通信与信息技术行业飞速发展，已成为我国支柱产业之一。随着该行业的迅速发展，社会对具备实际动手能力人才的需求也不断增加，高校通信教学改革势在必行。在最初的通信原理实验设备中每个实验独立占用一块硬件资源，随着EDA技术的发展，实验设备厂商将CPLD/FPGA技术作为独立的一项实验内容，加入到通信原理实验设备中。FPGA技术具备集成度高、速度快和现场可编程的优势，适合高集成度和高速的时序运算。本文总结现有通信原理实验设备的优缺点，采用FPGA技术设计出集验证性和设计性于一体，具备较高的综合性和系统性的通信原理实验系统。 本系统提供了一个开放性的硬件、软件平台，从培养学生实际动手能力出发，利用FPGA在通用的硬件上实现所有实验内容。学生在本系统上除了能完成已固化的实验内容，还可以实现电子设计开发和验证。这对培养学生的实践能力大有裨益。 本文结合数字通信系统基本模型，把基于FPGA的通信原理实验系统划分为信号源模块、发送端模块、信道仿真模块、接收端模块和同步模块几部分。其中，模拟信号源采用DDS技术，能够生成非常高的频率精度，可作为任意波形发生器。发送端和接收端模块结合到一起组成多体制调制解调器，形成多频段、多波形的软件无线电系统。载波同步采用全数字COSTAS环提取技术，具备良好的载波跟踪特性，利用对载波相位不敏感 的Gardner算法跟踪位同步信号。 本文首先介绍了通信原理实验系统的研究现状和意义；然后根据通信系统模型从《通信原理》各个章节中提炼出各模块的实验内容，分别列出各实验的数字化实现模型；继而根据各模块资源需求选取合适FPGA芯片，并给出硬件设计方案；最后，给出各模块在FPGA上具体实现过程、系统测试结果及分析。测试和实际运行结果表明设计方法正确，且功能和技术指标满足设计要求。 关键词：通信原理，实验系统，FPGA，DDS，多体制调制解调，全数字COSTAS环，位同步
上传时间： 2013-07-07
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数字存储示波器在仪器仪表领域中占有重要的地位，应用范围相当广泛，所以对示波器的研制有重要的理论和实际意义。本文针对数字存储示波器的设计进行了深入的研究，旨在研制出100MHz带宽的数字存储示波器。 从各个方面考虑，选用了DSP、FPGA和单片机的方案来设计整个系统。整个系统采用单通道的方式。信号进来首先经过前端的调理电路把信号电压调整到AD的输入电压范围之内，这里调理电路主要是由信号衰减电路和信号放大电路所组成。调理后的信号再送到AD变换电路里面完成信号的数字化。然后把AD转换后的数据送到FPGA中，并把数据保存到FPGA中的FIFO中，FPGA中的电路主要包括有FIFO、触发系统、峰值检测、时基电路等。 DSP处理器主要是用来从FIFO中提取数据并进行相应的处理。因为DSP运算速度快，所以本文利用DSP来完成滤波和波形重建的时候的插值算法等功能。然后DSP利用其多缓冲串口把数据送到单片机，单片机把从DSP中发送过来的数据显示到LCD上，同时利用单片机来管理键盘等功能。在软件方面主要完成了程序的一些初始化驱动，比如说是FLASH驱动、LCD驱动、DSP串口初始化、FPGA初始化等相关工作。 由于本文采用FPGA，使得数字存储示波器的设计比较灵活，容易升级。可以根据自己的需要进行相关的改进，例如对外围电路做进一步地扩展。
上传时间： 2013-04-24
