随着微电子技术和电力电子技术的飞速发展，运动控制系统正朝着通用化、智能化、微型化的方向发展。目前，以数字信号处理器（DSP）和现场可编程门阵列（FPGA）为核心的运动控制卡已成为运动控制器的发展主流。它可方便地以插卡形式嵌入PC机，将PC机强大的信息处理能力和开放式特点与运动控制卡的运动控制能力相结合，具有信息处理能力强、开放程度高、运动控制方便、通用性好的特点。因此，本文通过对运动控制技术的深入研究，开发了一款以DSP和FPGA为主控单元、基于PCI总线的运动控制卡。 首先，设计了运动控制卡硬件电路，对控制卡的DSP和FPGA外围电路、PCI总线接口电路、模拟量输出电路、编码器信号采集电路、通用I/O接口电路等实现方法进行了详细讨论。 为提高控制卡的硬件集成度和可靠性，通过对FPGA的编程设计，在FPGA中实现了PCI总线目标设备接口控制器、双端口RAM、DDA精插补电路、DAC接口电路、编码器信号处理电路和数字I/O信号处理电路。 基于改进的数字PID控制器和前馈控制，设计开发了运动控制卡的位置闭环伺服控制器，并整定了控制器参数，获得良好的伺服控制特性。 最后，采用WinDriver开发了控制卡的驱动程序，并详细介绍了驱动程序的开发流程。
上传时间： 2013-08-01
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本文主要研究Turbo码的编码和译码算法及其FPGA硬件实现.在概述信道编码理论及其发展历程之后,简要地论述了Turbo码的原理.然后分别对Turbo码的MAP译码算法,LOG-MAP算法进行推导,在给出LOG-MAP的推导之后,提出了对于LOG-MAP译码算法的两点改进,采用三阶牛顿插值函数对校验函数进行拟合,采用双滑动窗口技术取代传统的单滑动窗口技术.Turb码还有一种译码复杂度相对较低的算法——SOVA算法,本文也给出了SOVA算法的详细推导过程.在对LOG-MAP和SOVA算法的详细推导之后,本文给出Turbo码的软件仿真,采用Matlab语言编写Turbo码仿真系统程序,仿真系统比较了单滑动窗口技术和双滑动窗口技术在不同的信噪比下的译码性能.在软件仿真的基础上,本文给出了Turbo码编码器和采用LOG-MAP译码算法译码器的FPGA硬件实现方法.
上传时间： 2013-06-19
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H.264/AVC是国际电信联盟与国际标准化组织/国际电工委员会联合推出的活动图像编码标准，简称H.264。作为最新的国际视频编码标准，H.264/AVC与MPEG-4、H.263等视频编码标准相比，性能有了很大的提高，并已在流媒体、数字电视、电话会议、视频存储等诸多领域得到广泛的应用。 本论文的研究课题是基于H.264/AVC视频编码标准的CAVLC(Context-based Adaptive Variable Length Coding，基于上下文的自适应可变长编码)编码算法研究及FPGA实现。对于变换后的熵编码，H.264/AVC支持两种编码模式：基于上下文的可变长编码(CAVLC)和基于上下文的自适应算术编码(CABAC，Context-based Adaptive BinaryArithmetic Coding)。在H.264/AVC中，尽管CAVLC算法也是采用了VLC编码，但是同以往标准不同，它所有的编码都是基于上下文进行。这种方法比传统的查单一表的方法提高了编码效率，但也增加了设计上的困难。 作者在全面学习H.264/AVC协议和深入研究CAVLC编码算法的基础上，确定了并行编码的CAVLC编码器结构框图，并总结出了影响CAVLC编码器实现的瓶颈。针对这些瓶颈，对CAVLC编码器中的各个功能模块进行了优化设计，这些优化设计包括多参考块的表格预测法、快速查找表法、算术消除法等。最后，用Verilog硬件描述语言对所设计的CAVLC编码器进行了描述，用EDA软件对其主要功能模块进行了仿真，并在Cyclone II系列EP2C20F484的FPGA上验证了它们的功能。结果表明，该CAVLC编码器各编码单元的编码速度得到了显著提高且均能满足实时通信要求，为整个CAVLC编码器的实时通信提供了良好的基础。
上传时间： 2013-06-04
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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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航天测控通信网是航天工程的重要组成部分。迄今为止，我国已建成“C频段测控网”，及正在建设的“S频段测控网”和“TDRSS测控网”。测距单元是测控系统基带设备中的重要功能单元，为航天飞行器提供定位元素。目前，在航天测距系统中侧音测距技术具有最高的测距精度。本文以中国电子科技集团第十研究所某项目为背景，对侧音测距系统中的关键技术进行了详细的研究，提出了一些改进测距精度的方法，最后用FPGA实现了侧音测距功能单元。 本论文主要完成以下工作： 1)完成了直接数字频率合成的杂散分析。采用严格的信号分析方法，运用离散傅立叶变换(DFT)和傅立叶变换(FT)，推导了理想状态和相位截短条件下的DDS输出频谱的数学表达式，并利用systemview仿真软件建立了DDS相位截短模型，通过仿真验证了分析结论的正确性。 2)改进了TT&C系统中经典的FFT频率引导算法，增加了频谱对称性分析，在实现频率引导的同时完成了防载波频率错锁的功能。 3)首次采用基于正交双通道相关原理的数字相关相位估计法来实现次侧音匹配和解模糊，降低了设备复杂度，提高了测距精度。针对低信噪比的情况，提出了基于平滑滤波的数据处理方法，提高了相位测量精度。对测距信道中加限幅器导致的测距信号信噪比恶化程度做了深入的理论分析。最后，分析了测距误差，并对其中一些引起测距误差的因素提出了改善方法。 通过本论文的工作，成功的完成了TT&C侧音测距终端的研制，系统现已通过测试，达到系统任务书的各项指标要求。
