高性能ADC產(chǎn)品的出現(xiàn),給混合信號測試領(lǐng)域帶來前所未有的挑戰(zhàn)。并行ADC測試方案實現(xiàn)了多個ADC測試過程的并行化和實時化,減少了單個ADC的平均測試時間,從而降低ADC測試成本。 本文實現(xiàn)了基于FPGA的ADC并行測試方法。在閱讀相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上,總結(jié)了常用ADC參數(shù)測試方法和測試流程。使用FPGA實現(xiàn)時域參數(shù)評估算法和頻域參數(shù)評估算法,并對2個ADC在不同樣本數(shù)條件下進行并行測試。 通過在FPGA內(nèi)部實現(xiàn)ADC測試時域算法和頻域算法相結(jié)合的方法來搭建測試系統(tǒng),完成音頻編解碼器WM8731L的控制模式接口、音頻數(shù)據(jù)接口、ADC測試時域算法和頻域算法的FPGA實現(xiàn)。整個測試系統(tǒng)使用Angilent 33220A任意信號發(fā)生器提供模擬激勵信號,共用一個FPGA內(nèi)部實現(xiàn)的采樣時鐘控制模塊。并行測試系統(tǒng)將WM8731.L片內(nèi)的兩個獨立ADC的串行輸出數(shù)據(jù)分流成左右兩通道,并對其進行串并轉(zhuǎn)換。然后對左右兩個通道分別配置一個FFT算法模塊和時域算法模塊,并行地實現(xiàn)了ADC參數(shù)的評估算法。 在樣本數(shù)分別為128和4096的實驗條件下,對WM8731L片內(nèi)2個被測.ADC并行地進行參數(shù)評估,被測參數(shù)包括增益GAIN、偏移量OFFSET、信噪比SNR、信號與噪聲諧波失真比SINAD、總諧波失真THD等5個常用參數(shù)。實驗結(jié)果表明,通過在FPGA內(nèi)配置2個獨立的參數(shù)計算模塊,可并行地實現(xiàn)對2個相同ADC的參數(shù)評估,減小單個ADC的平均測試時間。 FPGA片內(nèi)實時評估算法的實現(xiàn)節(jié)省了測試樣本傳輸至自動測試機PC端的時間。而且只需將HDL代碼多次復(fù)制,就可實現(xiàn)多個被測ADC在同一時刻并行地被評估,配置靈活。基于FPGA的ADC并行測試方法易于實現(xiàn),具有可行性,但由于噪聲的影響,測試精度有待進一步提高。該方法可用于自動測試機的混合信號選項卡或測試子系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞:ADC測試;并行;參數(shù)評估;FPGA;FFT
上傳時間: 2013-07-11
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隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展和進步,嵌入式系統(tǒng)也越來越廣泛的滲入到人類生活的方方面面。我們生活中常用的手機、數(shù)碼相機、掌上電腦、便攜式掃描儀等等都應(yīng)用到了嵌入式系統(tǒng)。 論文首先介紹了嵌入式系統(tǒng),包括嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)成、特點、發(fā)展趨勢以及FPGA在嵌入式中的應(yīng)用等,指明嵌入式系統(tǒng)設(shè)計一般可分為硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分。 硬件設(shè)計部分,首先介紹了FPGA的相關(guān)知識,包括FPGA構(gòu)成、特性、開發(fā)工具、開發(fā)流程等,并對論文中選用的Altera公司的CyclonⅡ器件做了詳細的介紹。利用SOPC Builder、NiosⅡ等工具設(shè)計創(chuàng)建了NiosⅡ CPU內(nèi)核,添加以太網(wǎng)、Flash、PIO以及VGA接口等模塊,生成了一個Nios CPU內(nèi)核,完成硬件設(shè)計。 軟件設(shè)計部分,研究了嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展、種類、特點等,簡單介紹了幾種代表性的嵌入式操作系統(tǒng)。