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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隨著中國二代導航系統的建設，衛星導航的應用將普及到各個行業，具有自主知識產權的衛星導航接收機的研究與設計是該領域的一個研究熱點。在接收機的設計中，對于成熟技術將利用ASIC芯片進行批量生產，該芯片是專用芯片，一旦制造成型不能改變。但是對于正在研究的接收機技術，特別是在需要利用接收機平臺進行提高接收機性能研究時，利用FPGA通用可編程門陣列芯片是非常方便的。在FPGA上的研究成果，一旦成熟可以很方便的移植到ASIC芯片，進行批量生產。本課題就是基于FPGA研究GPS并行捕獲技術的硬件電路，著重進行了其中一個捕獲通道的設計和實現。 GPS信號捕獲時間是影響GPS接收機性能的一個關鍵因素，尤其是在高動態和實時性要求高的應用中或者對弱GPS信號的捕獲方面。因此，本文在滑動相關法基礎上引出了基于FFT的并行快速捕獲方法，采用自頂向下的方法對系統進行總體功能劃分和結構設計，并采用自底向上的方法對系統進行功能實現和驗證。 本課題以Xilinx公司的Spartan3E開發板為硬件開發平臺，以ISE9.2i為軟件開發平臺，采用verilog HDL編程實現該系統。并利用Nemerix公司的GPS射頻芯片NJ1006A設計制作了GPS中頻信號產生平臺。該平臺可實時地輸出采樣頻率為16.367MHz的GPS數字中頻信號。 本課題主要是基于采樣率變換和FFT實現對GPS C/A碼的捕獲。該算法利用平均采樣的方法，將信號的采樣率降低到1.024 MHz，在低采樣率下利用成熟的1024點FFT IP核對C/A碼進行粗捕，給出GPS信號的碼相位(精度大約為1/4碼片)和載波的多普勒頻率，符合GPS后續跟蹤的要求。 同時，由于FFT算法是以資源換取時間的方法來提高GPS捕獲速度的，所以在設計時，合理地采用FPGA設計思想與技巧優化系統。基于實用性的要求，詳細的給出了基于FFT的GPS并行捕獲各個模塊的實現原理、實現結構以及仿真結果。并達到降低系統硬件資源，能夠快速、高效地實現對GPS C/A碼捕獲的要求。 本研究是導航研究所承擔的國家863課題“利用多徑信號提高GNSS接收機性能的新技術研究”中關于接收機信號捕獲算法的一部分，對接收機的設計具有一定的參考價值。
上傳時間： 2013-07-22
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矩陣運算是描述許多工程問題中不可缺少的數學關系，矩陣運算具有執行效率好、速度快、集成度高等優點，并且隨著動態可配置技術的發展，靈活性也有了很大的提高。因此，尋找矩陣運算的高速實現方法是具有很大的現實意義，能夠為高速運算應用提供技術支持。 為了提高研究成果的實用性與商用性，本文主要針對某種體積小、運算速度和性能要求很高的特殊場合設計并實現基于FPGA的矩陣運算功能。通過系統地研究FPGA功能結構、設計原理、DSP接口、IEEE-754標準，深入學習浮點數及矩陣的基礎運算以及硬件編程語言等內容，根據矩陣運算的特點和原理，討論了硬件設計方面重點對具體核心器件結構、特點以及有關FPGA的設計流程和控制器verilog HDL硬件編程語言代碼方面內容，確定了基于FPGA浮點運算及矩陣運算單元的verilog HDL設計方法，在Quartus II平臺上對其仿真、記錄運算結果，并對采集到的數據結果進行了深入分析與總結。 本設計通過幾種矩陣算法利用FPGA和MATLAB分別進行了實現測試，驗證了設計結果的正確性，證明了本設計中矩陣運算速率的實用性與高效性，提高了系統資源利用率和系統可靠性，為今后在工程、軍事、通訊等生產生活各個領域應用打下良好基礎。
上傳時間： 2013-07-07
