在以單片機(jī)為核心的多級分布式系統(tǒng)中,常常需要擴(kuò)展單片機(jī)的串行通信口,本文分別介紹了基于SP2538 專用串行口擴(kuò)展芯片及Intel8251 的兩種串行口擴(kuò)展方法,并給出了實(shí)際的硬件電路原理及相應(yīng)的通信
標(biāo)簽: 51單片機(jī) 串行口 擴(kuò)展方法
上傳時(shí)間: 2013-08-01
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在國內(nèi)新的電力市場形勢的變化下,配電網(wǎng)自動(dòng)化尤其是配電網(wǎng)自動(dòng)化中的無功補(bǔ)償和配電數(shù)據(jù)監(jiān)測在電力企業(yè)中的重要性越來越顯著。另一方面,我國電力供需矛盾趨于緩和,電力負(fù)荷控制系統(tǒng)的控制功能變得很少使用,造成了資金、資源的很大浪費(fèi)。為了使這些資源更有效地服務(wù)于配電網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè),在充分整合電力負(fù)荷控制系統(tǒng)原有硬件資源的基礎(chǔ)上,開發(fā)了基于ARM的智能控制器來實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)的無功補(bǔ)償和配電監(jiān)測,對原有的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行了進(jìn)一步的開發(fā)利用。 本論文主要完成了以下幾個(gè)方面的工作: 1、研究電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集方法、高速數(shù)字信號處理算法、智能無功補(bǔ)償算法。 2、研究基于GPRS的分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及國家電網(wǎng)公司通信協(xié)議《電力負(fù)荷管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約—2004》的實(shí)現(xiàn)。 3、研究基于高性能嵌入式系統(tǒng)的終端軟、硬件平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)
上傳時(shí)間: 2013-04-24
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隨著TD—SCDMA技術(shù)的不斷發(fā)展,TD—SCDMA系統(tǒng)產(chǎn)品也逐步成熟并隨之完善。產(chǎn)品家族日益豐富,室內(nèi)型宏基站、室外型宏基站、分布式基站(BBU+RRU)、微基站等系列化基站產(chǎn)品逐步問世,可以滿足不同場景的建網(wǎng)需求。而分布式基站(BBU+RRU)越來越多地受到業(yè)界的關(guān)注和重視。 本文主要從TD—SCDMA頻點(diǎn)拉遠(yuǎn)系統(tǒng)(RRU)和軟件無線電技術(shù)的發(fā)展入手,重點(diǎn)研究TD—SCDMA頻點(diǎn)拉遠(yuǎn)系統(tǒng)的FPGA設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。TD—SCDMA通信系統(tǒng)通過靈活分配不同的上下行時(shí)隙,實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的不對稱性,但是多路數(shù)字中頻所構(gòu)成的系統(tǒng)成本高和控制的復(fù)雜性,以及TDD雙工模式下,系統(tǒng)的峰均比隨時(shí)隙數(shù)增加而增加,對整個(gè)頻點(diǎn)拉遠(yuǎn)系統(tǒng)的前端放大器線性輸入提出了很高的要求。TD—SCDMA系統(tǒng)使用軟件無線電平臺(tái),一方面軟件算法可以有效保證時(shí)隙分配的準(zhǔn)確性,保證對前端控制器的開關(guān)控制,以及對上下行功率讀取計(jì)算和子幀的靈活提取,另一方面靈活的DUC/CFR算法可以有效的提高頻帶利用率和抗干擾能力,有效的控制TDD系統(tǒng)的峰均比,有效降低系統(tǒng)對前端放大器線性輸出能力的要求。 本文主要研究軟件無線電中DUC和CFR的關(guān)鍵技術(shù)以及FPGA實(shí)現(xiàn),DUC主要由3倍FIR內(nèi)插成型濾波器、2倍插值補(bǔ)償濾波器以及5級CIC濾波器級聯(lián)組成;而CFR主要采用類似基帶削峰的加窗濾波的中頻削峰算法,可以降低相鄰信道的溢出,更有效的降低CF值。將DUC/CFR以單片F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn),能很好提高RRU性能,減少其硬件結(jié)構(gòu),降低成本,降低功耗,增加外部環(huán)境的穩(wěn)定性。