選擇嵌入式操作系統(tǒng)時,綜合考慮了內(nèi)核、可移植性、可裁剪性、外掛模塊、成本、服務(wù)等各種因素,最終選用μCLinux操作系統(tǒng)。詳細介紹了μCLinux的特點、基本架構(gòu)、代碼結(jié)構(gòu)等。利用NiosⅡIDE為宿主機建立Linux開發(fā)環(huán)境。在IDE里配置Linux內(nèi)核和文件系統(tǒng),編譯后上載到做好的硬件平臺上。啟動μCLinux后將一個C語言編寫的九宮格求解程序下載到開發(fā)板中運行,檢驗運行結(jié)果,驗證嵌入式系統(tǒng)的正確性。 論文所做的只是嵌入式系統(tǒng)的一個應(yīng)用實例。實際應(yīng)用過程中,用戶可以根據(jù)自己的實際需要對軟硬件進行修改,以實現(xiàn)不同的功能。
標(biāo)簽: FPGA 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計
上傳時間: 2013-07-19
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電力電子裝置的控制技術(shù)隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展而愈來愈復(fù)雜。開關(guān)電源是現(xiàn)代電力電子設(shè)備中不可或缺的組成部分,其質(zhì)量的優(yōu)劣以及體積的大小直接影響電子設(shè)備整體性能。高頻化、小型化、數(shù)字化是開關(guān)電源的發(fā)展方向。 在應(yīng)用數(shù)字技術(shù)進行控制系統(tǒng)設(shè)計時,數(shù)字控制器的性能決定了控制系統(tǒng)的整體性能。數(shù)字化電力電子設(shè)備中的控制部分多以MCU/DSP為核心,以軟件實現(xiàn)離散域的運算及控制。在很多高頻應(yīng)用的場合,目前常用的控制器(高性能單片機或DSP)的速度往往不能完全滿足要求。FPGA具有設(shè)計靈活、集成度高、速度快、設(shè)計周期短等優(yōu)點,與單片機和DSP相比,F(xiàn)PGA具有更高的處理速度。同時FPGA應(yīng)用在數(shù)字化電力電子設(shè)備中,還可以大大簡化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),并可實現(xiàn)多種高速算法,具有較高的性價比。 依據(jù)FPGA的這些突出優(yōu)點,本文將FPGA應(yīng)用于直流開關(guān)電源控制器設(shè)計中,以實現(xiàn)開關(guān)電源數(shù)字化和高頻化的要求。主要研究工作如下: 介紹了基于FPGA的DC/DC數(shù)字控制器中A/D采樣控制、數(shù)字PI算法的實現(xiàn);重點描述了采用混合PWM方法實現(xiàn)高分辨率、高精度數(shù)字PWM的設(shè)計方案,并對各模塊進行了仿真測試;用FPGA開發(fā)板進行了一部分系統(tǒng)的仿真和實際結(jié)果的檢測,驗證了文中的分析結(jié)論,證實了可編程邏輯器件在直流開關(guān)電源控制器設(shè)計中的應(yīng)用優(yōu)勢。
上傳時間: 2013-07-23
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圖像是人類智能活動重要的信息來源之一,是人類相互交流和認(rèn)識世界的主要媒體。隨著信息高速公路、數(shù)字地球概念的提出,人們對圖像處理技術(shù)的需求與日劇增,同時VLSI技術(shù)的發(fā)展給圖像處理技術(shù)的應(yīng)用提供了廣闊的平臺。圖像處理技術(shù)是圖像識別和分析的基礎(chǔ),所以圖像處理技術(shù)對整個圖像工程來說就非常重要,對圖像處理技術(shù)的實現(xiàn)的研究也就具有重要的理論意義與實用價值,包括對傳統(tǒng)算法的改進和硬件實現(xiàn)的研究。仿生算法的興起為圖像處理問題的解決提供了一條十分有效的新途徑;FPGA技術(shù)的發(fā)展為圖像處理的硬件實現(xiàn)提供了有效的平臺。 @@ 本文在詳細介紹鄰域圖像處理算法及其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、遺傳算法和蟻群算法基本原理的基礎(chǔ)上,將其應(yīng)用于圖像增強和圖像分割的圖像處理問題之中,并將其用FPGA技術(shù)實現(xiàn)。論文中采用遺傳算法自適應(yīng)的確定非線性變換函數(shù)的參數(shù)對圖像進行增強,在采用FPGA來實現(xiàn)的過程中先對系統(tǒng)進行模塊劃分,主要分為初始化模塊、選擇模塊、適應(yīng)度模塊、控制模塊等,然后利用VHDL語言描述各個功能模塊,為了提高設(shè)計效率,利用IP核進行存儲器設(shè)計,利用DSP Builder進行數(shù)學(xué)運算處理。時序控制是整個系統(tǒng)設(shè)計的核心,為盡量避免毛刺現(xiàn)象,各模塊的時序控制都是采用單進程的Moore狀態(tài)機實現(xiàn)的。在圖像分割環(huán)節(jié)中,圖像分割問題轉(zhuǎn)換為求圖像的最大熵問題,采用蟻群算法對改進的最大熵確定的適應(yīng)度函數(shù)進行優(yōu)化,并對基于FPGA和蟻群算法實現(xiàn)圖像分割的各個模塊設(shè)計進行了詳細介紹。 @@ 對實驗結(jié)果進行分析表明遺傳算法和蟻群算法在數(shù)字圖像處理中的使用明顯改善了處理的效果,在利用FPGA實現(xiàn)遺傳算法和蟻群算法的整個設(shè)計過程中由于充分發(fā)揮了FPGA的并行計算能力及流水線技術(shù)的應(yīng)用,大大提高算法的運行速度。 @@關(guān)鍵詞:圖像處理;遺傳算法;蟻群算法;FPGA
標(biāo)簽: FPGA 數(shù)字圖像處理
上傳時間: 2013-06-03
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隨著電子工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域需求的增長,要實現(xiàn)復(fù)雜程度較高的數(shù)字電子系統(tǒng),對數(shù)據(jù)處理能力提出越來越高的要求。定點運算已經(jīng)很難滿足高性能數(shù)字系統(tǒng)的需要,而浮點數(shù)相對于定點數(shù),具有表述范圍寬,有效精度高等優(yōu)點,在航空航天、遙感、機器人技術(shù)以及涉及指數(shù)運算和信號處理等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。對浮點運算的要求主要體現(xiàn)在兩個方面:一是速度,即如何快速有效的完成浮點運算;二是精度,即浮點運算能夠提供多少位的有效數(shù)字。 計算機性價比的提高以及可編程邏輯器件的出現(xiàn),對傳統(tǒng)的數(shù)字電子系統(tǒng)設(shè)計方法進行了變革。FPGA(Field Programmable Gate Array,現(xiàn)場可編程門陣列)讓設(shè)計師通過設(shè)計芯片來實現(xiàn)電子系統(tǒng)的功能,將傳統(tǒng)的固件選用及電路板設(shè)計工作放在芯片設(shè)計中進行。FPGA可以完成極其復(fù)雜的時序與組合邏輯電路功能,適用于高速、高密度,如運算器、數(shù)字濾波器、二維卷積器等具有復(fù)雜算法的邏輯單元和信號處理單元的邏輯設(shè)計領(lǐng)域。 鑒于FPGA技術(shù)的特點和浮點運算的廣泛應(yīng)用,本文基于FPGA將浮點運算結(jié)合實際應(yīng)用設(shè)計一個觸摸式浮點計算器,主要目的是通過VHDL語言編程來實現(xiàn)浮點數(shù)的加減、乘除和開方等基本運算功能。 (1)給出系統(tǒng)的整體框架設(shè)計和各模塊的實現(xiàn),包括芯片的選擇、各模塊之間的時序以及控制、每個運算模塊詳細的工作原理和算法設(shè)計流程; (2)通過VHDL語言編程來實現(xiàn)浮點數(shù)的加減、乘除和開方等基本運算功能; (3)在Xilinx ISE環(huán)境下,對系統(tǒng)的主要模塊進行開發(fā)設(shè)計及功能仿真,驗證了基于FPGA的浮點運算。
