近年来，移动通信技术在全球范围内得到了迅猛的发展及应用，各种全新的无线通信概念层出不穷、各种新的体制及其关键技术日新月异。由于正交频分复用(OFDM)技术可以高效地利用频谱资源并有效地对抗频率选择性衰落，多入多出(MIMO)利用多个天线实现多发多收，在不增加带宽和发送功率的情况下，可以成倍提高信道容量，因此OFDM-MIMO技术被广泛认为是后三代通信系统(B3G)的关键技术，是当今移动通信领域研究的热点。 本文对OFDM-MIMO通信系统接收机的关键技术--数字下变频，OFDM同步、解调进行了相关研究，在多天线接收板的XC2VP70-5FF1704芯片上，完成了数字下变频，OFDM同步和解调的FPGA设计与实现。通过功能仿真、时序仿真、板级电路测试，验证了该设计的正确性。 本文首先介绍了OFDM基本原理以其特点，然后对同步技术和数字下变频技术作了相应的介绍。同步是OFDM系统设计中的一项关键技术，即是针对系统中存在的时间偏差、频率偏差进行定时恢复、频偏的估计与补偿，来减少各种同步偏差对系统性能的影响。数字下变频是软件无线电的核心技术之一，其基本功能是从高速中频数字信号中提取所需的窄带信号，将其下变频为基带信号，降低数据率，以供后续DSP器件作进一步处理。 在数字下变频器的设计和实现方面，本文先介绍了数字下变频器的原理和基本结构，然后根据系统要求对其进行了设计，并在实现上作了一些简化，节约了硬件资源。 在对时间同步的设计和实现方面，本文采用了利用PN序列进行时间同步的算法。在实现上根据系统实际情况将数据分为四路分别与本地PN码做滑动相关运算，更有效的利用了同步数据，达到了更好的同步性能。 在OFDM的频率同步的设计和实现方面，本文采用重复的PN码两两相关来估计频偏值，并联合一个二阶负反馈环路进行补偿。该算法利用环路自身噪声带宽抑制噪声，提高频率估计精度，并同时利用负反馈扩大频偏估计范围。本文在对算法的详细研究分析的基础上对其进行了FPGA设计与实现。
上传时间： 2013-04-24
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大圆机是一种涉及到计算机、机械、电子、控制等诸多领域，比较复杂的典型机电一体化产品。近几年来，伴随着我国针织行业的快速发展，大圆机的需求日益加大，传统的基于MCU面板控制和采用薄膜按键方式的大圆机控制系统已经无法满足需求。随着微处理器技术的发展，嵌入式技术以其高集成度和高稳定性、高性价比在工控领域有着广阔的应用前景。 近几年，随着嵌入式技术的发展，对人机界面的要求越来越高，友好的图形人机界面为嵌入式系统的人机交互提供了丰富的图形图像信息。uC/GUI是一款不仅可以实现快速开发，而且能够提供低功耗型GUI支持的嵌入式GUI软件。用户可以使用它方便地定制出自己的图形用户界面，完成各种应用程序的开发。因此已经被越来越多的领域所采用。 本文在对大圆机系统的功能和控制要求进行分析的基础上，提出了一个以ARM微处理器和CPLD器件为中心构建硬件平台、基于uC/OS-Ⅱ和uC/GUI的嵌入式大圆机控制系统解决方案。 此方案中的硬件平台由主CPU核心应用系统电路、人机交互接口电路、协处理器CPLD模块电路等部分组成。主CPU采用Samsung公司的基于ARM7内核的S3C44BOX处理器，人机交互接口电路采用触摸屏和LCD液晶显示器，为了解决闭环控制的问题，采用了CPLD作为协处理器，进行外围扩展构成控制电路，软件部分包括uC/OS-Ⅱ、Boot Loader、设备驱动程序、人机界面和主控制应用程序等。其中Boot Loader支持系统启动,程序下载到RAM执行和烧写到Flash存储器等功能,而人机界面和主控制应用程序则基于设备驱动程序实现了对于大圆机系统的控制。 与传统的基于MCU或工控机的大圆机控制系统相比，基于此设计方案实现的控制系统具有低成本、高集成度和高性能等特点，具有较大的实用价值和广阔的应用前景。