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現代的計算機追求的是更快的速度、更高的數據完整性和靈活性。無論從物理性能，還是從電氣性能來看，現今的并行總線都已出現了某些局限，無法提供更高的數據傳輸率。而SATA以其傳輸速率快、支持熱插拔、可靠的數據傳輸等特點，得到各行業越來越多的支持。 目前市場上的SATA IP CORE都是面向IC設計的，不利于在FPGA上集成，因此，本文在Xilinx公司的Virtex5系列FPGA上實現SATAⅡ協議，對SATA技術的推廣、國內邏輯IP核的發展都有一定的意義。 本文將SATAⅡ協議的FPGA實現劃分成物理層、鏈路層、傳輸層和應用層四個模塊。提出了物理層串行收/發器設計以及物理鏈路初始化方案。分析了鏈路層模塊結構，給出了作為SATAⅡ鏈路層核心的狀態機的設計。為滿足SATAⅡ協議3．0Gbps的速率，采用擴大數據處理位寬的方法，設計完成了鏈路層的16b/20b編碼模塊，同時為提高數據傳輸可靠性和信號的穩定性，分別實現了鏈路層CRC校驗模塊和并行擾碼模塊。在描述協議傳輸層的模塊結構的基礎上，給出了作為傳輸層核心的狀態機的設計，并以DMA DATA OUT命令的操作為例介紹了FIS在傳輸層中的處理過程。完成了命令層協議狀態機的設計，并實現了SATAⅡ新增功能NCQ技術，從而使得數據傳輸更加有效。最后為使本設計應用更加廣泛，設計了基于AHB總線的用戶接口。 本設計采用verilog HDL語言對需要實現的電路進行描述，并使用Modelsim軟件仿真。仿真結果表明，本文設計的邏輯電路可靠穩定，與SATAⅡ協議定義功能一致。
上傳時間： 2013-06-16
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軟件無線電（Software Defined Radio）是無線通信系統收發信機的發展方向，它使得通信系統的設計者可以將主要精力集中到收發機的數字處理上，而不必過多關注電路實現。在進行數字處理時，常用的方案包括現場可編程門陣列（FPGA）、數字信號處理器（DSP）和專用集成電路（ASIC）。FPGA以其相對較低的功耗和相對較低廉的成本，成為許多通信系統的首先方案。正是在這樣的前提下，本課題結合軟件無線電技術，研究并實現基于FPGA的數字收發信機。 @@ 本論文主要研究了發射機和接收機的結構和相關的硬件實現問題。首先，從理論上對發射機和接收機結構進行研究，找到收發信機設計中關鍵問題。其次，在理論上有深刻認識的基礎上，以FPGA為手段，將反饋控制算法、反饋補償算法和前饋補償算法落實到硬件電路上。同步一直是數字通信系統中的關鍵問題，它也是本文的研究重點。本文在研究了已有各種同步方法的基礎上，設計了一種新的同步方法和相應的接收機結構，并以硬件電路將其實現。最后，針對所設計的硬件系統，本文還進行了充分的硬件系統測試。硬件測試的各項數據結果表明系統設計方案是可行的，基本實現了數字中頻收發機系統的設計要求。 @@ 本文中發射機系統是以Altera公司EP2C70F672C6為硬件平臺，接收機系統以Altera公司EP2S180F1020C3為硬件平臺。收發系統均是在Ouartus Ⅱ 8．0環境下，通過編寫verilog HDL代碼和調用Altera IP core加以實現。在將設計方案落實到硬件電路實現之前，各種算法均使用MATLAB進行原理仿真，并在MATLAB仿真得到正確結果的基礎上，使用Quartus Ⅱ 8．0中的功能仿真工具和時序仿真工具進行了前仿真和后仿真。所有仿真結果無誤后，可下載至硬件平臺進行調試，通過Quartus Ⅱ 8．0中集成的SignalTap邏輯分析儀，可以實時觀察電路中各點信號的變化情況，并結合示波器和頻譜儀，得到硬件測試結果。 @@關鍵詞：SDR；數字收發機；FPGA；載波同步；符號同步
上傳時間： 2013-04-24
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數字圖像通信的最廣泛的應用就是數字電視廣播系統，與以往的模擬電視業務相比，數字電視在節省頻譜資源、提高節目質量方面帶來了一場新的革命，而與此對應的DVB（Digital Video Broadcasting）標準的建立更是加速了數字電視廣播系統的大規模應用。DVB標準選定MPEG—2標準作為音頻及視頻的編碼壓縮方式，隨后對MPEG—2碼流進行打包形成TS流（transport stream），進行多個傳輸流復用，最后通過不同媒介進行傳輸。在DVB標準的傳輸系統中，無論是衛星傳輸，電纜傳輸還是地面傳輸，為了保障圖像質量，使數字節目在傳輸過程中避免出現因受到各種信道噪聲干擾而出現失真的現象，都采用了信道編碼的方式來保護傳輸數據。