现场可编程门阵列(FPGA)的发展已经有二十多年，从最初的1200门发展到了目前数百万门至上千万门的单片FPGA芯片。现在，FPGA已广泛地应用于通信、消费类电子和车用电子类等领域，但国内市场基本上是国外品牌的天下。 在高密度FPGA中，芯片上时钟分布质量变的越来越重要，时钟延迟和时钟偏差已成为影响系统性能的重要因素。目前，为了消除FPGA芯片内的时钟延迟，减小时钟偏差，主要有利用延时锁相环(DLL)和锁相环(PLL)两种方法，而其各自又分为数字设计和模拟设计。虽然用模拟的方法实现的DLL所占用的芯片面积更小，输出时钟的精度更高，但从功耗、锁定时间、设计难易程度以及可复用性等多方面考虑，我们更愿意采用数字的方法来实现。 本论文是以Xilinx公司Virtex-E系列FPGA为研究基础，对全数字延时锁相环(DLL)电路进行分析研究和设计，在此基础上设计出具有自主知识产权的模块电路。 本文作者在一年多的时间里，从对电路整体功能分析、逻辑电路设计、晶体管级电路设计和仿真以及最后对设计好的电路仿真分析、电路的优化等做了大量的工作，通过比较DLL与PLL、数字DLL与模拟DLL，深入的分析了全数字DLL模块电路组成结构和工作原理，设计出了符合指标要求的全数字DLL模块电路，为开发自我知识产权的FPGA奠定了坚实的基础。 本文先简要介绍FPGA及其时钟管理技术的发展，然后深入分析对比了DLL和PLL两种时钟管理方法的优劣。接着详细论述了DLL模块及各部分电路的工作原理和电路的设计考虑，给出了全数字DLL整体架构设计。最后对DLL整体电路进行整体仿真分析，验证电路功能，得出应用参数。在设计中，用Verilog-XL对部分电路进行数字仿真，Spectre对进行部分电路的模拟仿真，而电路的整体仿真工具是HSIM。 本设计采用TSMC0.18μmCMOS工艺库建模，设计出的DLL工作频率范围从25MHz到400MHz，工作电压为1.8V，工作温度为-55℃～125℃，最大抖动时间为28ps，在输入100MHz时钟时的功耗为200MW，达到了国外同类产品的相应指标。最后完成了输出电路设计，可以实现时钟占空比调节，2倍频，以及1.5、2、2.5、3、4、5、8、16时钟分频等时钟频率合成功能。
上传时间： 2013-06-10
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本论文基于直接扩频通信的理论设计了一种全数字的中频接收机，使用Xilinx公司的FPGA芯片xc3s400作为接收机的主芯片，实现中频数字信号的下变频，基带解调，PN码的捕获及跟踪环路的设计并给出了它们的具体设计步骤及RTL级逻辑电路图。本文对于数字下变频器的设计、数字抑制载波恢复环的设计进行了详细的论述，还使用Matlab中的Simulink对本接收机系统所要使用的全数字Costas环进行了功能仿真并给出了仿真结果。 本文使用高速模数转换器AD9601对中频模拟信号进行采样，最后再用高速数模转换器AD9740还原出原始信息，并给出了它们与核心芯片xc3s400的接口设计方法及原理电路图。
上传时间： 2013-07-30
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本文以电子不停车收费系统课题为背景，设计并实现了基于FPGA的π/4-DOPSK全数字中频发射机和接收机。π/4-DQPSK广泛应用于移动通信和卫星通信中，具有频带利用率高、频谱特性好、抗衰落性能强的特点。 近年来现场可编程门阵列(FPGA)器件在芯片逻辑规模和处理速度等方面性能的迅速提高，用硬件编程实现无线功能的软件无线电技术在理论和实用化上都趋于成熟和完善，因此可以把数字调制，数字上/下变频，数字解调在同一块FPGA上实现，即实现了中频发射机和接收机一体化的片上可编程系统(SOPC，System On Programmabie Chip)。 本文首先根据指标要求对数字收发机方案进行设计，确定了适合不停车收费系统的全数字发射机和接收机的结构，接着根据π/4-DQPSK发射机和接收机的理论，设计并实现了基于FPGA的成形滤波器SRRC、半带滤波器HB和定时算法并给出性能分析，最后给出硬件测试平台上结果和测试结果分析。