上传时间： 2013-07-13
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在机器人学的研究领域中，如何有效地提高机器人控制系统的控制性能始终是研究学者十分关注的一个重要内容。在分析了工业机器人的发展历程和机器人控制系统的研究现状后，本论文的主要目标是针对四关节实验室机器人特有的机械结构和数学模型，建立一个新型全数字的基于DSP和FPGA的机器人位置伺服控制系统的软、硬件平台，实现对四关节实验室机器人的精确控制。 本论文从实际情况出发，首先分析了所研究的四关节实验室机器人的本体结构，并对其抽象简化得到了它的运动学数学模型。在明确了实现机器人精确位置伺服控制的控制原理后，我们对机器人控制系统的诸多可行性方案进行了充分论证，并最终决定采用了三级CPU控制的控制体系结构：第一级CPU为上位计算机，它实现对机器人的系统管理、协调控制以及完成机器人实时轨迹规划等控制算法的运算；第二级CPU为高性能的DSP处理器，它辅之以具有高速并行处理能力的FPGA芯片，实现了对机器人多个关节的高速并行驱动；第三级CPU为交流伺服驱动处理器，它实现了机器人关节伺服电机的精确三闭环误差驱动控制，以及电机的故障诊断和自动保护等功能。此外，我们采用比普通UART速度快得多的USB来实现上位计算机．与下位控制器之间的数据通信，这样既保证了两者之间连接方便，又有效的提高了控制系统的通信速度和可靠性。 机器人系统的软件设计包括两个部分：一是采用VC++实现的上位监控软件系统，它主要负责机器人实时轨迹规划等控制算法的运算，同时完成用户与机器人系统之间的信息交互；二是采用C语言实现的下位DSP控制程序，它主要负责接收上位监控系统或者下位控制箱发送的控制信号，实现对机器人的实时驱动，同时还能够实时的向上位监控系统或者下位控制箱反馈机器人的当前状态信息。 研究开发出来的四关节实验室机器人控制器具有控制实时性好、定位精度高、运行稳定可靠的特点，它允许用户通过上位控制计算机实现对机器人的各种设定作业的控制，也可以让用户通过机器人控制箱现场对机器人进行回零、示教等各项操作。
上传时间： 2013-04-24
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随着SOC技术、IP技术以及集成电路技术的发展，RISC软核处理器的研究与开发设计开始受到了人们的重视。基于FPGA的RISC软核处理器在各个行业开始得到了广泛的应用，特别是在一些基于FPGA的嵌入式系统中有着越来越广泛的应用前景。 该论文在研究了大量国内外技术文献的基础上，总结了RISC处理器发展的现状与水平。认真分析了RISC处理器的基本结构，包括总线结构，流水线处理的原理，以及流水线数据通路和流水线控制的原理；并详细分析了该设计采用的指令集——MIPS指令集的内在结构。设计出了一个32位RISC软核处理器，这个软核处理器采用五级流水线结构，能完成加法、减法、逻辑与、逻辑或、左移右移等算术逻辑操作，以及它们的组合操作。通过软件仿真和在Altera的FPGA开发板上进行验证，证明了所设计的32位RISC处理器能准确的执行所选用的MIPS指令集，运行速度能达到30MHz，功能良好。 通过对所设计对象特点及其可行性的研究，选用了Altera公司QuartusⅡ软件作为设计与仿真验证的环境。在设计方法上，该课题采用了自顶向下的设计方法。在设计过程中采用了边设计边验证这种设计与验证相结合的设计流程，大大提高了设计的可靠性。该课题在设计过程中还提出了两个有效的设计思路：第一是在32位寄存器的设计中利用FPGA的内部RAM资源来设计，减少了传输延时，提高了运行速度，并大大减少了对FPGA内部资源的占用；第二是在系统架构上采用了柔性化的设计方法，使得设计可以根据实际的需求适当的增减相应的部件，以达到需求与性能的统一。这两个方法都有效地解决了设计中出现的问题，提高了处理器的性能。
