虛擬儀器技術(shù)是以傳感器、信號測量與處理、微型計算機等技術(shù)為基礎(chǔ)而形成的一門綜合應(yīng)用技術(shù)。目前虛擬儀器大部分是基于PC機，利用PCI等總線技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)卡插拔不便，便攜性差。隨著嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)平臺已經(jīng)應(yīng)用到各個領(lǐng)域，而市場上的嵌入式虛擬儀器系統(tǒng)還相當(dāng)少，各種研究工作才剛剛起步，各種高性能的虛擬儀器和處理系統(tǒng)在現(xiàn)代工業(yè)控制和科學(xué)研究中已成為必不可少的部分。因此在我國開發(fā)具有較高性能、接口靈活、功能多樣化、低成本的虛擬儀器裝置勢在必行。 針對目前虛擬儀器系統(tǒng)發(fā)展趨勢和特點，采用FPGA技術(shù)，進行一種支持多種平臺的高速虛擬儀器系統(tǒng)的設(shè)計與研究，并針對高速虛擬儀器系統(tǒng)中的一些技術(shù)難點提出解決方案。首先進行了系統(tǒng)的總體設(shè)計，確定了采用FPGA作為系統(tǒng)的控制核心，并選取了Labview作為PC平臺應(yīng)用程序開發(fā)工具，利用USB2.0接口來進行數(shù)據(jù)傳輸；同時選取嵌入式處理器S3C2410以及WinCE作為嵌入式系統(tǒng)硬軟件平臺。隨后進行了各個具體模塊的設(shè)計，在硬件方面，分別設(shè)計了前端處理電路，ADC電路以及USB接口電路。在軟件方面，進行了FPGA控制程序的設(shè)計工作，實現(xiàn)了對各個模塊和接口電路的控制功能。在上層應(yīng)用程序的設(shè)計方面，設(shè)計了Labview應(yīng)用程序，實現(xiàn)了波形顯示和頻譜分析等儀器功能，人機界面良好。在嵌入式平臺上面，進行了WinCE下GPIO驅(qū)動程序設(shè)計，并在上層應(yīng)用程序中調(diào)用驅(qū)動來進行數(shù)據(jù)的讀取。為了解決高速ADC與數(shù)據(jù)緩存器的速度不匹配的問題，提出利用多體交叉式存儲器結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案，并在FPGA內(nèi)對控制程序進行了設(shè)計，對其時序進行了仿真。 最后對系統(tǒng)進行了聯(lián)合調(diào)試工作，利用上層軟件對輸入波形進行采集。根據(jù)調(diào)試結(jié)果看，該系統(tǒng)對輸入信號進行了較好的采樣和存儲，還原了波形，達到了預(yù)期效果。課題研究并且對設(shè)計出一種支持多平臺的新型虛擬儀器系統(tǒng)，具有性能好、使用靈活，節(jié)省成本等特點，具有較高的研究價值和現(xiàn)實意義。
上傳時間： 2013-04-24
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本論文基于直接擴頻通信的理論設(shè)計了一種全數(shù)字的中頻接收機，使用Xilinx公司的FPGA芯片xc3s400作為接收機的主芯片，實現(xiàn)中頻數(shù)字信號的下變頻，基帶解調(diào)，PN碼的捕獲及跟蹤環(huán)路的設(shè)計并給出了它們的具體設(shè)計步驟及RTL級邏輯電路圖。本文對于數(shù)字下變頻器的設(shè)計、數(shù)字抑制載波恢復(fù)環(huán)的設(shè)計進行了詳細的論述，還使用Matlab中的Simulink對本接收機系統(tǒng)所要使用的全數(shù)字Costas環(huán)進行了功能仿真并給出了仿真結(jié)果。 本文使用高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9601對中頻模擬信號進行采樣，最后再用高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD9740還原出原始信息，并給出了它們與核心芯片xc3s400的接口設(shè)計方法及原理電路圖。
上傳時間： 2013-07-30
