信號與信息處理是信息科學中近幾年來發展最為迅速的學科之一,隨著片上系統(SOC,System On Chip)時代的到來,FPGA正處于革命性數字信號處理的前沿。基于FPGA的設計可以在系統可再編程及在系統調試,具有吞吐量高,能夠更好地防止授權復制、元器件和開發成本進一步降低、開發時間也大大縮短等優點。然而,FPGA器件是基于SRAM結構的編程工藝,掉電后編程信息立即丟失,每次加電時,配置數據都必須重新下載,并且器件支持多種配置方式,所以研究FPGA器件的配置方案在FPGA系統設計中具有極其重要的價值,這也給用于可編程邏輯器件編程的配置接口電路和實驗開發設備提出了更高的要求。 本論文基于IEEE1149.1標準和USB2.0技術,完成了FPGA配置接口電路及實驗開發板的設計與實現。作者在充分理解IEEE1149.1標準和USB技術原理的基礎上,針對Altcra公司專用的USB數據配置電纜USB-Blaster,對其內部工作原理及工作時序進行測試與詳細分析,完成了基于USB配置接口的FPGA芯片開發實驗電路的完整軟硬件設計及功能時序仿真。作者最后進行了軟硬件調試,完成測試與驗證,實現了對Altera系列PLD的配置功能及實驗開發板的功能。 本文討論的USB下載接口電路被驗證能在Altera的QuartusII開發環境下直接使用,無須在主機端另行設計通信軟件,其兼容性較現有設計有所提高。由于PLD(Programmable Logic Device)廠商對其知識產權嚴格保密,使得基于USB接口的配置電路應用受到很大限制,同時也加大了自行對其進行開發設計的難度。 與傳統的基于PC并口的下載接口電路相比,本設計的基于USB下載接口電路及FPGA實驗開發板具有更高的編程下載速率、支持熱插拔、體積小、便于攜帶、降低對PC硬件傷害,且具備其它下載接口電路不具備的SignalTapII嵌入式邏輯分析儀和調試NiosII嵌入式軟核處理器等明顯優勢。從成本來看,本設計的USB配置接口電路及FPGA實驗開發板與其同類產品相比有較強的競爭力。
上傳時間： 2013-04-24
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本文論述了嵌入式TCP/IP協議棧的實現，介紹了TCP/IP協議棧的原理，以及硬線實現TCP/IP協議棧的意義和應用。 第一章為緒論，介紹論文研究的目的、內容、意義和國內外研究發展的現狀。 第二章介紹FPGA設計的流程和Verilog HDL設計語言。著重介紹了FPGA的代碼輸入、編譯、綜合、仿真和下載等等步驟，并且介紹了FPGA設計中使用到的EDA軟件。介紹了Verilog HDL語言的起源，以及Verilog HDL語言的優缺點，并與VHDL語言進行了簡單的比較。 第三章介紹嵌入式系統要實現的經過剪裁的TCP/IP協議棧的內容。著重介紹了要實現的TCP/IP協議棧的子協議，包括TCP協議、UDP協議、IP協議、ARP協議、ICMP協議。在介紹這些協議的時候，介紹了這些協議的工作原理，以及這些協議要用到的報文的格式。 第四章介紹實現剪裁的TCP/IP協議棧的實現，具體介紹的經過剪裁的TCP/IP各個模塊的設計工作。這個部分著重介紹各個模塊的設計方法，實現各個模塊的過程。在設計完這些模塊后，對這些模塊的仿真進行了仿真。 第五章是全文的總結，概括了作者在這次畢業設計中的主要工作和課題的意義，同時指出了進一步工作的方向和需要解決的問題。
上傳時間： 2013-07-04
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衛星導航定位系統可以為公路、鐵路、空中和海上的交通運輸工具提供導航定位服務。它能夠軍民兩用，戰略作用與商業利益并舉。只要持有便攜式接收機，則無論身處陸地、海上還是空中，都能收到衛星發出的特定信號。接收機選取至少四顆衛星發出的信號進行分析，就能確定接收機持有者的位置。 GPS導航定位接收機的理論基礎即是擴頻通信理論，擴頻通信技術與常規的通信技術相比，具有低截獲率，強抗噪聲，抗干擾性，具有信息隱蔽和多址通信等特點，目前己從軍事領域向民用領域迅速發展，成為進入信息時代的高新技術通信傳輸方式之一。擴頻通信技術中，最常見的是直接序列擴頻通信(DSSS)系統，本文所研究的就是這一類系統。 