上传时间： 2013-07-21
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随着TD—SCDMA技术的不断发展，TD—SCDMA系统产品也逐步成熟并随之完善。产品家族日益丰富，室内型宏基站、室外型宏基站、分布式基站(BBU+RRU)、微基站等系列化基站产品逐步问世，可以满足不同场景的建网需求。而分布式基站(BBU+RRU)越来越多地受到业界的关注和重视。 本文主要从TD—SCDMA频点拉远系统(RRU)和软件无线电技术的发展入手，重点研究TD—SCDMA频点拉远系统的FPGA设计与实现。TD—SCDMA通信系统通过灵活分配不同的上下行时隙，实现业务的不对称性，但是多路数字中频所构成的系统成本高和控制的复杂性，以及TDD双工模式下，系统的峰均比随时隙数增加而增加，对整个频点拉远系统的前端放大器线性输入提出了很高的要求。TD—SCDMA系统使用软件无线电平台，一方面软件算法可以有效保证时隙分配的准确性，保证对前端控制器的开关控制，以及对上下行功率读取计算和子帧的灵活提取，另一方面灵活的DUC/CFR算法可以有效的提高频带利用率和抗干扰能力，有效的控制TDD系统的峰均比，有效降低系统对前端放大器线性输出能力的要求。 本文主要研究软件无线电中DUC和CFR的关键技术以及FPGA实现，DUC主要由3倍FIR内插成型滤波器、2倍插值补偿滤波器以及5级CIC滤波器级联组成；而CFR主要采用类似基带削峰的加窗滤波的中频削峰算法，可以降低相邻信道的溢出，更有效的降低CF值。将DUC/CFR以单片FPGA实现，能很好提高RRU性能，减少其硬件结构，降低成本，降低功耗，增加外部环境的稳定性。
上传时间： 2013-04-24
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直接数字合成(DDS)技术采用全数字的合成方法，所产生的信号具有频率分辨率高、频率切换速度快、频率切换时相位连续、输出相位噪声低和可以产生任意波形等诸多优点。本文研究的是一种基于DDS/FPGA的多波形信号源系统，其中，DDS技术是其核心技术。DDS可以精确地控制合成信号的三个参量：幅度、相位以及频率，因此利用DDS技术可以合成任意波形。但因其数字化合成的固有特点，使其输出信号中存在大量杂散信号。杂散信号的主要来源是：相位截断带来的杂散信号；幅度量化带来的杂散信号；DAC的非线性特性带来的杂散信号。这些杂散信号严重影响了合成信号的频谱纯度。因此抑制这些杂散信号是提高合成信号谱质的关键。 本文在研究各种抑制DDS杂散技术的基础上，提出了中和加扰技术，这可以在很大程度上减小杂散对DDS输出信号谱质的影响。 EP1S808956C6是一款高性能的FPGA芯片，其超强的数据处理能力十分适合应用于DDS多波形信号源的开发。在QuartusⅡ平台下运用Verilog HDL语言和原理图设计可以很方便地应用各种抑制杂散信号的方法来提高输出信号的谱质。 结合高速DDS技术和FPGA两者的优点，本文设计了一种基于DDS/FPGA的多波形信号源，它能完成正弦波、余弦波、三角波、锯齿波、方波、AM、SSB、FM、2ASK、2FSK、π/4-QDPSK等多种信号。使得所设计的信号源可以适应多种不同的工作环境，给工作带了方便。
上传时间： 2013-07-27