標(biāo)簽: TDSCDMA FPGA 頻點(diǎn)
上傳時(shí)間: 2013-04-24
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常用的實(shí)時(shí)數(shù)字信號處理的器件有可編程的數(shù)字信號處理(DSP)芯片(如AD系列、TI系列)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)等。在工程實(shí)踐中,往往要求對信號處理要有高速性、實(shí)時(shí)性和靈活性,而已有的一些軟件和硬件實(shí)現(xiàn)方式則難以同時(shí)達(dá)到這幾方面的要求。隨著可編程邏輯器件和EDA技術(shù)的發(fā)展,使用FPGA來實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號處理,既具有實(shí)時(shí)性,又兼顧了一定的靈活性。FPGA具有的靈活的可編程邏輯可以方便的實(shí)現(xiàn)高速數(shù)字信號處理,突破了并行處理、流水級數(shù)的限制,有效地利用了片上資源,加上反復(fù)的可編程能力,越來越受到國內(nèi)外從事數(shù)字信號處理的研究者所青睞。 FIR數(shù)字濾波器以其良好的線性特性被廣泛使用,屬于數(shù)字信號處理的基本模塊之一。本論文對基于FPGA的FIR數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究,所做的主要工作如下: 1.介紹了FIR數(shù)字濾波器的基本理論和FPGA的基本概況,以及FPGA設(shè)計(jì)流程、設(shè)計(jì)指導(dǎo)原則和常用的設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想與技巧。 2.以FIR數(shù)字濾波器的基本理論為依據(jù),使用分布式算法為濾波器的硬件實(shí)現(xiàn)算法,并對其進(jìn)行了詳細(xì)的討論。針對分布式算法中查找表規(guī)模過大的缺點(diǎn),采用優(yōu)化分布式算法的多塊查找表方式使得硬件規(guī)模極大的減小。 3.設(shè)計(jì)出一個(gè)192階的FIR濾波器實(shí)例。其系統(tǒng)要求為:定點(diǎn)16位輸入、定點(diǎn)12位系數(shù)、定點(diǎn)16位輸出,采樣率為75MHz。設(shè)計(jì)用Quartus II軟件進(jìn)行仿真,并將其仿真結(jié)果與Matlab仿真結(jié)果進(jìn)行對比分析。 仿真結(jié)果表明,本論文設(shè)計(jì)的濾波器硬件規(guī)模較小,采樣率達(dá)到了75MHz。同時(shí)只要將查找表進(jìn)行相應(yīng)的改動(dòng),就能分別實(shí)現(xiàn)低通、高通、帶通FIR濾波器,體現(xiàn)了設(shè)計(jì)的靈活性。
標(biāo)簽: FPGA FIR 數(shù)字濾波器
上傳時(shí)間: 2013-06-06
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交流電源供電方式正在由集中式向分布式、全功能式發(fā)展,而實(shí)現(xiàn)分布式電源的核心就是模塊的并聯(lián)技術(shù)。多臺(tái)逆變器并聯(lián)可以實(shí)現(xiàn)大容量供電和冗余供電,可大大提高系統(tǒng)的靈活性,使電源系統(tǒng)的體積重量大為降低,同時(shí)其主開關(guān)器件的電流應(yīng)力也可大大減少,從根本上提高了可靠性、降低成本和提高功率密度。本文主要研究逆變器并聯(lián)技術(shù)。 本文首先對電壓、電流雙閉環(huán)逆變器控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。