本论文介绍了毫米波通信系统中常用的上变频方案和调制方式,比较了它们的性能和特点,最终在发射系统中选择了DQPSK调制方式。提出了一种利用数字上变频技术进行基带信号的数字域上变频调制的方法。系统设计采用了现场可编程逻辑器件FPGA和通用正交上变频器AD9857相结合的方案。 本设计硬件平台以AD公司的AD9857为核心,在数字域完成了基带数字信号内插滤波、正交调制、D/A变换等功能;选用ALTERA公司的Cyclone系列EPlC6Q240C8完成了基带数字信号的处理,并实现了对AD9857的控制。软件部分,应用Quartus Ⅱ和硬件描述语言VHDL在FPGA中完成了基带数字信号处理模块(串并转换模块、差分编码模块)和与AD9857的通信模块(串口通信模块、并口通信模块)的设计,并进行了仿真,仿真结果达到了设计要求。整个系统实现了在70MHz中频载波上的DQPSK调制。系统具有结构简单,控制灵活,频率分辨率高,频率变化速率高等优点。
上传时间: 2013-07-18
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随着经济的发展,生活水平的逐步提高,购置房屋和车辆的人越来越多,但安全问题也给人们带来巨大的经济损失。与此同时,相应的安全防盗系统也应运而生。目前市场上,低端的方案是利用单片机和通讯单元相结合构成系统。这种系统虽然价格便宜,实现起来也相对简单,但是功能不够完善,不能实现正真的影、音、像图文全方位监控。而高端的方案则使用专用集成电路,虽然功能强大,但是价格昂贵,并且对于新的接口标准存在兼容性问题,而且也不易升级。 基于FPGA的安全监控系统,是FPGA和通讯单元相结合的产物。其核心FPGA可多次配置,灵活性强,在性能和价格中找到一个很好的平衡。其易于维护和升级,以满足市场上不断推陈出的新的接口标准。 整个系统将是对视频图像处理、图像加密技术、传感器、PIC总线通讯等诸多技术的整合。而本文将侧重于论述该系统中视频图像处理、控制接口和视频传送部分的内容。全文分为五个章节,第一章简要介绍了视频信号处理的原理和结构,对一些专业术语进行介绍,并展示了通用的视频处理过程。第二章针对监控系统的案例,对视频信号处理模块的解决方案进行论述,将实际的视频信号处理划分为转换、计算和传送三个子模块,并且分别进行功能介绍。第三章着重介绍视频转换和视频计算两大模块,对相应的接口配置和模块主要代码实现作了深入分析。第四章将论述视频处理中的重要课题:数字图像的压缩技术,并对相应的重要模块和关键步骤作实际建模分析。第五章将探讨视频传送的相关技术,介绍传统的Camera-Link标准和最新的千兆以太网传送标准,对可行性应用进行了比较。
上传时间: 2013-04-24
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在传统的电力电子电路中,DC/DC变换器通常采用模拟电路实现电压或电流的控制。数字控制与模拟控制相比,有着显著的优点,数字控制可以实现复杂的控制策略,同时大大提高系统的可靠性和灵活性,并易于实现系统的智能化。但目前数字控制基本上限于电力传动领域,DC/DC变换器由于其开关频率较高,一般其外围功能由DSP或微处理器完成,而控制的核心,如PWM发生等大多采用专用控制芯片实现。FPGA由于其快速性、灵活性及保密性等优点,近年来在数字控制领域受到越来越多的关注。基于FPGA的DC/DC变换器是电力电子领域重要的研究方向之一。本文研究了同步Buck变换器的建模、设计及仿真,采用Xinlix的VIRTEX-Ⅱ PRO FPGA开发板实现了Buck变换器的全数字控制。 论文首先从Buck变换器的理论分析入手,根据它的物理特性,研究了该变换器的状态空间平均模型和小信号分析。为了获得高性能的开关电源,提出并分析了混杂模型设计方案,然后进行了控制器设计。并采用MATLAB/SIMULINK建立了同步Buck电路的仿真模型,并进行仿真研究。浮点仿真的运算精度与溢出问题,影响了仿真的精度。为了克服这些不足,作者采用了定点仿真方法,得到了满意的仿真结果。论文还着重论述了开关电源的数字控制器部分,数字控制器一般由三个主要功能模块组成:模数转换器、数字脉宽调制器(Digital PulseWidth Modulation:DPWM)和数字补偿器。