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常用的实时数字信号处理的器件有可编程的数字信号处理(DSP)芯片(如AD系列、TI系列)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等。在工程实践中,往往要求对信号处理要有高速性、实时性和灵活性,而已有的一些软件和硬件实现方式则难以同时达到这几方面的要求。随着可编程逻辑器件和EDA技术的发展,使用FPGA来实现数字信号处理,既具有实时性,又兼顾了一定的灵活性。FPGA具有的灵活的可编程逻辑可以方便的实现高速数字信号处理,突破了并行处理、流水级数的限制,有效地利用了片上资源,加上反复的可编程能力,越来越受到国内外从事数字信号处理的研究者所青睐。 FIR数字滤波器以其良好的线性特性被广泛使用,属于数字信号处理的基本模块之一。本论文对基于FPGA的FIR数字滤波器实现进行了研究,所做的主要工作如下： 1.介绍了FIR数字滤波器的基本理论和FPGA的基本概况,以及FPGA设计流程、设计指导原则和常用的设计指导思想与技巧。 2.以FIR数字滤波器的基本理论为依据,使用分布式算法为滤波器的硬件实现算法,并对其进行了详细的讨论。针对分布式算法中查找表规模过大的缺点,采用优化分布式算法的多块查找表方式使得硬件规模极大的减小。 3.设计出一个192阶的FIR滤波器实例。其系统要求为：定点16位输入、定点12位系数、定点16位输出,采样率为75MHz。设计用Quartus II软件进行仿真,并将其仿真结果与Matlab仿真结果进行对比分析。 仿真结果表明,本论文设计的滤波器硬件规模较小,采样率达到了75MHz。同时只要将查找表进行相应的改动,就能分别实现低通、高通、带通FIR滤波器,体现了设计的灵活性。
上传时间： 2013-06-06
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低密度校验码（LDPC，Low Density Parity Check Code）是一种性能接近香农极限的信道编码，已被广泛地采用到各种无线通信领域标准中，包括我国的数字电视地面传输标准、欧洲第二代卫星数字视频广播标准（DVB-S2，Digital Video Broadcasting-Satellite 2）、IEEE 802.11n、IEEE 802.16e等。它是3G乃至将来4G通信系统中的核心技术之一。 当今LDPC码构造的主流方向有两个，分别是结合准循环（QC，Quasi Cyclic）移位结构的单次扩展构造和类似重复累积（RA，Repeat Accumulate）码构造。相应地，主要的LDPC码编码算法有基于生成矩阵的算法和基于迭代译码的算法。基于生成矩阵的编码算法吞吐量高，但是需要较多的寄存器和ROM资源；基于迭代译码的编码算法实现简单，但是吞吐量不高，且不容易构造高性能的好码。 本文在研究了上述几种码构造和编码算法之后，结合编译码器综合实现的复杂度考虑，提出了一种切实可行的基于二次扩展（Dex，Duplex Expansion）的QC-LDPC码构造方法，以实现高吞吐量的LDPC码收发端；并且充分利用该类码校验矩阵准循环移位结构的特点，结合RU算法，提出了一种新编码器的设计方案。 基于二次扩展的QC-LDPC码构造方法，是通过对母矩阵先后进行乱序扩展（Pex，Permutation Expansion）和循环移位扩展（CSEx，Cyclic Shift Expansion）实现的。在此基础上，为了实现可变码长、可变码率，一般编译码器需同时支持多个乱序扩展和循环移位扩展的扩展因子。本文所述二次扩展构造方法的特点在于，固定循环移位扩展的扩展因子大小不变，支持多个乱序扩展的扩展因子，使得译码器结构得以精简；构造得到的码字具有近似规则码的结构，便于硬件实现；（伪）随机生成的循环移位系数能够提高码字的误码性能，是对硬件实现和误码性能的一种折中。 