目前在衛星信號的捕獲上一般使用兩種方法：順序捕獲方法(時域法，基于大規模并行相關器)和并行捕獲方法(頻域法，基于FFT)。本文在第二章分別分析了現有順序捕獲和并行捕獲技術的原理，并給出了它們的優缺點。 本文第三章對長碼的直接捕獲進行了深入的研究，基于對國內外相關文獻中長碼直捕方法的分析與對比，并且結合在實際過程中硬件資源需求的考慮，應用了基于分段補零循環相關和FFT搜索頻偏的直捕方法。此方法大大減少了計算量，加快了信號捕獲的速度。本方法利用FFT實現接收信號與本地長碼的并行相關，同時完成頻偏的搜索，將傳統的二維搜索轉換為并行的一維搜索，從而能快速實現長碼捕獲。 GPS信號十分微弱，靈敏度低，在戰場環境下，GPS接收機會面臨各種人為的干擾。如何從復雜的干擾信號中實現對GPS信號的捕獲，即抗干擾技術的研究，是GPS也是本文研究一個的方面。第四章即研究了GPS接收機干擾抑制算法，在強干擾環境下，需要借助信號處理技術在不增加信號帶寬的條件下提高系統的抗干擾能力，以保證后續捕獲跟蹤模塊有充足的處理增益。 本文在第五章給出了GPS接收機長碼捕獲以及干擾抑制的FPGA實現方案，并對各主要子模塊進行了詳細地分析。基本型接收機中長碼捕獲采用頻域方法，選用Altera StratixⅡ EP2S180芯片實現；抗干擾型接收機中選用Xilinx xc4vlx100芯片。實現了各模塊的單獨測試和整個系統的聯調，通過聯調驗證，本文提出的長碼直接捕獲方法正確、可行。 本文提出的長碼直捕方法可以在不需要C/A碼輔助捕獲下完成對長碼的直接捕獲，可以應用于GPS接收機，監測站接收機的同步等，對我國自主研發導航定位接收機也有重大的現實及經濟意義。
上傳時間： 2013-06-18
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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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寬帶無線通信的持續高速的需求增長刺激了新的通信技術的不斷產生，而這些技術的發展，很大程度上都來自于不同技術的互相補充與融合，這也成為新標準的源泉。正交頻分復用(OFDM)技術在提供高效的頻譜利用率以及良好的抗多徑性能的同時，通過多輸入輸出(MIMO)技術來進一步增加信道容量，在不增加信號帶寬的基礎上取得更高的傳輸速率和更好的傳輸質量。因此MIMO-OFDM技術近年來在成為研究熱點的同時，已被認為是下一帶移動通信和網絡接入標準中的核心技術。 本文主要對MIMO-OFDM系統物理層的關鍵技術進行了研究，并主要對系統的同步和信道估計算法進行了深入的分析，并提出了一些改進。最后進行了MIMO-OFDM基帶系統基于FPGA的物理層設計，對其中一些關鍵模塊的設計，比如信道估計和空時譯碼模塊進行了詳細的討論。 第一章緒論部分首先結合寬帶無線通信技術發展的歷史就MIMO-OFDM技術產生發展的背景進行了分析，指出了MIMO-OFDM研究與發展方向，最后總結了本文的工作目標和基本要求。 第二章主要是推導分析了MIMO-OFDM系統的基本原理，先分別從OFDM技術和MIMO技術兩方面概括性的介紹了其理論以及技術特點，最后對MIMO與OFDM結合的關鍵技術進行了討論。 第三章是對MIMO-OFDM同步算法的研究，主要針對基于訓練序列的同步算法進行了深入討論，關注點是訓練序列的設計。針對原有的一些算法進行了總結與比較，并主要對基于頻域設計的訓練序列符號同步算法做出了改進。 第四章首先從基于導頻的信道估計算法推導開始，關注點放在MIMO-OFDM系統下的自適應信道估計算法研究。文章將原有的一些OFDM自適應信道估計算法擴展到MIMO領域，結合基于共軛梯度的自適應算法并做出了一些改進。 第五章節是本文的硬件設計部分，文章基于一個2發2收MIMO-OFDM系統進行了基帶數字處理部分的FPGA設計工作，根據設計要求實現了發送端和接收端數據處理的基本功能，為完善的和更高性能的MIMO-OFDM系統實現奠定了基礎。
上傳時間： 2013-06-26