通過對傳遞函數(shù)的分析,得到了基于等效輸出阻抗的雙閉環(huán)控制的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)模型。在分析逆變器模型的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了各控制器參數(shù),并通過MATLAB仿真進(jìn)行了驗(yàn)證。根據(jù)上述模型,分析了逆變器并聯(lián)的環(huán)流特性,以及基于有功和無功功率的并聯(lián)控制方案。 隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展,F(xiàn)PGA技術(shù)正在越來越多地用于工程實(shí)踐中。本文在研究SPWM控制技術(shù)的基礎(chǔ)上,應(yīng)用FPGA芯片EP1C12Q240C8實(shí)現(xiàn)了SPWM數(shù)字控制器,用于多模塊逆變器并聯(lián)控制系統(tǒng)。文中給出了仿真結(jié)果和芯片的測試結(jié)果。 基于FPGA的三相逆變器并聯(lián)數(shù)字控制器的研究具有現(xiàn)實(shí)意義,設(shè)計(jì)具有創(chuàng)新性。仿真和芯片的初步測試結(jié)果表明:本文設(shè)計(jì)的基于FPGA的逆變器并聯(lián)數(shù)字控制器能夠滿足逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的要求。
標(biāo)簽: FPGA 三相逆變器 并聯(lián) 技術(shù)研究
上傳時(shí)間: 2013-08-05
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軟件無線電是無線通信領(lǐng)域繼固定到移動(dòng)、模擬到數(shù)字之后的第三次革命,是目前乃至未來的無線電領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展方向,它在提高系統(tǒng)靈活性上有無可比擬的優(yōu)勢,是實(shí)現(xiàn)未來無線通信系統(tǒng)的有效手段。擴(kuò)頻通信具有卓越的抗干擾和保密性能。擴(kuò)頻通信相對于傳統(tǒng)的窄帶通信,在頻譜利用率上也有明顯的優(yōu)勢,是未來無線通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù),直接序列擴(kuò)頻則是其中在民用領(lǐng)域使用最多的一種擴(kuò)頻技術(shù)。FPGA在分布式計(jì)算、并行處理、流水線結(jié)構(gòu)上有獨(dú)特的優(yōu)勢,自然成為設(shè)計(jì)擴(kuò)頻軟件無線電系統(tǒng)的首選技術(shù)之一。 首先介紹了軟件無線電的理論基礎(chǔ),并分析了它的硬件結(jié)構(gòu)和技術(shù)關(guān)鍵。軟件無線電的關(guān)鍵思路在于構(gòu)建一個(gè)通用的強(qiáng)大的硬件平臺(tái),這也正是本課題的主要工作之一。而后,重點(diǎn)介紹了直序擴(kuò)頻的理論基礎(chǔ)。對于發(fā)射機(jī),其中最關(guān)鍵的是尋找一種相關(guān)特性卓越的偽隨機(jī)序列,本課題主要對m序列、OVSF碼和Gold碼進(jìn)行了深入研究。最后,詳述了基于DDFS的數(shù)字調(diào)制技術(shù)和FPGA技術(shù)。 基于以上理論基礎(chǔ)研究,根據(jù)軟件無線電硬件結(jié)構(gòu),開發(fā)了基于Altera公司Cyclone系列FPGA的硬件平臺(tái)。該平臺(tái)具有210Mbps的高速DAC,并配有串口、USB接口、音頻CODEC輸入輸出通道、以及LVDS擴(kuò)展口和SDRAM,考慮到通用性,設(shè)計(jì)中加入了足以開發(fā)出接收機(jī)的兩路40Mbps的高速ADC。FPGA的代碼開發(fā)也是核心內(nèi)容,本課題編寫了大量相應(yīng)的代碼,包括加擴(kuò)模塊(含偽隨機(jī)序列發(fā)生器)、基于DDFS的數(shù)字調(diào)制模塊以及串口通信模塊、LCD驅(qū)動(dòng)模塊,SDRAM Controller、ADC驅(qū)動(dòng)模塊,并編寫了相應(yīng)的測試代碼。整個(gè)系統(tǒng)測試通過。關(guān)于硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)和代碼開發(fā),在本文第三章和第四章詳細(xì)介紹。 總體說來,本課題基于現(xiàn)有的理論發(fā)展,在充分理解相關(guān)理論的前提下,將主要經(jīng)歷集中于具體應(yīng)用的研究與開發(fā),并取得了一定的成果。