文中重点研究了DPWM和数字补偿器,阐述了目前高频数字控制变换器中存在的主要问题,特别是高频状态下DPWM分辨率较低,影响控制精度,甚至引起极限环(Limit Cycling)现象,对DPWM分辨率的提高与系统硬件工作频率之间的矛盾、DPWM分辨率与A/D分辨率之间的关系等问题作了全面深入的分析。论文提出了一种新的提高DPWM分辨率的方法,该方法在不提高系统硬件频率的前提下,采用软件使DPWM的分辨率大大提高。作者还设计了两种数字补偿器,并进行了分析比较,选择了合适的补偿算法,达到了改善系统性能的目的。 设计完成后,作者使用ISE 9.1i软件进行了FPGA实现的前、后仿真,验证了所提出理论及控制算法的正确性。作者完成了Buck电路的硬件制作及基于FPGA的软件设计,采用32MHz的硬件晶振实现了11-bit的DPWM分辨率,开关频率达到1MHz,得到了满意的系统性能,论文最后给出了仿真和实验结果。
上传时间: 2013-07-23
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激光测距是一种非接触式的测量技术,已被广泛使用于遥感、精密测量、工程建设、安全监测以及智能控制等领域。早期的激光测距系统在激光接收机中通过分立的单元电路处理激光发、收信号以测量光脉冲往返时间,使得开发成本高、电路复杂,调试困难,精度以及可靠性相对较差,体积和重量也较大,且没有与其他仪器相匹配的标准接口,上述缺陷阻碍了激光测距系统的普及应用。 本文针对激光测距信号处理系统设计了一套全数字集成方案,除激光发射、接收电路以外,将信号发生、信号采集、综合控制、数据处理和数据传输五个部分集成为一块专用集成电路。这样就不再需要DA转换和AD转换电路和滤波处理等模块,可以直接对信号进行数字信号处理。与分立的单元电路构成的激光测距信号处珲相比,可以大大降低激光测距系统的成本,缩短激光测距的研制周期。并且由于专用集成电路带有标准的RS232接口,可以直接与通信模块连接,构成激光遥测实时监控系统,通过LED实时显示测距结果。这样使得激光测距系统只需由激光器LD、接收PD和一片集成电路组成即可,提出了桥梁的位移监测技术方法,并设计出一种针对桥梁的位移监测的具有既便携、有效又经济实用的监测样机。 本文基于xil inx公司提供的开发环境(ise8.2)、和Virtex2P系列XC2VP30的开发版来设计的,提出一种基于方波的利用DCM(数字时钟管理器)检相的相位式测距方法;采用三把侧尺频率分别是30MHz、3MHz、lOkHz,对应的测尺长度分别为5米、50米和15000米,对应的精度分别为±0.02米、±0.5米和±5米。设计了一套激光测距全数字信号处理系统。为了证明本系统的准确性,另外设计了一套利用延时的方法来模拟激光光路,经过测试,证明利用DCM检相的相位式测距方法对于桥梁的位移监测是可行的,测量精度和测量结果也满足设计方案要求。
上传时间: 2013-06-12
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数字存储示波器(DSO)上世纪八十年代开始出现,由于当时它的带宽和分辨率较低,实时性较差,没有具备模拟示波器的某些特点,因此并没有受到人们的重视。随着数字电路、大规模集成电路及微处理器技术的发展,尤其是高速模/数(A/D)转换器及半导体存储器(RAM)的发展,数字存储示波器的采样速率和实时性能得到了很大的提高,在工程测量中,越来越多的工程师用DSO来替代模拟示波器。 本文介绍了一款双通道采样速率达1GHz,分辨率为8Bits,实时带宽为200MHz数字存储示波器的研制。通过对具体功能和技术指标的分析,提出了FPGA+ARM架构的技术方案。然后,本文分模块详细叙述了整机系统中部分模块,包括前端高速A/D转换器和FPGA的硬件模块设计,数据处理模块软件的设计,以及DSO的GPIB扩展接口逻辑模块的设计。 本文在分析了传统DSO架构的基础上,提出了本系统的设计思想和实现方案。在高速A/D选择上,国家半导体公司2005年推出的双通道采样速率达500MHz高速A/D转换器芯片ADC08D500,利用其双边沿采样模式(DES)实现对单通道1GHz的采样速率,并且用Xilinx公司Spraten-3E系列FPGA作为数据缓冲单元和存储单元,提高了系统的集成度和稳定性。