上传时间： 2013-06-23
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全数字调制解调技术具有多速率、多制式、智能性等特点，这极大的提高了通信系统的灵活性和通用性，符合未来通信技术发展的方向。 本文从如下几个方面对全数字调制解调器进行了深入系统研究：1，在介绍全数字调制解调器的发展现状和研究QPSK通信调制解调方式的基础上，依据软件定性仿真分析了QPSK正交调制解调系统，设计出了满足系统要求的实现电路框图并选定了芯片；2，在完成了基于FPGA芯片实现QPSK调制解调的算法方案设计基础上，利用VHDL语言完成了芯片程序的设计，并对其进行了调试和功能仿真；3，利用设计出的调制解调器与选定的AD、DA、正交调制解调芯片，完成了QPSK通信系统的硬件电路的设计并完成了调制电路的研制；4，完成电路的信息速率大于300Kbps，产生的中频信号中心频率70MHz，带宽500KHz，满足系统设计要求，由于时间关系解调电路仍在调试中。 本文基于FPGA实现的QPSK数字调制解调器具有体积小、集成度高和软件可升级等优点，这为设计高集成和高灵活性的通信系统提供了技术基础。
上传时间： 2013-07-08
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本文对于全并行Viterbi译码器的设计及其FPGA实现方案进行了研究，并最终将用FPGA实现的译码器嵌入到某数字通信系统之中。 首先介绍了卷积码及Viterbi译码算法的基本原理，并对卷积码的纠错性能进行了理论分析。接着介绍了Viterbi译码器各个模块实现的一些经典算法，对这些算法的硬件结构设计进行优化并利用FPGA实现，而后在QuartusⅡ平台上对各模块的实现进行仿真以及在Matlab平台上对结果进行验证。最后给出Viterbi译码模块应用在实际系统上的误码率测试性能结果。 测试结果表明，系统的误码率达到了工程标准的要求，从而验证了译码器设计的可靠性，同时所设计的基于FPGA实现的全并行Viterbi译码器适用于高速数据传输的应用场合。
上传时间： 2013-07-30
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数字超声诊断设备在临床诊断中应用十分广泛，研制全数字化的医疗仪器已成为趋势。尽管很多超声成像仪器设计制造中使用了数字化技术，但是我们可以说现代VLSI 和EDA 技术在其中并没有得到充分有效的应用。随着现代电子信息技术的发展，PLD 在很多与B 型超声成像或多普勒超声成像有关的领域都得到了较好的应用，例如数字通信和相控雷达领域。 在研究现代超声成像原理的基础上，我们首先介绍了常见的数字超声成像仪器的基本结构和模块功能，同时也介绍了现代FPGA 和EDA 技术。随后我们详细分析讨论了B 超中，全数字化波束合成器的关键技术和实现手段。我们设计实现了片内高速异步FIFO 以降低采样率，仿真结果表明资源使用合理且访问时间很小。正交检波方法既能给出灰度超声成像所需要的回波的幅值信息，也能给出多普勒超声成像所需要的回波的相移信息。我们设计实现了基于直接数字频率合成原理的数控振荡器，能够给出一对幅值和相位较平衡的正交信号，且在FPGA 片内实现方案简单廉价。数控振荡器输出波形的频率可动态控制且精度较高，对于随着超声在人体组织深度上的穿透衰减，导致回波中心频率下移的声学物理现象，可视作将回波接收机的中心频率同步动态变化进行补偿。 还设计实现了B 型数字超声诊断仪前端发射波束聚焦和扫描控制子系统。在单片FPGA 芯片内部设计实现了聚焦延时、脉宽和重复频率可动态控制的发射驱动脉冲产生器、线扫控制、探头激励控制、功能码存储等功能模块，功能仿真和时序分析结果表明该子系统为设计实现高速度、高精度、高集成度的全数字化超声诊断设备打下了良好的基础，将加快其研发和制造进程，为生物医学电子、医疗设备和超声诊断等方面带来新思路。
