随着信息产业的不断发展,人们对数据传输速率要求越来越高,从而对数据发送端和接收端的性能都提出了更高的要求。接收机的一个重要任务就是在于克服各种非理想因素的干扰下,从接收到的被噪声污染的数据信号中提取同步信息,并进而将数据正确的恢复出来。而数据恢复电路是光纤通信和其他许多类似数字通信领域中不可或缺的关键电路,其性能决定了接收端的总体性能。 目前,数据恢复电路的结构主要有“时钟提取”和“过采样”两种结构。基于“过采样”的数据恢复方法的关键是过采样,即通过引入参考时钟,并增加时钟源个数的方式来代替第一种方法中的“时钟提取”。与“时钟提取”的数据恢复方法相比,基于“过采样”的数据恢复方法在性能上还有较大的差距,但是后者拥有高带宽、立即锁存能力、较低的等待时间和更高的抖动容限,更易于通过数字的方法实现,实现更简单,成本更低,并且这是一种数字化的模拟技术。如果能通过“过采样”方法在普通的逻辑电路上实现622.08Mb/s甚至更高速率的数据恢复,并将它作为一个IP模块来代替专用的时钟恢复芯片,这无疑将是性能和成本的较好结合。 本文主要研究“过采样”数据恢复电路的基本原理,通过全数字的设计方法,给出了在低成本可编程器件FPGA上实现数据恢复电路两种不同的过采样的实现方案,即基于时钟延迟的过采样和基于数据延迟的过采样。基于时钟延迟的过采样数据恢复电路方案,通过测试验证,其最高恢复的数据传输率可达到640Mb/s。测试结果表明,采用该方案实现的时钟恢复电路可工作在光纤通信系统STM-4速率级,即622.08MHz频率上,各方面指标基本符合要求。
上传时间: 2013-04-24
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激光测距是随着激光技术的出现而发展起来的一种精密测量技术,因其良好的精确度特性广泛地应用在军事和民用领域。但传统的激光测距系统大多采用分立的单元电路搭建而成,不仅造成了开发成本较高,电路较复杂,调试困难等诸多问题,而且这种系统体积和重量较大,严重阻碍了激光测距系统的普及应用,因此近年来激光测距技术向着小型化和集成化的方向发展。本文就旨在找出一种激光测距的集成化方案,将激光接收电路部分集成为一个专用集成电路,使传统的激光测距系统简化成三个部分,激光器LD、接收PD和一片集成电路芯片。 本文设计的激光测距系统基于相位差式激光测距原理,综合当前所有的测相技术,提出了一种基于FPGA的芯片运用DCM的动态移相功能实现相位差测量的方法。该方法实现起来方便快捷,无需复杂的过程计算,不仅能够达到较高的测距精度,同时可以大大简化外围电路的设计,使测距系统达到最大程度的集成化,满足了近年来激光测距系统向小型化和集成化方向发展的要求,除此,该方法还可以减少环境因素对测距误差的影响,降低测距系统对测试环境的要求。本论文的创新点有: 1.基于方波实现激光的调制和发射,简化了复杂的外围电路设计; 2.激光测距的数据处理系统在一片FPGA芯片上实现,便于系统的集成。 在基于DCM的激光测距方案中,本文详细的叙述了利用DCM测相的基本原理,并给出了由相位信息得到距离信息的计算过程,然后将利用不同测尺测得的结果进行合成,并最终将距离的二进制信息转换成十进制显示出来。本文以Xilinx公司Virtex-II Pro开发板做为开发平台,通过编程和仿真验证了该测距方案的可行性。在采用多次测量求平均值的情况下,该测距方案的测距精度可以达到3mm,测距量程可达100m。该方案设计新颖,可将整个的数据处理系统在FPGA芯片中实现,为最终的专用集成芯片的设计打下了基础,有利于测距系统的集成单片化。
上传时间: 2013-06-20
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随着网络技术和通信技术的突飞猛进,人们对通信的保密性能,抗干扰能力的要求越来越高,而且对信息隐蔽、多址保密通信等特性提出了更高的要求。这些要求的实现都离不开扩频通信技术的应用,而扩频通信芯片作为扩频通信网络的核心器件,自然也成了研究的重点。本论文旨在借鉴国内外相关研究成果,并以家庭电力线通信环境为背景,验证了一种CDMA码分多址通信的实现方案,并通过智能家庭系统展示了其应用效果。 本课题以构建家庭电力载波通信网络为目标,首先,以两块Cyclone系列FPGA开发板为基础,分别作为发送单元和接收单元,构建了系统的硬件开发平台;以QuartusⅡ 7.2为开发环境,运用Verilog硬件描述语言,编写扩频模块和解扩模块,并且进行了测试、仿真和综合,验证了通过专用芯片实现扩频通信系统的可行性。