新编码器在很大程度上考虑了资源的复用，使得实现复杂度近似与码长成正比。考虑到吞吐量的要求，新编码器结构完全抛弃了RU算法中串行的前向替换（FS，Forward Substitution）模块，同时简化了流水线结构，由原先RU算法的6级降低为4级；为了缩短编码延时，设计时安排每一级流水线计算所需的时钟数大致相同。 这种码字构造和编码联合设计方案具有以下优势：相比RU算法，新方案对可变码长、可变码率的支持更灵活，吞吐量也更大；相比基于生成矩阵的编码算法，新方案节省了50％以上的寄存器和ROM资源，单位资源下的吞吐量更大；相比类似重复累积码结构的基于迭代译码的编码算法，新方案使高性能LDPC码的构造更为方便。以上结果都在Xilinx Virtex II pro 70 FPGA上得到验证。 通过在实验板上实测表明，上述基于二次扩展的QC-LDPC码构造和相应的编码方案能够实现高吞吐量LDPC码收发端，在实际应用中具有很高的价值。 目前，LDPC码正向着非规则、自适应、信源信道及调制联合编码方向发展。跨层联合编码的构造方法，及其对应的编码算法，也必将成为信道编码理论未来的研究重点。
上传时间： 2013-07-26
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波前处理机是自适应光学系统中实时信号处理和运算的核心，随着自适应光学系统得发展，波前传感器的采样频率越来越高，这就要求波前处理机必须有更强的数据处理能力以保证系统的实时性。在整个波前处理机的工作流程中，对CCD传来的实时图像数据进行实时处理是第一步，也是十分重要的一步。如果不能保证图像处理的实时性，那么后续的处理过程都无从谈起。因此，研制高性能的图像处理平台，对波前处理机性能的提高具有十分重要的意义。 论文介绍了本研究课题的背景以及国内外图像处理技术的应用和发展状况，接着介绍了传统的专用和通用图像处理系统的结构、特点和模型，并通过分析DSP芯片以及DSP系统的特点，提出了基于DSP和FPGA芯片的实时图像处理系统。该系统不同于传统基于PC机模式的图像处理系统，发挥了DSP和FPGA两者的优势，能更好地提高图像处理系统实时性能，同时也最大可能地降低成本。 论文根据图像处理系统的设计目的、应用需求确定了器件的选型。介绍了主要的器件，接着从系统架构、逻辑结构、硬件各功能模块组成等方面详细介绍了DSP+FPGA图像处理系统硬件设计，并分析了包括各种参数指标选择、连接方式在内的具体设计方法以及应该注意的问题。 论文在阐述传输线理论的基础上，在制作PCB电路板的过程中，针对高速电路设计中易出现的问题，详细分析了高速PCB设计中的信号完整性问题，包括反射、串扰等，说明了高速PCB的信号完整性、电源完整性和电磁兼容性问题及其解决方法，进行了一定的理论和技术探讨和研究。 论文还介绍了基于FPGA的逻辑设计，包括了图像采集模块的工作原理、设计方案和SDRAM控制器的设计，介绍了SDRAM的基本操作和工作时序，重点阐述系统中可编程器件内部模块化SDRAM控制器的设计及仿真结果。 论文最后描述了硬件系统的测试及调试流程，并给出了部分的调试结果。 该系统主要优点有：实时性、高速性。硬件设计的执行速度，在高速DSP和FPGA中实现信号处理算法程序，保证了系统实时性的实现；性价比高。自行研究设计的电路及硬件系统比较好的解决了高速实时图像处理的需求。
上传时间： 2013-04-24