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由于移動環(huán)境的復(fù)雜性，無線信號在發(fā)送傳輸和接收過程中有很明顯的衰落現(xiàn)象，特別是在高頻無線通信中，多徑衰落或頻率選擇性衰落對無線信號的干擾最為嚴重。通過分集接收技術(shù)，Rake接收機在CDMA移動通信系統(tǒng)中抗多徑衰落效果尤為明顯。作為一種新穎的多址接入方式，多載波CDMA充分利用了OFDM最優(yōu)頻率利用率以及CDMA的多址和頻率分集，且系統(tǒng)容量和抗符號間干擾性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的單載波CDMA。這些特性使得多載波CDMA成為未來的寬帶無線通信系統(tǒng)最有希望的候選。 @@ 本文研究了一種多載波擴頻通信系統(tǒng)，介紹了其Rake接收機工作原理和設(shè)計思想，進行了理論仿真并用FPGA予以實現(xiàn)。 @@ 本文首先介紹了移動通信系統(tǒng)的發(fā)展歷史以及OFDM和CDMA技術(shù)原理，并描述了OFDM和CDMA結(jié)合的三種系統(tǒng)（MC-DS-CDMA、MT-CDMA、MC-CDMA）的原理和系統(tǒng)模型；接著，介紹了目前影響移動通信的主要衰落以及Rake接收機基本原理及其作用。多徑信號的每路信號都可能含有可以利用的信息，Rake接收機就是通過多個相關(guān)接收器接收多徑信號中各路信號，通過信道估計和信道補償消去信道因子的附加相位，并把他們合并在一起，以此來改善信號的信噪比和系統(tǒng)的可靠性；在此基礎(chǔ)上，論文提出了一種多載波擴頻通信系統(tǒng)的實現(xiàn)方案，并詳細介紹了其Rake接收機實現(xiàn)原理，給出了最大比合并時各種分徑數(shù)目下系統(tǒng)誤碼率的仿真圖；最后介紹了此方案中Rake接收機的FPGA硬件實現(xiàn)設(shè)計方案及其系統(tǒng) 測試結(jié)果。@@ 仿真結(jié)果顯示出隨著分集徑數(shù)的增加，系統(tǒng)的誤碼率顯著降低。表明Rake接收機抗多徑衰落效果顯著，且在多載波CDMA系統(tǒng)中其分集效果更好，實現(xiàn)相對簡單。最終Rake接收機的FPGA實現(xiàn)結(jié)果同理論仿真一致，時序通過，資源耗費不大，具有較大的實用價值。 @@關(guān)鍵詞：多載波擴頻通信，CDMA，Rake接收機，F(xiàn)PGA
上傳時間： 2013-07-25
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隨著人們對數(shù)字電視和數(shù)字視頻信息的需求越來越大，數(shù)字電視廣播在中國迅速的發(fā)展起來。近幾年，數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)技術(shù)逐漸成熟，數(shù)字電視地面廣播（DTTB）傳輸標準也于2006年8月30號正式出臺。此標準技術(shù)是由我國多家單位聯(lián)合研究的，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)字地面電視傳輸標準。DTTB系統(tǒng)標準的研究與仿真，具有巨大的實用價值和廣闊的市場前景。 @@ 本文首先研究了地面數(shù)字電視廣播標準中平方根升余弦（SRRC）濾波器（滾降系數(shù)為0．05）的結(jié)構(gòu)設(shè)計，介紹了一種適合在FPGA中實現(xiàn)的高階高速FIR濾波器的并行流水線結(jié)構(gòu)。在本設(shè)計中，以CSD數(shù)優(yōu)化濾波器系數(shù)，并運用簡化加法器圖（Reduced Adder Graph，RAG）算法進行改進，最后采用并行處理的轉(zhuǎn)置型流水線結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。 @@ 接著研究數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敇藴什捎玫膫鬏敿夹g(shù)-OFDM的基本概念和技術(shù)特點，并研究了清華大學(xué)提出的DMB-T方案中TDS-OFDM信號幀的組成結(jié)構(gòu)以及相關(guān)原理。 @@ 最后，本文針對OFDM調(diào)制所需要的3780點FFT處理器進行研究。為了保證OFDM信號的采樣率和時域?qū)ьl的采樣率相同，以達到較好的同步性能，采用了3780個正交子載波的設(shè)計方案。在實現(xiàn)過程中，分析比較了多種算法的計算復(fù)雜性，設(shè)計出在硬件實現(xiàn)復(fù)雜度上進行優(yōu)化的3780點FFT處理器的數(shù)據(jù)流流水線算法。之后，通過定點仿真比較各模塊輸出的動態(tài)范圍和概率分布，設(shè)計出定點字長的優(yōu)化方案，并分析計算了這一處理器的輸出信噪比與內(nèi)部各模塊字長的關(guān)系，進一步降低了硬件實現(xiàn)復(fù)雜性。 @@關(guān)鍵字：數(shù)字電視地面廣播傳輸（DTTB）；平方根升余弦濾波器（SRRC）；正交頻分復(fù)用調(diào)制（OFDM）；快速傅立葉變換（FFT）； 3780