其中,FPGA缓冲单元完成对不同时基情况下多通道数据的抽取,处理单元完成对数据正弦内插的计算,而DSO中其余数据处理功能包括数字滤波和FFT设计在后端的ARM内完成。DSO中常用的GPIB接口放在FPGA内集成,不仅充分利用了FPGA内丰富的逻辑资源,而且降低了整机成本,也减少了电路规模。 最后,利用ChipscopePro工具对采样系统进行调试,并分析了数据中的坏数据产生的原因,提出了解决方案, 并给出了FPGA接收高速A/D的正确数据。
上传时间: 2013-07-07
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随着数字技术的高速发展,越来越多的针对数字视频压缩、传送、显示等的设备涌入市场。要从这些良莠不齐的产品中挑选出令人满意的商品,一套良好的数字视频测试设备就必不可少。然而,现阶段大多数数字视频信号源都存在不同的缺点,如测试图像种类太少、没有动态测试源、缺乏专用测试信号等。为有效克服这些缺陷,作者设计并开发了一套基于FPGA的数字视频信号发生器。整个系统包括硬件平台和图像格式转换软件两大部分。硬件平台本身即为独立的信号发生器,可以生成多种测试图像。配备了图像格式转换软件,就可以实现硬件平台从PC机接收各种静态测试图像、动态测试序列,不断更新测试图像库。整个系统具有良好的硬件体系结构、便捷的输入接口,稳定的信号输出,同时操作灵活、方便,易于升级更新。 在系统的开发过程中,使用了多种硬件、软件开发工具,如PROTEL DXP、ISE、MODEL SIM、MATLAB、C#.NET等。由于软硬件调试均由同一人完成,因此整个系统具备良好的统一性和兼容性。 另外,作者还研究并设计了一种针对H.264编解码器压缩损伤的测试信号。评估一个编码器的性能可采用主观评价或客观评价两种方法。其中主观评价最为直接、有效。本文在依托主观评价方法的基础上,结合客观参数的指导性,研究并设计一种通过人眼就可以方便的观测到实际存在的压缩损伤的测试信号,以达到直接对编解码器性能进行比较的目的。
上传时间: 2013-07-19
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《数字电路基础》是通信、电子信息等相关专业的基础课教材,全书共分7章,主要内容有:数字逻辑基础、组合逻辑电路、时序逻辑电路、脉冲信号的产生与变换电路、半导体存储器、数模与模数转换器、PLD和Verilog-HDL简介,各章配有例题、小结及习题。《数字电路基础》内容丰富、结构合理、实用性强,既可作为通信、电子信息等相关专业的专科、本科教材,也可以作为从事相关专业的技术人员参考书。
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上传时间: 2013-04-24
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随着计算机技术和通信技术的迅速发展,数字视频在信息社会中发挥着越来越重要的作用,视频传输系统已经被广泛应用于交通管理、工业监控、广播电视、银行、商场等多个领域。同时,FPGA单片规模的不断扩大,在FPGA芯片内部实现复杂的数字信号处理系统也成为现实,因此采用FPGA实现视频压缩和传输已成为一种最佳选择。 本文将视频压缩技术和光纤传输技术相结合,设计了一种基于无损压缩算法的多路数字视频光纤传输系统,系统利用时分复用和无损压缩技术,采用串行数字视频传输的方式,可在一根光纤中同时传输8路以上视频信号。系统在总体设计时,确定了基于FPGA的设计方案,采用ADI公司的AD9280和AD9708芯片实现A/D转换和D/A转换,在FPGA里实现系统的时分复用/解复用、视频数据压缩/解压缩和线路码编解码,利用光收发一体模块实现电光转换和光电转换。视频压缩采用LZW无损压缩算法,用Verilog语言设计了压缩模块和解压缩模块,利用Xilinx公司的IP核生成工具Core Generator生成FIFO来缓存压缩/解压缩单元的输入输出数据,光纤线路码采用CIMT码,设计了编解码模块,解码过程中,利用数字锁相环来实现发射与接收的帧同步,在ISE8.2和Modelsim仿真环境下对FPGA模块进行了功能仿真和时序仿真,并在Spartan-3E开发板和视频扩展板上完成了系统的硬件调试与验证工作,实验证明,系统工作稳定,图像清晰,实时传输效果好,可用于交通、安防、工业监控等多个领域。 本文将视频压缩和线路码编解码在FPGA里实现,利用FPGA的并行处理优势,大大提高了系统的处理速度,使系统具有集成度高、灵活性强、调试方便、抗干扰能力强、易于升级等特点。