標(biāo)簽: 直序擴(kuò)頻 發(fā)射機(jī) 軟件無線電
上傳時(shí)間: 2013-06-27
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擴(kuò)展頻譜通信技術(shù),它的突出優(yōu)點(diǎn)是保密性好,抗干擾性強(qiáng).隨著通信系統(tǒng)與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)與微電子技術(shù)發(fā)展,越來越多的通信系統(tǒng)構(gòu)建于這種技術(shù)之上.在實(shí)際擴(kuò)頻通信系統(tǒng)工程中,用得比較普遍的是直擴(kuò)方式和跳頻方式,它們的不同在于直擴(kuò)是采取隱藏的方式對抗干擾,而跳頻采取躲避的方式. 西方國家早在20世紀(jì)50年代就開始對跳頻通信進(jìn)行研究,在上個(gè)世紀(jì)末的幾次局部戰(zhàn)爭中,跳頻電臺(tái)得到了普遍的應(yīng)用.跳頻通信的發(fā)展促進(jìn)了其對抗技術(shù)的發(fā)展,目前,世界主要幾個(gè)軍事先進(jìn)的國家,已經(jīng)研究出高性能的跳頻通信對抗設(shè)備,國內(nèi)這方面的發(fā)展相對國外差距比較大. 未來戰(zhàn)爭是科學(xué)技術(shù)的斗爭,研究跳頻通信對抗勢在必行.基于這種目的,本文研究和設(shè)計(jì)了跳頻檢測的FPGA實(shí)現(xiàn),利用基于時(shí)頻分析的處理方法,完成了跳頻信號檢測的FPGA實(shí)現(xiàn),通過測試,表明系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,可以滿足實(shí)際的需要.主要內(nèi)容包括: 1.概述了跳頻檢測接收研究的發(fā)展動(dòng)態(tài),闡述了擴(kuò)展頻譜通信及短時(shí)傅立葉變換的原理. 2.分析了基于快速傅立葉變換(FFT)處理跳頻信號,檢測跳頻的可行性,利用FFT檢測頻譜的原理,合理使用頻譜采樣策略,做到了增加頻譜利用率,提高了檢測概率和分析信噪比;利用抽取內(nèi)插技術(shù)完成數(shù)據(jù)速率的轉(zhuǎn)換,使其滿足后續(xù)信號的處理要求;利用同相和正交的DDC實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu),完成對跳頻信號的解跳. 3.設(shè)計(jì)完成了跳頻信號檢測與接收系統(tǒng)的FPGA實(shí)現(xiàn),其主要包括:數(shù)據(jù)速率變換的實(shí)現(xiàn),FIR低通濾波器的實(shí)現(xiàn),快速傅立葉變換(FFT)的實(shí)現(xiàn),下變頻的實(shí)現(xiàn)等.在濾波器的實(shí)現(xiàn)中,提出了兩種設(shè)計(jì)方法:基于常系數(shù)乘法器和分布式算法濾波器,分析了上述兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn),選擇用分布式算法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的低通濾波器;在快速傅立葉變換實(shí)現(xiàn)中,分析了基2和基4的算法結(jié)構(gòu),并分別實(shí)現(xiàn)了基2和基4的算法,滿足了不同場合對處理器的要求.在下變頻的設(shè)計(jì)中,使用濾波器的多相結(jié)構(gòu)完成抽取的實(shí)現(xiàn),并使用低通濾波器使信號帶寬滿足指標(biāo)的要求.此外,設(shè)計(jì)中還包括雙端口RAM的實(shí)現(xiàn),比較模塊的實(shí)現(xiàn)、數(shù)據(jù)緩存模塊和串并轉(zhuǎn)換模塊的實(shí)現(xiàn). 4.介紹了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的硬件平臺(tái).