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在现代电子系统中，数字化已经成为发展的必然趋势，接收机数字化是电子系统数字化中的一项重要内容，对数字化接收机的研究具有重要的意义。随着数字化理论和微电子技术的迅速发展，高速的中频数字化接收机的实现已经成为可能。本文研究了一种基于FPGA的软件无线电数字接收平台的设计，并着重研究了其中数字中频处理单元的设计和实现。FPGA器件具有设计灵活、开发周期短和开发成本低等优点，所以广泛应用于各种通信系统中。相比于传统的DSP串行结构，FPGA能够进行流水线性设计，对数据进行并行处理，所以FPGA在进行数据量大，要求实时处理的系统设计时有很大的优势。 本文首先首先分析了软件无线电当前的发展趋势及技术现状，针对存在的处理速度跟不上的DSP瓶颈问题，提出了中频软件无线电的FPGA实现方案。本文以FPGA实现为重点，在深入分析软件无线电相关理论的基础上，着重研究和完成了中频软件无线电数字接收平台两大模块的FPGA实现：数字下变频相关模块和数字调制解调模块。其中，在深入研究数字下变频实现结构的基础上，首先对数字下变频模块的数控振荡器(NCO)采用了直接频率合成技术(DDS)实现，其频率分辨率高，灵活，易于实现；高效抽取滤波器组由积分梳状滤波器(CIC)，半带滤波器(HB)，FIR滤波器组成。对积分梳状滤波器(CIC)本文采用了Hogenaur“剪除”理论对内部寄存器的位宽进行改进，极大地节约了资源，提高了运行速率。对FIR滤波器和半带滤波器采用了(DA)分布式算法，它的运行速度只与数据的宽度有关，只有加减法运算和二进制除法，既缩减了系统资源又大大节省了运算时间，实现了高效的实时处理。对数字调制解调模块，重点研究和完成了2ASK和2FSK的调制解调的FPGA实现，模块有很好的通用性，能方便地移植到其它的系统中。在文章的最后还对整个系统进行了Matlab仿真，验证了系统设计思想的正确性。在系统各个关键模块的设计过程中，都是先依据一定的设计指标进行verilog编程，然后再在Quartus软件中编译，时序仿真测试，并与Matlab仿真结果进行对比，验证设计的正确性。
上传时间： 2013-05-18
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软件无线电思想的出现带来了接收机实现方式的革新。随着近年来软件无线电理论和应用趋于成熟与完善，软件无线电技术已经被越来越广泛地应用于无线通信系统和电子测量测试仪器中。数字下变频技术作为软件无线电的核心技术之一，在频谱分析仪中也得到了越来越普遍的应用。 本人参与的手持式频谱分析仪项目采用的是中频数字化实现方式，可满足轻巧，可重配置和低功耗的需求。数字化中频的关键部件数字下变频器DDC采用的是Intersil公司的ISL5216，这个器件和高性能FPGA共同组成手持频谱仪的数字信号处理前端。这个数字前端就手持频谱分析仪来说存在一定的局限性，ISL5216的信号处理带宽单通道为1 MHz，4个通道级联为3MHz，未能满足谱仪分析带宽日益增加的需求；系统集成度不高，ISL5216的功能要是集成到FPGA，可进一步提高系统集成度，降低物料成本和系统功耗。基于以上两个方面的考虑，现正以手持频谱分析仪项目为依托，基于Xilinx Spartan3A-DSP系列FPGA实现高速高处理带宽的DDC。 本论文首先描述了数字下变频基本理论和结构，对完成各级数字信号处理所涉及的数字正交变换、CORDIC算法、CIC、HB、多相滤波等关键算法做了适当介绍；然后介绍了当前主流FPGA的数字信号处理特性和其内部的DSP资源。接着详细描述了数控振荡器NCO、复数数字混频器MIXER、5级CIC滤波器、5级HB滤波器和255阶可编程FIR的设计和实现，并对各个模块的不同实现方式作了对比和仿真测试数据作了分析。最后介绍了所设计DDC在手持频谱分析仪中的主要应用。
上传时间： 2013-04-24
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当今，移动通信正处于向第四代通信系统发展的阶段，OFDM技术作为第四代数字移动通信(4G)系统的关键技术之一，被包括LTE在内的众多准4G协议所采用。IDFT/DFT作为OFDM系统中的关键功能模块，其精度对基带解调性能产生着重大的影响，尤其对LTE上行所采用的SC_FDMA更是如此。为了使定点化IDFT/DFT达到较好的性能，本文采用数字自动增益控制(DAGC)技术，以解决过大输入信号动态范围所造成的IDFT/DFT输出信噪比(SNR)恶化问题。 