上传时间: 2013-04-24
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在3G移动通信网络建设中,如何实现密集城区的无线网络覆盖是目前基站的发展方向。目前网络覆盖理念的核心思想就把传统宏基站的基带处理和射频部分分离,分成基带处理单元和射频拉远单元两个设备,这样既节省空间、降低设置成本,又提高了组网效率。本文研究的数字收发机用于WCDMA基站系统的射频拉远单元中,实现移动通信网中射频信号的传输工作。 数字收发机主要由射频处理部分、模数/数模转换部分、数字上下变频处理部分、接口转换以及数字光模块组成。本文研究的重点是数字上下变频处理部分。设计采用软件无线电的架构和FPGA技术,所设计的数字上下变频部分可以在不修改硬件电路的基础上只需修改软件部分的参数则可实现多种频率的变频处理,极大地降低了开发成本,且缩短了开发周期。 根据系统设计的设计要求,以及现有芯片使用情况比较,本文选用Altera公司的:FPGA芯片,应用公司提供的Dspbuilder作为系统级的开发工具,应用Quartus Ⅱ作为综合、布局布线工具实现数字上下变频处理部分设计。 本文的主要研究工作包括以下几个部分: (1)对数字收发机的整体结构进行分析研究,确定数字收发机的实现结构和各个部分的功能; (2)通过对数字上下变频的相关理论的研究,分析出数字上下变频的结构、实现方法及性能; (3)通过对数控振荡器、CIC滤波器、FIR滤波器进行理论研究、内部实现结构以及性能分析,得出具体的参数和仿真实现结构; (4)使用FPGA中的IP核技术来实现数字上下变频,利用Matlab中Dspbuilder提供的IP核分别进行NCO、CIC、FIR的仿真工作;并得出数字上下变频的总体仿真实现结果; (5)对高速收发通道进行了研究和设计,根据系统的要求给出了数据帧结构,并采用Altera的第三代FPGA产品Stratix Ⅱ GX系列芯片实现了数字收发机的信号的串并/并串的接口转换。为后续继续研究工作奠定基础。
上传时间: 2013-06-21
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高精度的信号源是各种测试和实验过程中不可缺少的工具,在通信、雷达、测量、控制、教学等领域应用十分广泛。传统的频率合成方法设计的信号源在功能、精度、成本等方面均存在缺陷和不足,不能满足电子技术的发展要求,直接数字合成(Direct Digital Synthesis)DDS技术可以提供高性能、高频高精度的信号源,方便地获得分辨率高且相位连续的信号,基于FPGA的DDS技术提供了升级方便并且成本低廉的解决方案。 本文对DDS的基本原理和输出频谱特性进行理论分析,总结出杂散分布规律。同时以DDS的频谱分析为基础,给出了几种改善杂散的方法。本文结合相关文献资料采用傅立叶变换的方法对相位截断时DDS杂散信号的频谱特性进行了研究,得到了杂散分布的规律性结论,并应用在程序设计程中;DDS技术的实现依赖于高速、高性能的数字器件,本文将FPGA器件和DDS技术相结合,确定了FPGA器件的整体设计方案,详细说明了各个模块的功能和设计方法,并对其关键部分进行了优化设计,从而实现了波形发生器数字电路部分的功能。软件部分采用模块设计方法,十分方便调试。为了得到满足设计要求的模拟波形,本文还设计了幅度调节、D/A转换和低通滤波等外围硬件电路。 实验结果表明,本文设计的基于DDS技术的多波形信号源基本能够满足普通学生实验室的要求。
上传时间: 2013-06-11
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