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基于∑-△噪聲整形技術和過采樣技術的數模轉換器(DAC)可以可靠地把數字信號轉換成為高精度的模擬信號。采用這一結構進行數模轉換具有諸多優點,例如極低的失配噪聲和高的可靠性,便于作為IP模塊嵌入到其他芯片系統中等,更重要的是可以得到其他DAC結構所無法達到的精度和動態范圍。在高精度測量、音頻轉換、汽車電子等領域有著廣泛的應用價值。 由于非線性和不穩定性的存在,高階∑-△調制器的設計與實現存在較大的難度。本設計綜合大量文獻中的經驗原則和方法,首先闡述了∑-△調制器的一般原理,并討論了一般結構調制器的設計過程,然后描述了穩定的高階高精度調制器的設計流程。根據市場需求,設定了整個設計方案的性能指標,并據此設計了達到16bit精度和滿量程輸入范圍的三階128倍過采樣調制器。 本設計采用∑-△結構,根據系統要求設計了量化器位數、調制器過采樣比和階數。在分析高階單環路調制器穩定性的基礎上,成功設計了六位量化三階單環路調制器結構。在16比特的輸入信號下,達到了90dB左右的信噪比。該設計已經在Cyclone系列FPGA器件下得到硬件實現和驗證,并實現了實時音頻驗證。測試表明,該DAC模塊輸出信號的信噪比能滿足16比特數據轉換應用的分辨率要求,并具備良好的兼容性和通用性。 本設計可作為IP核廣泛地在其他系統中進行復用,具有很強的應用性和一定的創新性。
上傳時間： 2013-07-10
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伴隨著多媒體顯示和傳輸技術的發展,人們獲得了越來越高的視聽享受。從傳統的模擬電視,到標清、高清、全高清。與顯示技術發展結伴而行的是顯示接口技術的發展,從模擬的AV端子,S-Video和VGA接口,到數字顯示的DVI接口,技術上經歷了一個從模擬到數字,從并行到串行,從低速到高速的發展過程。 HDMI是最新的高清晰度多媒體接口,它的規范由Silicon Image等七家公司提出,具有帶寬大,尺寸小,傳輸距離長和支持正版保護等功能,符合當今技術的發展潮流,一經推出,就獲得了巨大的成功。成為平板顯示器、高清電視等設備的標準接口之一,并獲得了越來越廣泛的應用。 從上世紀80年代XILINX發明第一款FPGA芯片以來,FPGA就以其體系結構和邏輯單元靈活,運算速度快,編程方便等優點廣泛應用與IC設計、系統控制、視頻處理、通信系統、航空航天等諸多方面。 本文利用ALTERA的一款高端FPGA芯片EP2S180F1508C3為核心,配合Silicon Image的專用HDMI接收芯片搭建了一個HDMI的接收顯示平臺。針對HDMI帶寬寬,數據量大的特點,使用了新型的DDR2 SDRAM作為視頻信號的輸入和輸出緩沖。在硬件板級設計上,針對HDMI和DDR2的相關高速電路,采用了一系列的高速電路設計方法,有效的避免了信號的反射,串擾等不良現象。同時在對HDMI規范和DDR2 SDRAM時序規范的深入研究的基礎上,在ALTERA的開發平臺QUARTUSII上編寫了系統的頂層模塊和相關各功能子模塊,并仿真通過。 論文的主要工作和創新點表現在以下幾個方面： 1、論文研究了最新的HDMI接口規范和新型存儲器件DDR2的時序規范。 2、論文搭建的整個系統相當龐大,涉及到相關的規范、多種芯片的資料、各種工具軟件的使用、原理圖的繪制和PCB板的布局布線,直至后期的編程仿真,花費了作者大量的時間和精力。 3、論文首次使用FPGA來處理HDMI信號且直接驅動顯示器件,區別于-般的ASIC方案。 4、論文對高速電路特別是的DDR2布局布線,采用了一系列的專門措施,具有一定的借鑒價值。
上傳時間： 2013-07-28