上傳時間： 2013-04-24
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低密度校驗碼(LDPC)是一種能逼近Shannon容量限的漸進好碼，其長碼性能甚至超過了Turbo碼。低密度校驗碼以其迭代譯碼復(fù)雜度低，沒有錯誤平層，碼率和碼長可靈活改變的優(yōu)點成為Turbo碼強有力的競爭對手。目前，LDPC碼已廣泛應(yīng)用于深空通信、光纖通信、衛(wèi)星數(shù)字視頻和音頻廣播等領(lǐng)域，因此LDPC碼編譯碼器的硬件實現(xiàn)已成為糾錯編碼領(lǐng)域的研究熱點之一。 本文在分析LDPC碼的基本編碼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，首先研究了LDPC碼的隨機構(gòu)造方法，并給出了有效的PEG算法實現(xiàn)方法，重點分析了用環(huán)消除(cycle elimination)算法實現(xiàn)的準循環(huán)LDPC碼的構(gòu)造。然后對LDPC碼的幾種不同譯碼算法進行分析比較，討論了一種適合硬件實現(xiàn)的譯碼算法-TDMP算法，并對易于硬件實現(xiàn)的TDMP算法進行了性能仿真，仿真結(jié)果表明TDMP算法作為硬件實現(xiàn)的譯碼算法具有優(yōu)異的性能優(yōu)勢。最后針對Altera公司的StratixEPIS25 FPGA芯片設(shè)計了一個基于TDMP算法的(4096，2048)非規(guī)則LDPC碼譯碼器，內(nèi)部用了4個單校驗碼譯碼器并行譯1幀數(shù)據(jù)，3幀同時譯碼，作者詳細介紹了該譯碼器芯片的設(shè)計過程和內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作流程。
上傳時間： 2013-05-23
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對于H.264視頻編碼系統(tǒng)，雖然單純用軟件也可以實現(xiàn)整個編碼過程，但是由于整個編碼系統(tǒng)的算法復(fù)雜度很高，里面又有大量的數(shù)學(xué)運算，使得軟件的計算能力差、速度慢，容易造成總線擁擠，所以單純地依靠軟件無法實現(xiàn)視頻編碼的要求。為了縮短整個編碼的時間，提高編碼系統(tǒng)的工作效率，有必要將軟件中耗費時間和資源較多的模塊用硬件來實現(xiàn)。本文正是基于上述的想法，通過使用FPGA豐富的內(nèi)部資源來實現(xiàn)H.264的編碼。本系統(tǒng)流程是首先使用視頻解碼芯片SAA7113將從攝像頭傳輸過來的PAL制式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為ITU656格式的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)，然后由FPGA讀取并進行預(yù)測、變換和編碼，最后將編碼生成的碼流通過USB接口發(fā)送到PC端進行解碼和顯示。
上傳時間： 2013-06-30
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隨著敵對人為干擾的日益增多和電磁環(huán)境的日益惡劣，抗干擾逐漸成為衛(wèi)星導(dǎo)航接收機的必備能力之一。傳統(tǒng)的單天線多延遲系統(tǒng)僅從時域抗干擾，抑制干擾能力有限。利用陣列天線，增加空域自由度，通過空域—時域級聯(lián)或空時聯(lián)合處理能夠顯著增強導(dǎo)航信號接收機的抗干擾性能。多個天線以不同的方式放置，即不同的陣形，會使得導(dǎo)航接收機具有不同的空域抗干擾性能。針對多種陣形對空域抗干擾性能的影響差異，開展了基于L陣、十字陣、均勻圓陣和帶圓心圓陣的自適應(yīng)抗干擾性能研究，分析了導(dǎo)致差異的原因，通過對比仿真，發(fā)現(xiàn)帶圓心的圓陣具有所選陣形中最優(yōu)的輸出信干噪比，進一步推廣到空時自適應(yīng)抗干擾，也具有同樣的結(jié)論。結(jié)合工程實現(xiàn)，基于FPGA完成空時抗干擾硬件模塊設(shè)計，用Matlab產(chǎn)生的量化數(shù)據(jù)作為激勵，對硬件模塊的輸出結(jié)果進行分析，與非自適應(yīng)空時波束形成結(jié)果相比，實驗驗證了模塊的有效性；與Matlab仿真處理的結(jié)果相比，驗證了模塊的正確性。多種陣形自適應(yīng)抗干擾性能差異的研究對于一定孔徑和陣元個數(shù)條件下的陣列布陣具有一定的參考價值，空時抗干擾硬件模塊是抗干擾系統(tǒng)的核心，所做工作對工程實現(xiàn)具有一定的借鑒意義。