上傳時間: 2013-04-24
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擴頻通信技術(shù)因為具有較強的抗干擾、抗噪聲、抗多徑衰落能力、較好的保密性、較強的多址能力和高精度測量等優(yōu)點,在軍事抗干擾和個人通信業(yè)務(wù)中得到了很大的發(fā)展。尤其是基于擴頻理論的CDMA通信技術(shù)成為國際電聯(lián)規(guī)定的第三代移動通信系統(tǒng)的主要標(biāo)準(zhǔn)化建議后,標(biāo)志著擴頻通信技術(shù)在民用通信領(lǐng)域的應(yīng)用進入了新階段。 近年來,隨著微電子技術(shù)和電子設(shè)計自動化(EDA)技術(shù)的迅速發(fā)展,以FPGA和CPLD為代表的可編程邏輯器件憑借其設(shè)計方便靈活等特點廣泛應(yīng)用于數(shù)字信號處理領(lǐng)域。 本論文正是采用基于FPGA硬件平臺來實現(xiàn)了一個直接序列擴頻通信基帶系統(tǒng),該系統(tǒng)的實現(xiàn)涉及擴頻通信和有關(guān)FPGA的相關(guān)知識,以及實現(xiàn)這些模塊的VHDL硬件描述語言和QuartusⅡ開發(fā)平臺,目標(biāo)是實現(xiàn)一個集成度高、靈活性強、并具有較強的數(shù)據(jù)處理能力的擴頻通信基帶系統(tǒng)。 本論文中首先對擴頻通信的基礎(chǔ)理論做了探討,著重對直序擴頻的理論進行了分析;其次根據(jù)理論分析,設(shè)計了全數(shù)字直接序列擴頻基帶系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),完成了擴頻序列的產(chǎn)生、信息碼的輸入和擴頻。重點完成了對基帶擴頻信號的相關(guān)解擴和幾種同步捕獲電路的設(shè)計,將多種專用芯片的功能集成在一片大規(guī)模FPGA芯片上。在論文中列出了部分模塊的VHDL程序,并在QuartusⅡ仿真平臺上完成各部分模塊的功能仿真。
上傳時間: 2013-04-24
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PID算法自從問世以來,一直受到廣泛的關(guān)注。隨著現(xiàn)代控制理論及智能控制技術(shù)的發(fā)展,PID算法也得到了長足的發(fā)展。結(jié)合傳統(tǒng)的PID控制算法,針對特定的控制領(lǐng)域,出現(xiàn)了一些新的控制算法,模糊PID控制算法就是在此基礎(chǔ)上漸漸形成并凸顯其控制特色。 同時隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA的發(fā)展及其EDA技術(shù)的日漸成熟,為集成控制芯片開拓了廣闊的發(fā)展空間。FPGA的發(fā)展為基于硬件的算法模塊的實現(xiàn)提供了可能性,同時節(jié)省了外圍的電路,使算法模塊的集成度大大提高。 本文針對當(dāng)前國內(nèi)外在算法研究方面的熱點問題,對模糊PID算法進行了深入的分析和研究。通過對汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析,對其進行了數(shù)學(xué)建模。采用某汽輪機的實際設(shè)計運行參數(shù),利用Matlab仿真軟件,對該汽輪機的數(shù)學(xué)模型進行了甩負(fù)荷動態(tài)特性仿真。仿真結(jié)果表明,模糊PID可以更好地解決汽輪發(fā)電機組在甩負(fù)荷過程中由于機組轉(zhuǎn)子飛升量太大而導(dǎo)致危急保安裝置動作,使得汽輪發(fā)電機組意外停機的問題,能夠保證汽輪發(fā)電機組在意外甩負(fù)荷時機組正常的機械運轉(zhuǎn)。根據(jù)模糊控制理論的特點及EDA技術(shù)和FPGA可編程邏輯器件的發(fā)展現(xiàn)狀,提出了在FPGA上實現(xiàn)模糊PID算法的具體實現(xiàn)方案。