上传时间： 2013-04-24
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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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纠错码技术是一种通过增加一定冗余信息来提高信息传输可靠性的有效方法。RS码是一种典型的纠错码，在线性分组码中，它具有最强的纠错能力，既能纠正随机错误，也能纠正突发错误，在深空通信、移动通信、磁盘阵列、光存储及数字视频广播(DVB)等系统中具有广泛的应用。 DVD是一种高容量的存储媒质。DVD技术的应用很广泛，在数字技术中占有重要地位。DVD系统中采用里德-所罗门乘积码(RS-PC：Reed-Solomon ProductCode)进行纠错，RS码译码器在伺服芯片中具有重要作用。 FPGA在开发阶段具有安全、方便、可随时修改设计等不可替代的优点，在电子系统中采用FPGA可以极大的提升硬件系统设计的灵活性，可靠性，同时提高硬件开发的速度和降低系统的成本。FPGA的固有优点使其得到越来越广泛的应用，FPGA设计技术也被越来越多的设计人员所掌握。 本文首先介绍了编码理论和常用的RS编译码算法，提出RS编码器实现方案，详细分析了译码器的ME算法和改进BM算法的实现，针对ME算法提出了一种流水线结构的纠删纠错RS译码器实现方案，在译码器复杂度和延时上作了折衷，降低了译码器的复杂度并提高了最高工作频率，利用有限域乘法器的特性对编译码电路进行优化。这些技术的采用大大的提高了RS编译码器的效率，节省了RS编译码器占用的资源。在Xilinx公司的Virtex-II系列FPGA上设计并成功实现了RS(208，192)编译码器。
上传时间： 2013-07-20
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本文的设计采用FPGA来实现π/4DQPSK调制解调。采用π/4DQPSK的调制解调方式是基于频带利用率、误比特率(即抗噪性)和实现复杂性等综合因素的考虑；采用FPGA进行实现是考虑到高速的数据处理以及AD和DA的高速采样。 本课题主要包含以下几个方面的研究： 首先对π/4DQPSK技术的应用发展情况做简单介绍，并对其调制解调原理进行了详细的阐述。在理解原理的基础上，将调制解调进行模块化划分，提出了实现的思路和方法。其中包括串并转换，差分相位编码，内插，成形滤波器，正交调制，带通滤波器及希尔伯特变换，解调，位同步，载波同步，差分相位解码。 其次在FPGA上实现了π/4DQPSK的大部分模块。其中调制端的各个模块的功能都已经实现，并综合在一起，下载到开发板上进行了在线仿真。其中成形滤波器的设计大大降低了FPGA的资源开销，是本次设计的创新；解调端对载波同步和位同步提出了设计思路，具体的实现还需要进一步的研究；接口电路的测试和在线仿真已经完成。 最后提出了硬件实现的方案以及三种芯片的选型与设计，给出了简要的电路图和时序图。
上传时间： 2013-08-03
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在视频传输系统中，最大障碍是视频数据的大数据量传输。故压缩就显得尤为必要。MJPEG是以25帧每秒传输的JPEG图像。本文根据JPEG基本压缩模式，通过前端图像采集芯片输出标准的4：2：2格式的图像流，在XILINX公司的SPARTAN IIE芯片下压缩，获得了良好效果，压缩比达到10：1。中间的各个环节同MATLAB下同等压缩相比，除了精度上有点差别外，基本一致。同专用芯片相比，比专用芯片灵活得多，FPGA内部全部是可编程，烧写不同的程序便可实现不同的压缩。同DSP相比，压缩时间极大的提高，同周霖的“基于DSP技术的静态图像压缩编码”一文中编码所需的时间进行比较(DCT变换消耗4224个指令，量化Z排序耗960指令，huffman编码至少耗1400指令)，假设令其采用6000系列DSP，指令周期为6ns，运算速度为1336MIPS。压缩一个8*8DCT块，采用高档的DSP，消耗39tJs，而采用27M的FPGA只需6us，若采用FPGA内部自带的DLL将时钟倍频到54M，则只需要3us．本设计同传统的压缩实现方式相比，在速度和灵活性上有了极大的提高。
上传时间： 2013-04-24
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本文以Turbo码编译码器的FPGA实现为目标，对Turbo码的编译码算法和用硬件语言将其实现进行了深入的研究。 首先，在理论上对Turbo码的编译码原理进行了介绍，确定了Max-log-MAF算法的译码算法，结合CCSDS标准，在实现编码器时，针对标准中给定的帧长、码率与交织算法，以及伪随机序列模块与帧同步模块，提出了相应解决方案；而在相应的译码器设计中，采用了FPGA设计中“自上而下”的设计方法，权衡硬件实现复杂度与处理时延等因素，优先考虑面积因素，提高元件的重复利用率和降低电路复杂度，来实现Turbo码的Max-log-MAP算法译码。把整个系统分割成不同的功能模块，分别阐述了实现过程。 然后，基于Verilog HDL 设计出12位固点数据的Turbo编译码器以及仿真验证平台，与用Matlab语言设计的相同指标的浮点数据译码器进行性能比较，得到该设计的功能验证。 最后，研究了Tuxbo码译码器几项最新技术，如滑动窗译码，归一化处理，停止迭代技术结合流水线电路设计，将改进后的译码器与先前设计的译码器分别在ISE开发环境中针对目标器件xilinx Virtex-Ⅱ500进行电路综合，证实了这些改进技术能有效地提高译码器的吞吐量，减少译码时延和存储器面积从而降低功耗。
上传时间： 2013-04-24
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