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文章开篇提出了开发背景。认为现在所广泛应用的开关电源都是基于传统的分立元件组成的。它的特点是频率范围窄、电力小、功能少、器件多、成本较高、精度低，对不同的客户要求来“量身定做”不同的产品，同时几乎没有通用性和可移植性。在电子技术飞速发展的今天，这种传统的模拟开关电源已经很难跟上时代的发展步伐。 随着DSP、ASIC等电子器件的小型化、高速化，开关电源的控制部分正在向数字化方向发展。由于数字化，使开关电源的控制部分的智能化、零件的共通化、电源的动作状态的远距离监测成为了可能，同时由于它的智能化、零件的共通化使得它能够灵活地应对不同客户的需求，这就降低了开发周期和成本。依靠现代数字化控制和数字信号处理新技术，数字化开关电源有着广阔的发展空间。 在数字化领域的今天，最后一个没有数字化的堡垒就是电源领域。近年来，数字电源的研究势头与日俱增，成果也越来越多。虽然目前中国制造的开关电源占了世界市场的80％以上，但都是传统的比较低端的模拟电源。高端市场上几乎没有我们份额。 本论文研究的主要内容是在传统开关电源模拟调节器的基础上，提出了一种新的数字化调节器方案，即基于DSP和FPGA的数字化PID调节器。论文对系统方案和电路进行了较为具体的设计，并通过测试取得了预期结果。测试证明该方案能够适合本行业时代发展的步伐，使系统电路更简单，精度更高，通用性更强。同时该方案也可用于相关领域。 本文首先分析了国内外开关电源发展的现状，以及研究数字化开关电源的意义。然后提出了数字化开关电源的总体设计框图和实现方案，并与传统的开关电源做了较为详细的比较。本论文的设计方案是采用DSP技术和FPGA技术来做数字化PID调节，通过数字化PID算法产生PWM波来控制斩波器，控制主回路。从而取代传统的模拟PID调节器，使电路更简单，精度更高，通用性更强。传统的模拟开关电源是将电流电压反馈信号做PID调节后--分立元器件构成，采用专用脉宽调制芯片实现PWM控制。电流反馈信号来自主回路的电流取样，电压反馈信号来自主回路的电压采样。再将这两个信号分别送至电流调节器和电压调节器的反相输入端，用来实现闭环控制。同时用来保证系统的稳定性及实现系统的过流过压保护、电流和电压值的显示。电压、电流的给定信号则由单片机或电位器提供。再次，文章对各个模块从理论和实际的上都做了仔细的分析和设计，并给出了具体的电路图，同时写出了软件流程图以及设计中应该注意的地方。整个系统由DSP板和ADC板组成。DSP板完成PWM生成、PID运算、环境开关量检测、环境开关量生成以及本地控制。ADC板主要完成前馈电压信号采集、负载电压信号采集、负载电流信号采集、以及对信号的一阶数字低通滤波。由于整个系统是闭环控制系统，要求采样速率相当高。本系统采用FPGA来控制ADC，这样就避免了高速采样占用系统资源的问题，减轻了DSP的负担。DSP可以将读到的ADC信号做PID调节，从而产生PWM波来控制逆变桥的开关速率，从而达到闭环控制的目的。 最后，对数字化开关电源和模拟开关电源做了对比测试，得出了预期结论。同时也提出了一些需要改进的地方，认为该方案在其他相关行业中可以广泛地应用。模拟控制电路因为使用许多零件而需要很大空间，这些零件的参数值还会随着使用时间、温度和其它环境条件的改变而变动并对系统稳定性和响应能力造成负面影响。数字电源则刚好相反，同时数字控制还能让硬件频繁重复使用、加快上市时间以及减少开发成本与风险。在当前对产品要求体积小、智能化、共通化、精度高和稳定度好等前提条件下，数字化开关电源有着广阔的发展空间。本系统来基本上达到了设计要求。能够满足较高精度的设计要求。但对于高精度数字化电源，系统还有值得改进的地方，比如改进主控器，提高参考电压的精度，提高采样器件的精度等，都可以提高系统的精度。 本系统涉及电子、通信和测控等技术领域，将数字PID算法与电力电子技术、通信技术等有机地结合了起来。本系统的设计方案不仅可以用在电源控制器上，只要是相关的领域都可以采用。
上传时间： 2013-06-21
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