標簽： FPGA 時域 導(dǎo)航系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-28
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現(xiàn)代社會信息量爆炸式增長，由于網(wǎng)絡(luò)、多媒體等新技術(shù)的發(fā)展，用戶對帶寬和速度的需求快速增加。并行傳輸技術(shù)由于時鐘抖動和偏移，以及PCB布線的困難，使得傳輸速率的進一步提升面臨設(shè)計的極限；而高速串行通信技術(shù)憑借其帶寬大、抗干擾性強和接口簡單等優(yōu)勢，正迅速取代傳統(tǒng)的并行技術(shù)，成為業(yè)界的主流。 本論文針對目前比較流行并且有很大發(fā)展?jié)摿Φ膬煞N高速串行接口電路——高速鏈路口和Rocket I/O進行研究，并以Xilinx公司最新款的Virtex-5 FPGA為研究平臺進行仿真設(shè)計。本論文的主要工作是以某低成本相控陣雷達信號處理機為設(shè)計平臺，在其中的一塊信號處理板上，進行了基于LVDS(Low VoltageDifferential Signal)技術(shù)的高速LinkPort(鏈路口)設(shè)計和基于CML(Current ModeLogic)技術(shù)的Rocket I/O高速串行接口設(shè)計。首先在FPGA的軟件中進行程序設(shè)計和功能、時序的仿真，當(dāng)仿真驗證通過之后，重點是在硬件平臺上進行調(diào)試。硬件調(diào)試驗證的方法是將DSP TS201的鏈路口功能與在FPGA中的模擬高速鏈路口相連接，進行數(shù)據(jù)的互相傳送，接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)相同，證明了高速鏈路口設(shè)計的正確性。并且在硬件調(diào)試時對Rocket IO GTP收發(fā)器進行回環(huán)設(shè)計，經(jīng)過回環(huán)之后接收到的數(shù)據(jù)與發(fā)送的數(shù)據(jù)相同，證明了Rocket I/O高速串行接口設(shè)計的正確性。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著社會的發(fā)展，人們對電力需求特別是電能質(zhì)量的要求越來越高。但由于非線性負荷大量使用，卻帶來了嚴重的電力諧波污染，給電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效運行帶來嚴重影響，給供用電設(shè)備造成危害。如何最大限度的減少諧波造成的危害，是目前電力系統(tǒng)領(lǐng)域極為關(guān)注的問題。諧波檢測是諧波研究中重要分支，是解決其它相關(guān)諧波問題的基礎(chǔ)。因此，對諧波的檢測和研究，具有重要的理論意義和實用價值。 目前使用的電力系統(tǒng)諧波檢測裝置，大多基于微處理器設(shè)計。微處理器是作為整個系統(tǒng)的核心，它的性能高低直接決定了產(chǎn)品性能的好壞。而這種微處理器為主體構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)，存在效率低、資源利用率低、程序指針易受干擾等缺點。由于微電子技術(shù)的發(fā)展，特別是專用集成電路ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，使得設(shè)計電力系統(tǒng)諧波檢測專用的集成電路成為可能，同時為諧波檢測裝置的硬件設(shè)計提供了一個新的發(fā)展途徑。本文目標就是設(shè)計電力系統(tǒng)諧波檢測專用集成電路，從而可以實現(xiàn)對電力系統(tǒng)諧波的高精度檢測。采用專用集成電路進行諧波檢測裝置的硬件設(shè)計，具有體積小，速度快，可靠性高等優(yōu)點，由于應(yīng)用范圍廣，需求量大，電力系統(tǒng)諧波檢測專用集成電路具有很好的應(yīng)用前景。 