首先，本文简单介绍了较为成熟的AAGC(模拟AGC)技术，并重点关注近年来为了改善其性能而兴起的数字化AGC技术，它们主要用于压缩ADC输入动态范围以防止其饱和。针对基带处理中具有累加特性的定点化IDFT/DFT技术，进一步分析了AAGC技术和基带DAGC在实施对象，实现方法等上的异同点，指出了基带DAGC的必要性。 其次，根据LTE协议，搭建了从调制到解调的基带PUSCH处理链路，并针对基于DFT的信道估计方法的缺点，使用简单的两点替换实现了优化，通过高斯信道下的MATLAB仿真，证明其可以达到理想效果。仿真结果还表明，在不考虑同步问题的高斯信道下，本文所搭建的基带处理链路，采用64QAM进行调制，也能达到在SNR高于17dB时，硬判译码结果为极低误码率(BER)的效果。 再次，在所搭建链路的基础上，通过理论分析和MATLAB仿真，证明了包括时域和频域DAGC在内的基带DAGC具有稳定接收链路解调性能的作用。同时，通过对几种DAGC算法的比较后，得到的一套适用于实现的基带DAGC算法，可以使IDFT/DFT的输出SNR处于最佳范围，从而满足LTE系统基带解调的要求。针对时域和频域DAGC的差异，分别选定移位和加法，以及查表的方式进行基带DAGC算法的实现。 最后，本文对选定的基带DAGC算法进行了FPGA设计，仿真、综合和上板结果说明，时域和频域DAGC实现方法占用资源较少，容易进行集成，能够达到的最高工作频率较高，完全满足基带处理的速率要求，可以流水处理每一个IQ数据，使之满足基带解调性能。
上传时间： 2013-05-17
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对弓网故障的检测是当今列车检测的一项重要任务。原始故障视频图像具有极大的数据量，使实时存储和传输故障视频图像极其困难。由于视频的数据量相当大，需要采用先进的视频编解码协议进行处理，进而实现检测现场的实时监控。 @@ H．264/AVC(Advanced Video Coding)作为MPEG-4的第10部分，因其具有超高的压缩效率、极好的网络亲和性，而被广泛研究与应用。H．264/AVC采用了先进的算法，主要有整数变换、1/4像素精度插值、多模式帧间预测、抗块效应滤波器和熵编码等。 @@ 本文使用硬件描述语言Verilog，以红色飓风 II开发板作为硬件平台，在开发工具QUARTUSII 6．0和MODELSIM_SE 6．1B环境中完成软核的设计与仿真验证。以Altera公司的CycloneII FPGA(Field Programmable Gate Array)EP2C35F484C8作为核心芯片，实现视频图像采集、存储、显示以及实现H．264/AVC部分算法的基本系统。 @@ FPGA以其设计灵活、高速、具有丰富的布线资源等特性，逐渐成为许多系统设计的首选，尤其是与Verilog和VHDL等语言的结合，大大变革了电子系统的设计方法，加速了系统的设计进程。 @@ 本文首先分析了FPGA的特点、设计流程、verilog语言等，然后对静态图像及视频图像的编解码进行详细的分析，比如H．264/AVC中的变换、量化、熵编码等：并以JM10．2为平台，运用H．264/AVC算法对视频序列进行大量的实验，对不同分辨率、量化步长、视频序列进行编解码以及对结果进行分析。接着以红色飓风II开发板为平台，进行视频图像的采集存储、显示分析，其中详细分析了SAA7113的配置、CCD信号的A/D转换、I2C总线、视频的数字化ITU-R BT．601标准介绍及视频同步信号的获取、基于SDRAM的视频帧存储、VGA显示控制设计；最后运用verilog语言实现H．264/AVC部分算法，并进行功能仿真，得到预计的效果。 @@ 本文实现了整个视频信号的采集存储、显示流程，详细研究了H．264/AVC算法，并运用硬件语言实现了部分算法，对视频编解码芯片的设计具有一定的参考价值。 @@关键词：FPGA；H．264/AVC；视频；verilog；编解码