在綜合分析算法特性的基礎(chǔ)上,選擇Altera公司生產(chǎn)的CycloneⅡ系列中的EP2C35F672C6作為目標(biāo)芯片,利用分層模塊化設(shè)計思想,在Altera公司提供的QuartusⅡ開發(fā)環(huán)境中,利用原理圖設(shè)計輸入和VHDL設(shè)計輸入相結(jié)合的方式實現(xiàn)了模糊PID控制算法,同時分別對實現(xiàn)的各個功能模塊和整個算法模塊進行了功能時序仿真。根據(jù)仿真結(jié)果分析,該設(shè)計實現(xiàn)了的模糊PID控制功能。 該控制算法模塊的FPGA實現(xiàn)很好的避免了因CPU或者其它問題導(dǎo)致算法程序跑飛、程序死循環(huán)、復(fù)位不可靠等問題,提高了控制的可靠性。同時加強了模塊的通用性,減少了系統(tǒng)硬件開發(fā)周期,節(jié)省了外圍設(shè)備的電路,降低了設(shè)計開發(fā)成本。
上傳時間: 2013-07-21
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軟件無線電(Software Defined Radio)是無線通信系統(tǒng)收發(fā)信機的發(fā)展方向,它使得通信系統(tǒng)的設(shè)計者可以將主要精力集中到收發(fā)機的數(shù)字處理上,而不必過多關(guān)注電路實現(xiàn)。在進行數(shù)字處理時,常用的方案包括現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、數(shù)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(tǒng)的首先方案。正是在這樣的前提下,本課題結(jié)合軟件無線電技術(shù),研究并實現(xiàn)基于FPGA的數(shù)字收發(fā)信機。 @@ 本論文主要研究了發(fā)射機和接收機的結(jié)構(gòu)和相關(guān)的硬件實現(xiàn)問題。首先,從理論上對發(fā)射機和接收機結(jié)構(gòu)進行研究,找到收發(fā)信機設(shè)計中關(guān)鍵問題。其次,在理論上有深刻認(rèn)識的基礎(chǔ)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(shù)字通信系統(tǒng)中的關(guān)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(chǔ)上,設(shè)計了一種新的同步方法和相應(yīng)的接收機結(jié)構(gòu),并以硬件電路將其實現(xiàn)。最后,針對所設(shè)計的硬件系統(tǒng),本文還進行了充分的硬件系統(tǒng)測試。硬件測試的各項數(shù)據(jù)結(jié)果表明系統(tǒng)設(shè)計方案是可行的,基本實現(xiàn)了數(shù)字中頻收發(fā)機系統(tǒng)的設(shè)計要求。 @@ 本文中發(fā)射機系統(tǒng)是以Altera公司EP2C70F672C6為硬件平臺,接收機系統(tǒng)以Altera公司EP2S180F1020C3為硬件平臺。收發(fā)系統(tǒng)均是在Ouartus Ⅱ 8.0環(huán)境下,通過編寫Verilog HDL代碼和調(diào)用Altera IP core加以實現(xiàn)。在將設(shè)計方案落實到硬件電路實現(xiàn)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(jié)果的基礎(chǔ)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(jié)果無誤后,可下載至硬件平臺進行調(diào)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(jié)合示波器和頻譜儀,得到硬件測試結(jié)果。 @@關(guān)鍵詞:SDR;數(shù)字收發(fā)機;FPGA;載波同步;符號同步
標(biāo)簽: FPGA 數(shù)字中頻 收發(fā)信機
上傳時間: 2013-04-24