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圖像采集系統是數字圖像信號處理過程中不可缺少的重要部分，它將前端相機所捕獲的模擬信號轉化為數字信號，或者直接從數字相機中獲取數字信號，然后通過高速的計算機總線傳回計算機，憑借計算機的強大的運算、數據存儲與處理等操作能力，可以方便快捷地對信號進行分析處理，具有人機友好、功能靈活、可移植性強等優點。隨著對數據傳送速度要求的提高，PCI總線以其高的數據傳輸率，即插即用，低功耗等眾多優點，得到廣泛的應用。本文針對PCI總線接口電路使用的廣泛性，介紹了PLX公司橋接芯片PCI9054主模式的工作原理和中斷機制，采用可編程邏輯器件FPGA實現與PCI9054的本地接口的信號轉換，給出了邏輯實現方案和仿真圖。本文針對FPGA中各功能模塊的邏輯設計進行了詳細分析，并對每個模塊都給出了精確的仿真結果。同時，文中還在其它章節詳細介紹了系統的硬件電路設計、并行接口設計、PCI接口設計、PC端控制軟件設計以及用于調試過程中的SignalTapⅡ嵌入式邏輯分析儀的使用方法，并且也對系統的仿真結果和測試結果給出了分析及討論。最后還附上了系統的PCB版圖、FPGA邏輯設計圖、實物圖及注釋詳細的相關源程序清單。在文章的軟件設計部分介紹了WinDriver驅動開發工具，利用WinDriver工具，在WindowsXP系統下實現設備的驅動程序開發，完成主模式數據傳輸和設備中斷的功能。
上傳時間： 2013-06-09
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本課題深入分析了GPS軟件接收機基于FFT并行捕獲算法并詳細闡述了其FPGA的實現。相比于其它的捕獲方案，該方案更好地滿足了信號處理實時性的要求。 論文的主體部分首先簡單分析了擴頻通信系統的基本原理，介紹了GPS系統的組成，詳細闡述了GPS信號的特點，并根據GPS信號的組成特點介紹了接收機的體系結構。其次，通過對GPS接收機信號捕獲方案的深入研究，確定了捕獲速度快且實現復雜度不是很高的基于FFT的并行捕獲方案，并對該方案提出了幾點改進的措施，根據前面的分析，提出了系統的實現方案，利用MATLAB對該系統進行仿真，仿真的結果充分的驗證了方案的可行性。接著，對于捕獲環節中的核心部分—FFT處理器，設計中沒有采用ALTERA提供的IP核，獨立設計實現了基于FPGA的FFT處理器，并通過對一組數據在MATLAB中運算得到結果和FPGA輸出結果相對比，可以驗證該FFT處理器的正確性。再次重點分析了GPS接收機并行捕獲部分的FPGA具體實現，通過捕獲的FPGA時序仿真波形，證明了該系統已經能成功地捕獲到GPS信號。最后，對全文整個研究工作進行總結，并指出以后繼續研究的方向。 本課題雖然是對于GPS接收機的研究，但其原理與GALILEO、北斗等導航系統的接收機相近，因此該課題的研究對我國衛星導航事業的發展起到了積極的推動作用。
上傳時間： 2013-08-06
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本論文設計了一種基于FPGA的高速FIR數字濾波器,濾波器實現低通濾波,截止頻率為1MHz,通帶波紋小于1 dB,阻帶最大衰減為-40 dB,輸入輸出數據為8位二進制,采樣頻率為10MHz。 論文首先簡要介紹了數字濾波器的基本原理和線性FIR數字濾波器的性質、結構,根據濾波器的性能要求選擇窗函數、確定系數,在算法上為了滿足數字濾波器的要求,對系數放大512倍并取整,并用Matlab對數字濾波器原理進行了證明。同時簡述了EDA技術和FPGA設計流程。 其次,論文說明了FIR數字濾波器模塊的劃分,并用Verilog語言在Modelsim環境下進行了功能測試。對于數字濾波器系數中的-1,-2,4這些簡單的系數乘法直接進行移位和取反,可以極大的節省資源和優化設計。而對普通系數乘法采用4-BANT(4bits-at-a-time)的并行算法,用加法累加快速實現了乘積的運算；另外,在本設計進行部分積累加時,采用舍取冗余位,主要是根據設計時已對系數進行了放大,而輸出時又要將結果相應的縮小,所以在累加時,提前對部分積縮小,從而減少了運算量,從時間和資源上都得到了優化。 論文的最后分別用Modelsim和Quartus II進行了FIR數字濾波器的前仿真和后仿真,將仿真的結果和Matlab中原理驗證時得到的理想值進行了比較,并對所產生的誤差進行了分析。仿真結果表明：本16階FIR數字濾波器設計能夠實現截止頻率為1MHz的低通濾波,并且工作頻率可達150MHz以上。
上傳時間： 2013-05-24
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