应用方面,采用电力线载波通信芯片,提出了一种由智能插线板和嵌入式网关构成的家电控制系统。用户通过WEB方式登陆嵌入式网关,智能插线板能够在嵌入式网关的控制下控制电器的电源、发送红外遥控指令,实现对家电的远程遥控。使用两块FPGA开发板,实现了扩频通信基本收发是本设计得主要成果;将扩频通讯技术、嵌入式Web技术引入到智能家庭系统的设计当中是本文的一个特点。 仿真和实验表明:采用电力线载波通信芯片组建家庭网络的方案可行,由智能插线板和嵌入式网关构成的家电控制系统能灵活、便捷地实施家电控制,并具有一定的节能效果。
上传时间: 2013-06-17
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软件无线电DDC(数字下变频)系统作为前端ADC与后端通用DSP器件之间的桥梁,通过降低数据流的速率,把低速数据送给后端通用DSP器件进行处理,其性能的优劣将对整个软件无线电系统的稳定性产生直接影响。采用专用DDC芯片完成数字下变频,虽然具有抽取比大、性能稳定等优点,但价格昂贵,灵活性不强,不能充分体现软件无线电的优势。FPGA工艺发展迅速,处理能力大大增强,相对于ASIC、DSP来说具有吞吐量高、开发周期短、可实现在线重构等诸多优势。正因为这些优点,使得FPGA在软件无线电的研究和开发中起着越来越重要的作用。 本次设计的目标是在一块FPGA芯片上实现单通道数字下变频系统。现阶段主要对软件无线电数字下变频器的FPGA实现方法进行了研究分析,重点完成了其主要模块的设计和仿真以及初步的系统级验证。 论文首先对软件无线电数字下变频的国内外现状进行了分析,然后对FPGA实现数字下变频设计的优势作了阐述。在对软件无线电理论基础、数字信号处理的相关知识深入研究的基础上重点研究软件无线电数字下变频技术。对数字下变频的NCO、混频、CIC、HB、FIR模块的实现方法进行深入研究,在:MATLAB中设定整体系统方案、完成模块划分和接口定义,并对部分模块建立数学模型并仿真、对模块的性能进行优化。从数字下变频的系统层次上考虑了各模块彼此问的性能制约,从而选择合理配置、优化系统结构以获得模块间的性能均衡和系统性能的最优化。最后通过使用编写'Verilog程序和调用部分lP Core相结合的方法完成数字下变频各个模块的设计并完成仿真和调试。结果表明设计的思想和结构是正确的,在下一步工作中主要完成系统的板级调试。
上传时间: 2013-04-24
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正交频分复用(OFDM)技术是一种多载波数字调制技术,具有频谱利用率高、抗多径干扰能力强、成本低等特点,适合无线通信的高速化、宽带化及移动化的需求,将成为下一代无线通信系统(4G)的核心调制传输技术。 本文首先描述了OFDM技术的基本原理。对OFDM的调制解调以及其中涉及的特性和关键技术等做了理论上的分析,指出了OFDM区别于其他调制技术的巨大优势;然后针对OFDM中的信道估计技术,深入分析了基于FFT级联的信道估计理论和基于联合最大似然函数的半盲分组估计理论,在此基础上详细研究描述了用于OFDM系统的迭代的最大似然估计算法,并利用Matlab做了相应的仿真比较,验证了它们的有效性。 而后,在Matlab中应用Simulink工具构建OFDM系统仿真平台。在此平台上,对OFDM系统在多径衰落、高斯白噪声等多种不同的模型参数下进行了仿真,并给出了数据曲线,通过分析结果可正确评价OFDM系统在多个方面的性能。 在综合了OFDM的系统架构和仿真分析之后,设计并实现了基于FPGA的OFDM调制解调系统。首先根据802.16协议和OFDM系统的具体要求,设定了合理的参数;然后从调制器和解调器的具体组成模块入手,对串/并转换,QPSK映射,过采样处理,插入导频,添加循环前缀,IFFT/FFT,帧同步检测等各个模块进行硬件设计,详细介绍了各个模块的设计和实现过程,并给出了相应的仿真波形和参数说明。其中,针对定点运算的局限性,为系统设计并自定义了24位的浮点运算格式,参与傅立叶反变换和傅立叶变换的运算,在系统参数允许的范围内,充分利用了有限资源,提高了系统运算精度;然后重点描述了基于FPGA的快速傅立叶变换算法的改进、优化和设计实现,针对原始快速傅立叶变换FPGA实现算法运算空闲时间过多,资源占用较大的问题,提出了带有流水作业功能、资源占用较少的快速傅立叶变换优化算法设计方案,使之运用于OFDM基带处理系统当中并加以实现,结果满足系统参数的需求。最后以理论分析为依据,对整个OFDM的基带处理系统进行了系统调试与性能分析,证明了设计的可行性。 综上所述,本文完成了一个基于FPGA的OFDM基带处理系统的设计、仿真和实现。本设计为OFDM通信系统的进一步改进提供了大量有用的数据。