上传时间： 2013-06-18
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激光测距技术被广泛应用于现代工业测量、航空与大地的测量、国防及通信等诸多领域。本文从已获得广泛应用的脉冲激光测距技术入手，重点分析了近年提出的自触发脉冲激光测距技术(STPLR)特别是其中的双自触发脉冲激光测距技术(BSTPLR)，通过分析发现其核心部件之一就是用于测量激光脉冲飞行时间(周期)的高精度高速计数器，而目前一般的方式是采用昂贵的进口高速计数器或专用集成电路(ASIC)来完成，这使得激光测距仪在研发、系统的改造升级和自主知识产权保护等诸多方面受到制约，同时在其整体性能上特别是在集成化、小型化和高可靠性方面带来阻碍。为此，本文研究了采用现场可编程门阵列(FPGA)来实现脉冲激光测距中的高精度高速计数及其他相关功能，基本解决了以上存在的问题。 论文通过对双自触发脉冲激光测距的主要技术要求和技术指标进行分析，对其中的信号处理单元采用了FPGA+单片机的设计形式。由FPGA主控芯片(EPF10K20TC144-4)作为周期测量模块，在整个测距系统中是信号处理的核心部件，借助其用户可编程特性及很高的内部时钟频率，设计了专用于BSTPLR的高速高精度计数芯片，负责对测距信号产生电路中的时刻鉴别电路输出信号进行计数。数据处理模块则主要由单片机(AT89C51)来实现。系统可以通过键盘预置门控信号的宽度以均衡测量的精度和速度，测量结果采用7位LED数码管显示。本设计在近距离(大尺寸)范围内实验测试时基本满足设计要求。
上传时间： 2013-06-02
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电力线通信技术利用分布广泛的低压电力线作为通信信道，实现internet高速互连，为用户提供互联网访问、视频点播等服务，形成包括电力在内的“四网合一”，目前正受到人们的关注。利用该技术，可以在居民区内建立宽带接入网，也可以利用遍布家庭各个房间的电源插座组成家庭局域网。但是电力线是传输电能的，因此通过电力线传输数据有许多的问题需要解决。 OFDM(正交频分复用)技术是实现电力线通信的一项热门技术。OFDM采用添加循环前缀的技术，能有效地降低ICI(信道间干扰)和ISI(码间干扰)。同时通过使用正交的子信道，大大提高了频谱资源利用率。FPGA作为可编程逻辑器件，具有设计时间短、投资少、风险小的特点，而且可以反复修改，反复编程，直到完全满足需要，具有其他方式无可比拟的方便性和灵活性，能够加速数字系统的研发速度。本文着重研究了OFDM同步技术在FPGA上的实现。本论文主要是在项目组工作的基础上构造双路信号数据纠正算法流程，提出最佳采样点与载波相位估计算法，完善中各个子模块算法的硬件设计流程。内容安排如下：第一章介绍OFDM(正交频分复用)技术的发展历史、技术原理。第二章介绍了PLD的分类、工艺和结构特点，以及FPGA的开发环境、开发流程和Verilog语言的特点。第三章对OFDM系统的同步模块进行详细的阐述。第四章是OFDM同步算法的在FPGA上的实现，对各个子模块进行仿真，给出了仿真波形图和系统性能分析。最后，第五章总结了全文的工作，对OFDM技术的实现需要进一步完善的方面与后续工作进行了探讨。
上传时间： 2013-04-24