上传时间： 2013-04-24
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互感器是电力系统中电能计量和继电保护中的重要设备，其精度和可靠性与电力系统的安全性、可靠性和经济运行密切相关。随着电力工业的发展，传统的电磁式互感器已经暴露出一系列的缺陷，电子式互感器能很好的解决电磁式互感器的缺点，电子式互感器逐步替代电磁式互感器代表着电力工业的发展方向。目前，国产的互感器校验仪主要是电磁式互感器校验仪，电子式互感器校验仪依赖于进口。电子式互感器的发展，使得电子式互感器校验仪的研制势在必行。 本课题依据国际标准IEC60044-7、IEC60044-8和国内标准GB20840[1].7-2007、GB20840[1].8-2007，设计了电子式互感器检验仪。该校验仪采用直接法对电子式互感器进行校验，即同时测试待校验电子式互感器和标准电磁式互感器二次侧的输出信号，比较两路信号的参数，根据比较结果完成电子式互感器的校验工作。论文首先介绍了电子式互感器结构及输出数字信号的特征，然后详细论述了电子式互感器校验仪的硬件及软件设计方法。硬件主要采用FPGA技术设计以太网控制器RTL8019的控制电路，以实现电子式互感器信号的远程接收，同时设计A/D芯片MAX125的控制电路，以实现标准电磁式互感器模拟输出的数字化。软件主要采用FPGA的SOPC技术，研制了MAX125和RTL8019的IP核，在NiosIIIDE集成开发环境下，完成对硬件电路的底层控制，运用准同步算法和DFT算法开发应用程序实现对数字信号的处理。最终完成电子式互感器校验仪的设计。 最后进行了相关的实验，所研制的电子式互感器校验仪对0.5准确级的电子式电压互感器和0.5准确级电子式电流互感器分别进行了校验，对其额定负荷的20％、100％、120％点做为测量点进行测量。经过对实验数据的处理分析可知，校验仪对电子式互感器的校验精度满足0.5％的比差误差和20’的相位差。本课题的研究为电子式互感器校验仪的研制工作提供了理论和实践依据。
上传时间： 2013-04-24
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随着电力电子技术、微处理器技术、控制理论及永磁材料等技术的快速发展，以永磁同步电机作为控制对象的传动领域得到了越来越广泛的关注，随着FPGA的技术的普及和广泛应用，使得各种先进的控制算法得以实现，于是数字化、智能化的永磁交流控制器成为必然的发展趋势和当前的研究热点。本文的主要工作就是围绕数字化的永磁同步电机控制器研究来展开。首先深入研究了永磁同步电机的数学建模方法及电机控制策略问题。在对永磁同步电机的数学模型进行了推导的基础上，在PSIM仿真软件中建立了永磁同步电机的电机模型，提出了一种永磁同步电机传统控制系统仿真建模的新方法。其次对常用的数字脉宽调制方法进行了数学推导，并对滑模控制理论和矢量控制进行了深入的研究分析，将滑模变结构控制应用于永磁同步电机的调速系统中，改善了传统PI控制器参数整定繁琐、系统鲁棒性差的缺点，仿真结果验证了该系统设计方案的优越性。最后在永磁同步电机建模仿真的基础上，根据永磁同步电机控制器的设计要求及FPGA的特点，提出永磁同步电机控制器的的设计方案。按照FPGA模块化设计思想，将整个系统进行了合理的划分，分别对SVPWM、Park变换、SMC、反馈速度测量等重要模块的FPGA硬件实现算法进行了深入的研究。各模块在Modelsim平台上完成功能仿真后并下载到Spartan-3E开发板上完成硬件验证，验证结果表明：永磁同步电机在低速和高速时都能稳定运行，从而证实了本设计方案的可行性。
上传时间： 2013-04-24