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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光纤水听器自问世以来,在巨大的军事价值和民用价值推动下得到了迅速发展,已逐渐从实验室研究阶段走向工程应用。同时随着光纤水听器的不断发展,对水声信号的检测技术以及数字处理能力也提出了新的要求。论文在此背景下开展了一系列研究工作,并提出了利用FPGA(Field ProgrammableGate Array,现场可编程门阵列)实现光纤3×3耦合器解调算法的新思路。 目前干涉型光纤水听器的解调一般采用PGC(Phase Generated Carrier,相位生成载波技术)技术和基于3×3光纤耦合器干涉的解调技术。PGC技术在解调过程中引入了载波信号,它对采样率,激光器等的要求都较高,因此我们把目光投向3×3耦合器解调技术,文中对其解调原理进行了阐述,对采样率的确定进行了讨论,并对3×3耦合器三路输出不对称的情况进行了分析,最后在本文的结论部分提出了基于3×3耦合器解调的改良方案。 目前,光纤信号数字化解调的硬件实现采用DSP(Digital Signal Process,可编程数字信号处理器)信号处理机,与之相比,FPGA解调具有速度快、资源占用少、易于扩展等优势。本文对FPGA与DSP、ASIC(application-specificintegrated circuit,专用集成电路)实现方案进行了对比,分析了适合利用FPGA实现的算法所应具备的特征;介绍了3×3耦合器解调算法中各个模块的设计情况;分析了系统的工作情况,硬件的构造及芯片的选择,最后验证了利用FPGA可以实现3×3耦合器解调算法。
上传时间: 2013-07-03
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随着计算机科学和视频技术的广泛发展,数字图像采集在电子通信与信息处理领域得到了广泛的应用,例如广播电视的数字化、网络视频、监视监控系统等. 视频图像采集卡作为计算机视频应用的前端设备,承担着模拟视频信号向数字视频信号转换的任务,在多媒体时代占据着重要的位置.设计一种功能灵活,使用方便,便于嵌入到系统中的视频信号采集电路具有重要的实用意义. 本文首先介绍数字图像采集系统的发展现状和前景,提出了本次设计的目标: 完成基于PCI总线的高分辨率图像采集卡设计.然后简单介绍了本次设计用到的基本理论:数据采集理论,特别说明了采样和量化的定义与区别,以及量化的几种方式和量化与AD技术之间的关系. 图像采集系统的基本构成,是以数字信号处理器为核心,控制外围的A/D、D/A转换器和外围存储器.本文对比了当下流行的DSP芯片和IFPGA芯片作为数字处理核心的优缺点,并根据系统实际需要,选用FPGA作为数字信号处理器.然后列举了几款常用A/D视频芯片,还介绍了SDRAM控制的基本流程,最后提出了系统的整体设计方案. 图像采集卡的硬件设计分为A/D前端模拟通道设计和FPGA数字信号传输及外围电路设计.本文重点介绍了A/D芯片外围电路连接和使用方法,对PCI总线和它的控制电路也做了详细阐述.对图像采集卡的PCB布局布线也有详细说明. 图像采集卡FPGA内部程序构成也是本文的一个重点.本次的程序设计主要分为数据采集模块,即与A/D接口模块,数据暂存模块,即SDRAM读写控制模块,数据处理模块和数据传输模块,即PCI控制模块.重点在于对的SDRAM的连续读写控制和各个模块间的协调工作.说明了.A/D采集数据从接收到存储详细过程,以及对SDRAM读写状态机和PCI总线的操控. 最后介绍了硬件调试和FPGA程序验证结果.详细说明了以Modelsim为平台的前端功能仿真和后端时序仿真,以及以SignalTapⅡ为平台,程序下载到FPGA中进行的实时验证.结果表明整个图像采集系统基本达到了系统设计中所给出的性能指标,证明了整个系统设计的正确性和合理性.