標(biāo)簽: 跳頻信號 檢測 接收系統(tǒng)
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FPGA是一種可通過用戶編程來實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字電路的集成電路器件。用FPGA設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)有設(shè)計(jì)靈活、低成本,低風(fēng)險(xiǎn)、面市時(shí)間短等好處。本課題在結(jié)合國際上FPGA器件方面的各種研究成果基礎(chǔ)上,對FPGA器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入的探討,重點(diǎn)對FPGA的互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析與優(yōu)化。FPGA器件速度和面積上相對于ASIC電路的不足很大程度上是由可編程布線結(jié)構(gòu)造成的,F(xiàn)PGA一般用大量的可編程傳輸管開關(guān)和通用互連線段實(shí)現(xiàn)門器件的連接,而全定制電路中僅用簡單的金屬線實(shí)現(xiàn),傳輸管開關(guān)帶來很大的電阻和電容參數(shù),因而速度要慢于后者。這也說明,通過優(yōu)化可編程連接方式和布線結(jié)構(gòu),可大大改善電路的性能。本文研究了基于SRAM編程技術(shù)的FPGA器件中邏輯模塊、互連資源等對FPGA性能和面積的影響。論文中在介紹FPGA器件的體系構(gòu)架后,首先對開關(guān)矩陣進(jìn)行了研究,結(jié)合Wilton開關(guān)矩陣和Disioint開關(guān)矩陣的特點(diǎn),得到一個(gè)連接更加靈活的開關(guān)矩陣,提高了FPGA器件的可布線性,接著本課題中又對通用互連線長度、通用互連線間的連接方式和布線通道的寬度等進(jìn)行了探討,并針對本課題中的FPGA器件,得出了一套適合于中小規(guī)模邏輯器件的通用互連資源結(jié)構(gòu),仿真顯示新的互連方案有較好的速度和面積性能,在互連資源的面積和性能上達(dá)到一個(gè)很好的折中。 接下來課題中對FPGA電路的可編程邏輯資源進(jìn)行了研究,得到了一種邏輯規(guī)模適中的粗粒度邏輯塊簇,該邏輯塊簇采用類似Xilinx 公司的FPGA產(chǎn)品的LUT加觸發(fā)器結(jié)構(gòu),使邏輯塊簇內(nèi)部基本邏輯單元的聯(lián)系更加緊密,提高了邏輯資源的功能和利用率。隨后我們還研究了IO模塊數(shù)目的確定和分布式SRAM結(jié)構(gòu)中編程電路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),并簡單介紹了SRAM單元的晶體管級設(shè)計(jì)原理。最后,在對FPGA構(gòu)架研究基礎(chǔ)上,完成了一款FPGA電路的設(shè)計(jì)并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的電路測試方案,該課題結(jié)合CETC58研究所的一個(gè)重要項(xiàng)目進(jìn)行,目前已成功通過CSMC0.6μm 2P2M工藝成功流片,測試結(jié)果顯示其完全達(dá)到了預(yù)期的性能。
標(biāo)簽: SRAM FPGA 器件設(shè)計(jì)
上傳時(shí)間: 2013-04-24
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基于布里淵散射的分布式光纖傳感器是當(dāng)前國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。本文介紹了基于布里淵散射的分布式光纖傳感器的的原理、應(yīng)用;布里淵時(shí)域反射技術(shù)(BOTDR)和布里淵時(shí)域分析技術(shù)(BOTDA)的原理。 受激布里淵散射(SBS)的過程中,入射光和散射光滿足耦合振幅方程組。我們對該方程組采用有限差分法進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,并用Matlab模擬計(jì)算過程,對布里淵散射信號進(jìn)行分析。 根據(jù)布里淵散射信號的特點(diǎn),我們采用基于Morlet小波變換的DSP信號算法來處理 BOTDR傳感信號。通過對該算法的核心單元——快速傅立葉變換(FFT)的硬件實(shí)現(xiàn),我們在Stratix FPGA上實(shí)現(xiàn)了基于Morlet小波變換的DSP算法的硬件電路設(shè)計(jì)。 最后,在此基礎(chǔ)上,我們對電路功能進(jìn)行實(shí)際的仿真和驗(yàn)證,并和Matlab得到結(jié)果進(jìn)行比較和分析。