信道編碼是數字通信系統中一個必需的、重要的環節。 信道編碼設計方案的優劣決定了DVB系統的成功與否，本文重點研究了DVB系統中的信道編碼算法及其FPGA實現方案，主要進行了如下幾項工作： 1）介紹了DVB系統信道編碼的基本概念及特點，深入研究了DVB標準中信道編碼部分的關鍵技術，并針對每個信道編碼模塊進行工作原理分析、算法分析。 2）根據DVB信道編碼的特點，重點對信道編碼中四個模塊，包括擾碼、RS編碼、卷積交織編碼和卷積編碼的FPGA硬件實現算法進行了比較詳細的分析，并闡述了每個模塊及QPSK調制的設計方案及實現模塊功能的程序流程。 3）在RS（204，188）編碼過程中，利用有限域常數乘法器的特點，對編碼器進行了優化，在很大程度上提高了編碼效率，卷積交織器部分采用RAM移位法，實現起來更為簡單且節省了FPGA器件內部資源。 4）設計以Altera公司的QuartusⅡ為開發平臺，利用FPGA芯片EP1C6Q240C8完成了信道編碼各模塊及QPSK調制的硬件實現，通過verilog HDL描述和時序仿真來驗證算法的可行性，并給出系統設計中減少毛刺的方法，使系統更為穩定。最終的系統仿真結果表明該系統工作穩定，達到了DVB系統信道編碼設計的要求。
上傳時間： 2013-06-26
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隨著信息時代的到來，用戶對數據保護和傳輸可靠性的要求也在不斷提高。由于信道衰落，信號經信道傳輸后，到達接收端不可避免地會受到干擾而出現信號失真。因此需要采用差錯控制技術來檢測和糾正由信道失真引起的信息傳輸錯誤。RS（Reed—Solomon）碼是差錯控制領域中一類重要的線性分組碼，由于它編解碼結構相對固定，性能強，不但可以糾正隨機差錯，而且對突發錯誤的糾錯能力也很強，被廣泛應用在數字通信、數據存儲系統中，以滿足對數據傳輸通道可靠性的要求。因此設計一款高性能的RS編解碼器不但具有很大的應用意義，而且具有相當大的經濟價值。 本文首先介紹了線形分組碼及其子碼循環碼、BCH碼的基礎理論知識，重點介紹了BCH碼的重要分支RS碼的常用編解碼算法。由于其算法在有限域上進行，接著介紹了有限域的有關理論。基于RS碼傳統的單倍結構，本文提出了一種八倍并行編碼及九倍并行解碼方案，并用verilog HDL語言實現。其中編碼器基于傳統的線性反饋移位寄存器除法電路并進行八倍并行擴展，譯碼器關鍵方程求解模塊基于修正的歐幾里德算法設計了一種便于硬件實現的脈動關鍵方程求解結構，其他模塊均采用九倍并行實現。由于進行了超前運算、流水線及并行處理，使編解碼的數據吞吐量大為提高，同時延時更小。 本論文設計了C++仿真平臺，并與HDL代碼結果進行了對比驗證。verilog HDL代碼經過modelsim仿真驗證，并在ALTERA STRATIX3 EP3SL15OF1152C2 FPGA上進行綜合驗證以及靜態時序分析，綜合軟件為QUATURSⅡ V8．0。驗證及測試表明，本設計在滿足編解碼基本功能的基礎上，能夠實現數據的高吞吐量和低延時傳輸，達到性能指標要求。本論文在基于FPGA的RS（255，223）編解碼器的高速并行實現方面的研究成果，具有通用性、可移植性，有一定的理論及經濟價值。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著計算機和自動化測量技術的日益發展，測量儀器和計算機的關系日益密切。計算機的很多成果很快就應用到測量和儀器領域，與計算機相結合已經成為測量儀器和自動測試系統發展的必然趨勢。高度集成的現場可編程門陣列（FPGA）是超大規模集成電路和計算機輔助設計技術發展的結果，由于FPGA器件具備集成度高、體積小、可以利用基于計算機的開發平臺，用編寫軟件的方法來實現專門硬件的功能等優點，大大推動了數字系統設計的單片化、自動化，縮短了單片數字系統的設計周期、提高了設計的靈活性和可靠性。 本文研究基于網絡的高速數據采集系統的設計與實現問題。論文完成了以FPGA結構為系統硬件平臺，uClinux為核心的系統的軟件平臺設計，進行信號的采集和遠程網絡監測的功能。 論文從軟硬件兩方面入手，闡述了基于FPGA器件進行數據采集的硬件系統設計方法，以及基于uClinux操作系統的設備驅動程序設計和應用程序設計。 