上传时间: 2013-04-24
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交流电源供电方式正在由集中式向分布式、全功能式发展,而实现分布式电源的核心就是模块的并联技术。多台逆变器并联可以实现大容量供电和冗余供电,可大大提高系统的灵活性,使电源系统的体积重量大为降低,同时其主开关器件的电流应力也可大大减少,从根本上提高了可靠性、降低成本和提高功率密度。本文主要研究逆变器并联技术。 本文首先对电压、电流双闭环逆变器控制系统进行了研究。通过对传递函数的分析,得到了基于等效输出阻抗的双闭环控制的逆变器并联系统模型。在分析逆变器模型的基础上设计了各控制器参数,并通过MATLAB仿真进行了验证。根据上述模型,分析了逆变器并联的环流特性,以及基于有功和无功功率的并联控制方案。 随着电子技术的不断发展,FPGA技术正在越来越多地用于工程实践中。本文在研究SPWM控制技术的基础上,应用FPGA芯片EP1C12Q240C8实现了SPWM数字控制器,用于多模块逆变器并联控制系统。文中给出了仿真结果和芯片的测试结果。 基于FPGA的三相逆变器并联数字控制器的研究具有现实意义,设计具有创新性。仿真和芯片的初步测试结果表明:本文设计的基于FPGA的逆变器并联数字控制器能够满足逆变器并联系统的要求。
上传时间: 2013-08-05
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在图像处理及检测系统中,实时性要求往往影响着系统处理速度的性能。本文在分析研究视频检测技术及方法的基础上,应用嵌入式系统设计和图像处理技术,以交通信息视频检测系统为研究背景,展开了基于FPGA视频图像检测技术的研究与应用,通过系统仿真验证了基于FPGA架构的图像并行处理和检测系统具有较高的实时处理能力,能够准确并稳定地检测出运动目标的信息。可见FPGA对提高视频检测及处理的实时性是一个较好的选择。 本文主要研究的内容有: 1.分析研究了视频图像检测技术,针对传统基于PC构架和DSP处理器的视频检测系统的弊端,并从可靠性、稳定性、实时性和开发成本等因素考虑,提出了以FPGA芯片作为中央处理器的嵌入式并行数据处理系统的设计方案。 2.应用模块化的硬件设计方法,构建了新一代嵌入式视频检测系统的硬件平台。该系统由异步FIFO模块、图像空间转换模块、SRAM帧存控制模块、图像预处理模块和图像检测模块等组成,较好地解决了图像采样存储、处理和传输的问题,并为以后系统功能的扩展奠定了良好的基础。 3.在深入研究了线性与非线性滤波几种图像处理算法,分析比较了各自的优缺点的基础上,本文提出一种适合于FPGA的快速图像中值滤波算法,并给出该算法的硬件实现结构图,应用VHDL硬件描述语言编程、实现,仿真结果表明,快速中值滤波算法的处理速度较传统算法提高了50%,更有效地降低了系统资源占用率和提高了系统运算速度,增强了检测系统的实时性能。 4.研究了基于视频的交通车流量检测算法,重点讨论背景差分法,图像二值化以及利用直方图分析方法确定二值化的阈值,并对图像进行了直方图均衡处理,提高图像检测精度。并结合嵌入式系统处理技术,在FPGA系统上研究设计了这些算法的硬件实现结构,用VHDL语言实现,并对各个模块及相应算法做出了功能仿真和性能分析。 5.系统仿真与验证是整个FPGA设计流程中最重要的步骤,针对现有仿真工具用手动设置输入波形工作量大等弊病,本文提出了一种VHDL测试基准(TestBench)方法解决系统输入源仿真问题,用TEXTIO程序包设计了MATLAB与FPGA仿真软件的接口,很好地解决了仿真测试中因测试向量庞大而难以手动输入的问题。并将系统的仿真结果数据在MATLAB上还原为图像,方便了系统测试结果的分析与调试。系统测试的结果表明,运动目标的检测基本符合要求,可以排除行走路人等移动物体(除车辆外)的噪声干扰,有效地检测出正确的目标。 本文主要研究了基于FPGA片上系统的图像处理及检测技术,针对FPGA技术的特点对某些算法提出了改进,并在MATLAB、QuartusⅡ和ModelSim软件开发平台上仿真实现,仿真结果达到预期目标。本文的研究对智能化交通监控系统的车流量检测做了有益探索,对其他场合的图像高速处理及检测也具有一定的参考价值。
上传时间: 2013-07-13
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