在PID算法與FPGA的運(yùn)算器邏輯映像過程中，采用將補(bǔ)碼的加法器代替減法器設(shè)計(jì)，增加整數(shù)運(yùn)算結(jié)果的位擴(kuò)展處理，進(jìn)行不同數(shù)據(jù)類型的整數(shù)歸一化等不同角度的處理方法融合為一體，可以有效地減少邏輯運(yùn)算部件。應(yīng)用Ouartus Ⅱ圖形輸入與Verilog HDL語言相結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了PID控制器，用Modelsim仿真驗(yàn)證了設(shè)計(jì)結(jié)果的正確性，用Synplify Pro進(jìn)行電路綜合，在Quaitus Ⅱ軟件中實(shí)現(xiàn)布局布線，最后生成FPGA的編程文件。根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，論文設(shè)計(jì)完成了12位模數(shù)AD轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)顯示器、按鍵等相關(guān)外圍接口電路。 將一階、純滯后、大慣性電阻爐溫作為控制對象，以EP1C3T144 FPGA為核心，構(gòu)建PID控制系統(tǒng)。在采用Pt100溫度傳感器、分辨率為2℃、最大溫度控制范圍0～400℃的條件下，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，達(dá)到無超調(diào)的穩(wěn)定控制要求，為降低FPGA實(shí)現(xiàn)PID控制器的設(shè)計(jì)難度提供了有效的方法。
標(biāo)簽： FPGA PID 控制器
上傳時間： 2013-06-13
上傳用戶：15071087253
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