硬件方面，FPGA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輔助設計軟件中實現FPGA編程。將微處理器MicroBlaze、數據存儲器、程序存儲器、以太網控制器、數模轉換控制器等數字邏輯電路通過CoreConnect技術用OPB總線集成在同一個FPGA內部，形成一個可編程的片上系統（SOPC）。采用基于FPGA的SOPC設計的突出優點是不必更換芯片就可以實現設計的改進和升級，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功能，移植了uClinux到MicroBlaze軟處理器上，設計實現了平臺上的ADC設備驅動程序和數據采集應用程序。并通過修訂內核，實現了利用以太網TCP/IP協議來訪問數據采集程序獲得的數據。
上傳時間： 2013-05-23
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近年來，大容量數據存儲設備主要是機械硬盤，機械硬盤采用機械馬達和磁片作為載體，存在抗震性能低、高功耗和速度提升難度大等缺點。固態硬盤是以半導體作為存儲介質及控制載體，無機械裝置，具有抗震、寬溫、無噪、可靠和節能等特點，是目前存儲領域所存在問題的解決方案之一。本文針對這一問題，設計基于FPGA的固態硬盤控制器，實現數據的固態存儲。 文章首先介紹硬盤技術的發展，分析固態硬盤的技術現狀和發展趨勢，闡述課題研究意義，并概述了本文研究的主要內容及所做的工作。然后從分析固態硬盤控制器的關鍵技術入手，研究了SATA接口協議和NANDFLASH芯片特性。整體設計采用SOPC架構，所有功能由單片FPGA完成。移植MicroBlaze嵌入式處理器軟核作為主控制器，利用verilog HDL語言描述IP核形式設計SATA控制器核和NAND FLASH控制器核。SATA控制器核作為高速串行傳輸接口，實現SATA1.0協議，根據協議劃分四層模型，通過狀態機和邏輯電路實現協議功能。NAND FLASH控制器核管理NANDFLASH芯片陣列，將NAND FLASH接口轉換成通用的SRAM接口，提高訪問效率。控制器完成NAND FLASH存儲管理和糾錯算法，實現數據的存儲和讀取。最后完成固態硬盤控制器的模塊測試和整體測試，介紹了測試方法、測試工具和測試流程，給出測試數據和結果分析，得出了驗證結論。 本文設計的固態硬盤控制器，具有結構簡單和穩定性高的特點，易于升級和二次開發，是實現固態硬盤和固態存儲系統的關鍵技術。
上傳時間： 2013-05-28
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DDR2 SDRAM是目前內存市場上的主流內存。除了通用計算機系統外，大量的嵌入式系統也紛紛采用DDR2內存，越來越多的SoC系統芯片中會集成有DDR2接口模塊。因此，設計一款匹配DDR2的內存控制器將會具有良好的應用前景。 論文在研究了DDR2的JEDEC標準的基礎上，設計出DDR2控制器的整體架構，采用自項向下的設計方法和模塊化的思想，將DDR2控制器劃分為若干模塊，并使用verilog HDL語言完成DDR2控制器IP軟核中初始化模塊、配置模塊、執行模塊和數據通道模塊的RTL級設計。根據在設計中遇到的問題，對DDR2控制器的整體架構進行改進與完善。在分析了Altera數字PHY的基本性能的基礎上，設計DDR2控制器與數字PHY的接口模塊。搭建DDR2控制器IP軟核的仿真驗證平臺，針對設計的具體功能進行仿真驗證，并實現在Altera Stratix II GX90開發板上對DDR2存儲芯片基本讀/寫操作控制的FPGA功能演示。 論文設計的DDR2控制器的主要特點是： 1.支持數字PHY電路，不需要實際的硬件電路就完成DDR2控制器與DDR2存儲芯片之間的物理層接口，節約了設計成本，縮小了硬件電路的體積。 2.將配置口從初始化模塊中分離出來，簡化了具體操作。 3.支持多個DDR2存儲芯片，使得DDR2控制器的應用范圍更為廣闊。 4.支持DDR2的三項新技術，充分發揮DDR2內存的特性。 5.自動DDR2刷新控制，方便用戶對DDR2內存的控制。
上傳時間： 2013-06-10
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