本文首先介紹了國內(nèi)外現(xiàn)行諧波檢測標準，調(diào)研了電力系統(tǒng)諧波檢測的發(fā)展趨勢；隨后根據(jù)裝置的功能需求，特別是依據(jù)其中諧波檢測國標參數(shù)的測量算法，為系統(tǒng)選定了基于FPGA的SOPC設(shè)計方案。 本文分析了電力系統(tǒng)諧波檢測專用集成電路的功能模型，對專用集成電路進行了模塊劃分。定義了各模塊的功能，并研究了模塊間的連接方式，給出了諧波檢測專用集成電路的并行結(jié)構(gòu)。設(shè)計了基于FPGA的諧波檢測專用集成電路設(shè)計和驗證的硬件平臺。配合專用集成電路的電子設(shè)計自動化(EDA)工具構(gòu)建了智能監(jiān)控單元專用集成電路的開發(fā)環(huán)境。 在進行FPGA具體設(shè)計時，根據(jù)待實現(xiàn)功能的不同特點，分為用戶邏輯區(qū)域和Nios處理器模塊兩個部分。用戶邏輯區(qū)域控制A/D轉(zhuǎn)換器進行模擬信號的采樣，并對采樣得到的數(shù)字量進行諧波分析等運算。然后將結(jié)果存入片內(nèi)的雙口RAM中，等待Nios處理器的訪問。Nios處理器對數(shù)據(jù)處理模塊的結(jié)果進一步處理，得到其各自對應(yīng)的最終值，并將結(jié)果通過串行通信接口發(fā)送給上位機。 最后，對設(shè)計實體進行了整體的編譯、綜合與優(yōu)化工作，并通過邏輯分析儀對設(shè)計進行了驗證。在實驗室條件下，對監(jiān)測指標的運算結(jié)果進行了實驗測量，實驗結(jié)果表明該監(jiān)測裝置滿足了電力系統(tǒng)諧波檢測的總體要求。
標簽： FPGA 電力系統(tǒng) 諧波檢測
上傳時間： 2013-04-24
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溫濕度是影響糧食儲藏的重要參數(shù)，兩者之間是相互關(guān)聯(lián)的，溫濕度控制不好必然引起糧食發(fā)熱和霉變，且極易產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，從而造成難以挽回的損失。溫濕度的控制直接影響到糧食存儲系統(tǒng)的性能。岡此，糧食溫濕度測控技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用是十分重要的。本文研究基于FPGA的糧倉溫濕度監(jiān)制系統(tǒng)。 設(shè)計了基于FPGA的糧倉溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由溫濕度傳感器、控制電路、單片機和上位機構(gòu)成。單片機主要完成溫度數(shù)據(jù)的采集和上位機的通訊；控制電路基于FPGA進行設(shè)計，主要負責(zé)采集濕度信息，計算溫濕度偏差及其變化率，通過調(diào)用模糊控制算法對溫濕度進行模糊控制，單片機通過RS485總線和上位機進行串口通信，使上位機能夠?qū)崟r記錄，顯示溫濕度變化值和控制過程曲線。該系統(tǒng)實現(xiàn)了糧倉內(nèi)溫濕度的實時監(jiān)測，使管理人員可以實時掌控糧倉內(nèi)的溫濕度情況。 采用FPGA設(shè)計控制電路簡化了系統(tǒng)的組成和外圍數(shù)字電路，易于系統(tǒng)擴展和升級，內(nèi)部集成了信號處理、控制、檢測電路，減少了系統(tǒng)的體積，縮短了開發(fā)周期，大大增強了系統(tǒng)的可靠性；配合功率驅(qū)動、電源等外圍電路，完成信號采集、處理和控制等功能，節(jié)省了開發(fā)成本，使糧倉溫濕度控制系統(tǒng)更加集成化。這也恰恰更加符合當(dāng)今電子產(chǎn)品高精度，集成化的要求。 系統(tǒng)采用直接輸出數(shù)字量的DS1820溫度傳感器和濕度傳感器HS1101并將HS1101與555定時器組成振蕩電路，其輸出為頻率脈沖信號，與濕度值成線性關(guān)系，該頻率脈沖信號可直接送入FPGA進行計數(shù)，這樣溫濕度傳感器輸出的信號都沒有經(jīng)過放大、A/D轉(zhuǎn)換，進一步減少了測量誤差。控制電路采用了VHDL硬件描述語言進行編寫。本裝置已作出實樣，通過了調(diào)試，已達到預(yù)期效果。
上傳時間： 2013-06-16
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