標(biāo)簽: Morlet BOTDR 小波分析 信號處理
上傳時(shí)間: 2013-07-22
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在工業(yè)控制領(lǐng)域,多種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)共存的局面從客觀上促進(jìn)了工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展,國際上已經(jīng)出現(xiàn)了HSE、Profinet、Modbus TCP/IP、Ethernet/IP、Ethernet Powerlink、EtherCAT等多種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。將傳統(tǒng)的商用以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場設(shè)備層的最大障礙是以太網(wǎng)的非實(shí)時(shí)性,而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備間的高精度時(shí)鐘同步是保證以太網(wǎng)高實(shí)時(shí)性的前提和基礎(chǔ)。 IEEE 1588定義了一個(gè)能夠在測量和控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)鐘同步的協(xié)議——精確時(shí)間協(xié)議(Precision Time Protocol)。PTP協(xié)議集成了網(wǎng)絡(luò)通訊、局部計(jì)算和分布式對象等多項(xiàng)技術(shù),適用于所有通過支持多播的局域網(wǎng)進(jìn)行通訊的分布式系統(tǒng),特別適合于以太網(wǎng),但不局限于以太網(wǎng)。PTP協(xié)議能夠使異質(zhì)系統(tǒng)中各類不同精確度、分辨率和穩(wěn)定性的時(shí)鐘同步起來,占用最少的網(wǎng)絡(luò)和局部計(jì)算資源,在最好情況下能達(dá)到系統(tǒng)級的亞微級的同步精度。 基于PC機(jī)軟件的時(shí)鐘同步方法,如NTP協(xié)議,由于其實(shí)現(xiàn)機(jī)理的限制,其同步精度最好只能達(dá)到毫秒級;基于嵌入式軟件的時(shí)鐘同步方法,將時(shí)鐘同步模塊放在操作系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)層,其同步精度能夠達(dá)到微秒級。現(xiàn)場設(shè)備間微秒級的同步精度雖然已經(jīng)能滿足大多數(shù)工業(yè)控制系統(tǒng)對設(shè)備時(shí)鐘同步的要求,但是對于運(yùn)動(dòng)控制等需求高精度定時(shí)的系統(tǒng)來說,這仍然不夠。基于嵌入式軟件的時(shí)鐘同步方法受限于操作系統(tǒng)中斷響應(yīng)延遲時(shí)間不一致、晶振頻率漂移等因素,很難達(dá)到亞微秒級的同步精度。 本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于FPGA的時(shí)鐘同步方法,以IEEE 1588作為時(shí)鐘同步協(xié)議,以Ethernet作為底層通訊網(wǎng)絡(luò),以嵌入式軟件形式實(shí)現(xiàn)TCP/IP通訊,以數(shù)字電路形式實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步模塊。這種方法充分利用了FPGA的特點(diǎn),通過準(zhǔn)確捕獲報(bào)文時(shí)間戳和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償晶振頻率漂移等手段,相對于嵌入式軟件時(shí)鐘同步方法實(shí)現(xiàn)了更高精度的時(shí)鐘同步,并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了在以集線器互連的10Mbps以太網(wǎng)上能夠達(dá)到亞微秒級的同步精度。
上傳時(shí)間: 2013-07-28
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