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近年来，瓦斯事故在煤矿生产事故中所占比例越来越高，给矿工的生产生活带来了极大的灾难，必须加强对瓦斯的监测监控，避免瓦斯爆炸事故。因此对瓦斯气体进行快速、实时检测对于煤矿安全生产及环境保护有特别重要的意义。便携式甲烷检测报警仪是各国应用最早最普遍的一种甲烷浓度检测仪表，可随时检测作业场所的甲烷浓度，也可使用甲烷传感器对甲烷浓度进行连续实时地监测。大体上当前应用的便携式甲烷检测仪器，按检测原理分为光学甲烷检测仪、热导型甲烷检测仪、热催化型甲烷检测报警仪、气敏半导体式甲烷检测仪等几种。 光干涉甲烷检测仪性能稳定、使用寿命长，测量准确，是我国煤矿主要的便携式甲烷检测仪器。但现有的光干涉甲烷检测仪存在自动化程度低、测量方法繁琐、读数不直观，人为误差较大、不能存储数据等缺点。为此本文在干涉型甲烷检测仪实现的原理上提出利用线阵型电荷耦合器件(CCD)对干涉条纹进行非接触式的自动测量，获得条纹信息，通过CCD驱动、高速模数转换、数据采集等关键技术，实现了干涉条纹位移的精确测量，由单片机对量化后的测量信号进行智能处理，数字化显示甲烷含量的测量结果。 光干涉甲烷检测的关键是对干涉条纹中白基线以及黑色条纹位置的检测，本设计采用线阵CCD成像获取条纹信息判别其位置。CCD是一种性能独特的半导体光电器件，近年来在摄像、工业检测等科技领域里得到了广泛的应用。将CCD技术应用于位置测量可以实现高精度和非接触测量的要求；运用FPGA实现CCD芯片的驱动具有速度快、稳定高等优点：模数转换之后的数据没有采用专用存储芯片进行存储，而采用FPGA硬件开发平台和Verilog HDL硬件描述语言编写代码实现数据采集模块系统，同时提高数据采集精准度，既降低成本又提高了存储效率。 本文设计的新系统使用方便、精度高、数据可储存，克服了传统光干涉甲烷检测仪的缺点，技术指标和功能都得到较大改善。
上传时间： 2013-06-08
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随着3G网络建设的展开，移动用户数量逐渐增加，用户和运营商对网络的质量和覆盖要求也越来越高。而在实际工作中，基站成本在网络投资中占有很大比例，并且基站选址是建网的主要难题之一。同基站相比，直放站以其性价比高、建设周期短等优点在我国移动网络上有着大量的应用。目前，直放站已成为提高运营商网络质量、解决网络盲区或弱区问题、增强网络覆盖的主要手段之一。但由于传统的模拟直放站受周边环境因素影响较大、抗干扰能力较差、传输距离受限、功放效率低，同时设备间没有统一的协议规范，无法满足系统厂商与直放站厂商的兼容，所以移动通信市场迫切需要通过数字化来解决这些问题。 本文正是以设计新型数字化直放站为目标，以实现数字中频系统为研究重心，围绕数字中频的相关技术而展开研究。 文章介绍了数字直放站的研究背景和国内外的研究现状，阐述了数字直放站系统的设计思想及总体实现框图，并对数字直放站数字中频部分进行了详细的模块划分。针对其中的数字上下变频模块设计所涉及到的相关技术作详细介绍，涉及到的理论主要有信号采样理论、整数倍内插和抽取理论等，在理论基础上阐述了一些具体模块的高效实现方案，最终利用FPGA实现了数字变频模块的设计。 在数字直放站系统中，降低峰均比是提高功放工作效率的关键技术之一。本文首先概述了降低峰均比的三类算法，然后针对目前常用的几种算法进行了仿真分析，最后在综合考虑降低峰均比效果与实现复杂度的基础上，提出了改进的二次限幅算法。通过仿真验证算法的有效性后，针对其中的噪声整形滤波器提出了“先分解，再合成”的架构实现方式，并指出其中间级窄带滤波器采用内插级联的方式实现，最后整个算法在FPGA上实现。 在软件无线电思想的指导下，本文利用系统级的设计方法完成了WCDMA数字直放站中频系统设计。遵照3GPP等相关标准，完成了系统的仿真测试和实物测试。最后得出结论：该系统实现了WCDMA数字直放站数字中频的基本功能，并可保证在现有硬件不变的基础上实现不同载波间平滑过渡、不同制式间轻松升级。
上传时间： 2013-07-07
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