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3D加速引擎是3D圖形加速系統(tǒng)的重要組成部分,以往在軟件平臺上對3D引擎的研究,實現(xiàn)了復(fù)雜的渲染模型和渲染算法,但這些復(fù)雜算法與模型在FPGA上綜合實現(xiàn)具有一定難度,針對FPGA的3D加速引擎設(shè)計及其平臺實現(xiàn)需要進一步研究。 本文在研究3D加速引擎結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)了基于FPGA的圖像處理平臺,使用模塊化的思想,利用IP核技術(shù)分析設(shè)計實現(xiàn)了3D加速管道及其他模塊,并進行了仿真、驗證、實現(xiàn)。 圖像處理平臺選用Virtex-Ⅳ FPGA為核心器件,并搭載了Hynix HY5DU573222F-25、AT91FR40162S、XCF32P VO48及其他組件。 為滿足3D加速引擎的實現(xiàn)與驗證,設(shè)計搭建的圖像處理平臺還實現(xiàn)了DDR-SDRAM控制器模塊、VGA輸出模塊、總線控制器模塊、命令解釋模塊、指令寄存器模塊及控制寄存器模塊。 3D加速引擎設(shè)計包含3D加速渲染管道、視角變換管道、基元讀取、頂點FIFO、基元FIFO、寫內(nèi)存等模塊。針對FPGA的特性,簡化、設(shè)計、實現(xiàn)了光照管道、紋理管道、著色管道和Alpha融合管道。 最后使用Modelsim進行了仿真測試和圖像處理平臺上的驗證,其結(jié)果表明3D加速引擎設(shè)計的大部分功能得到實現(xiàn),結(jié)果令人滿意。
上傳時間: 2013-07-30
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卷積碼是廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信、無線通信等多種通信系統(tǒng)的信道編碼方式。Viterbi算法是卷積碼的最大似然譯碼算法,該算法譯碼性能好、速度快,并且硬件實現(xiàn)結(jié)構(gòu)比較簡單,是最佳的卷積碼譯碼算法。隨著可編程邏輯技術(shù)的不斷發(fā)展,使用FPGA實現(xiàn)Viterbi譯碼器的設(shè)計方法逐漸成為主流。不同通信系統(tǒng)所選用的卷積碼不同,因此設(shè)計可重配置的Viterbi譯碼器,使其能夠滿足多種通信系統(tǒng)的應(yīng)用需求,具有很重要的現(xiàn)實意義。 本文設(shè)計了基于FPGA的高速Viterbi譯碼器。在對Viterbi譯碼算法深入研究的基礎(chǔ)上,重點研究了Viterbi譯碼器核心組成模塊的電路實現(xiàn)算法。本設(shè)計中分支度量計算模塊采用只計算可能的分支度量值的方法,節(jié)省了資源;加比選模塊使用全并行結(jié)構(gòu)保證處理速度;幸存路徑管理模塊使用3指針偶算法的流水線結(jié)構(gòu),大大提高了譯碼速度。在Xilinx ISE8.2i環(huán)境下,用VHDL硬件描述語言編寫程序,實現(xiàn)(2,1,7)卷積碼的Viterbi譯碼器。在(2,1,7)卷積碼譯碼器基礎(chǔ)上,擴展了Viterbi譯碼器的通用性,使其能夠?qū)Σ煌木矸e碼譯碼。譯碼器根據(jù)不同的工作模式,可以對(2,1,7)、(2,1,9)、(3,1,7)和(3,1,9)四種廣泛運用的卷積碼譯碼,并且可以修改譯碼深度等改變譯碼器性能的參數(shù)。 本文用Simulink搭建編譯碼系統(tǒng)的通信鏈路,生成測試Viterbi譯碼器所需的軟判決輸入。使用ModelSim SE6.0對各種模式的譯碼器進行全面仿真驗證,Xilinx ISE8.2i時序分析報告表明譯碼器布局布線后最高譯碼速度可達200MHz。在FPGA和DSP組成的硬件平臺上進一步測試譯碼器,譯碼器運行穩(wěn)定可靠。最后,使用Simulink產(chǎn)生的數(shù)據(jù)對本文設(shè)計的Viterbi譯碼器的譯碼性能進行了分析,仿真結(jié)果表明,在同等條件下,本文設(shè)計的Viterbi譯碼器與Simulink中的Viterbi譯碼器模塊的譯碼性能相當(dāng)。
上傳時間: 2013-06-24
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