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永磁无刷直流电动机是一种性能优越、应用前景广阔的电动机,传统的理论分析及设计方法已比较成熟,它的进一步推广应用,在很大程度上有赖于对控制策略的研究.该文提出了一套基于DSP的全数字无刷直流电动机模糊神经网络双模控制系统,将模糊控制和神经网络分别引入到无刷直流电动机的控制中来.充分利用模糊控制对参数变化不敏感,能够提高系统的快速性的特点,构造适用于调节较大速度偏差的模糊调节器,加快系统的调节速度;由于神经网络既具有非线性映射的能力,可逼近任何线性和非线性模型,又具有自学习、自收敛性,对被控对象无须精确建模,对参数变化有较强的鲁棒性的特点,构造三层BP神经网络调节器,来实现消除稳态偏差的精确控制.以速度偏差率为判断依据,实现模糊和神经网络两种控制模式的切换,使系统在不同速度偏差段快速调整、平滑运行.此外充分利用系统硬件构成的特点,采用适当的PWM输出切换策略,最大限度的抑制逆变桥换相死区;通过换相瞬时转矩公式推导和分析,得出在换相过程中保持导通相功率器件为恒通,即令PWM输出占空比D=1,来抑制定子电感对换相电流影响的控制策略.上述抑制换相死区和采用恒通电压的控制方法,减小了换相引起的转矩波动,使系统电流保持平滑、转矩脉动大幅度减小、系统响应更快、并具有较强的鲁棒性和实时性.在这种设计下,系统不仅能实现更精确的定位和更准确的速度调节,而且可以使无刷直流电动机长期工作在低速、大转矩、频繁起动的状态下.该文选用TMS320LF2407作为微控制器,将系统的参数自调整模糊控制算法,BP神经网络控制算法以及PWM输出,转子位置、速度、相电流检测计算等功能模块编程存储于DSP的E2PROM,实现了对无刷直流电动机的全数字实时控制,并得到了良好的实验结果的结果.
上传时间： 2013-06-01
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抽油机井工况监测是石油生产过程中非常重要的环节，可以为油井提高泵效、高效管理提供可靠依据。随着石油工业的迅速发展，传统的人工操作远远不能满足现代化石油生产的要求。将远程监测系统应用于油井工况监测，可以降低工人劳动强度，提高生产效率和油田管理水平。针对目前已有油井工况监测系统存在的不足，本文研制出一种集计算机技术、电子技术和通信技术于一身、功能完善、可靠性高、成本低廉的抽油机井工况远程监测系统。 示功图是常用的用于判断抽油机井工作状况的方法，它是抽油机光杆在作往复运动的一个周期中，光杆相对位移与载荷的对应关系曲线。传统的利用拉线位移传感器获取位移的方式，不能实现长期连续的监测。本系统采用加速度传感器作为冲次传感器，获取每个周期的起始点，再利用拉线位移传感器对一个周期中按时间等分的点的位移进行标定，既解决了拉线位移不能长期连续监测的问题，又保证了位移的精度。 本系统由工况传感器、数据中继单元、数据中心和手持机四部分组成。安装在抽油井上的工况传感器定时获取并存储示功图数据，定时将数据发送到数据中继单元。由数据中继单元将多个工况传感器的示功图数据集中后，通过远程网络传送到数据中心。数据中心实现对所有示功图数据的存储、查询、分析和打印，并可以通过网络实现数据共享。手持机用于对工况传感器进行设置和标定，并可以现场获取示功图。 硬件电路采用低功耗设计方法，使用低电压、低功耗的基于ARM7内核的LPC2138/2148微处理器及微功率无线数传模块，将硬件电路功耗降到最低。采用SD卡作为存储器，增加了数据存储容量和数据可靠性。采用单轴加速度传感器ADXL105作为冲次传感器，具有高精度、低功耗、高可靠性的优点。CDMA模块采用基于CDMA1X数据通信网络的H7710，组成高速、永远在线、透明数据传输的数据通信网络。 软件设计遵循模块化设计思想，既考虑到各模块功能的实现，又兼顾了系统总体的协调性。本系统软件由工况传感器软件、手持机软件、数据中继单元软件及数据中心软件四部分组成。工况传感器软件、手持机软件和数据中继单元软件由ADS集成开发环境编写，并由AXD仿真调试器生成可执行代码，最后通过EasyJTAG仿真器下载到微处理器芯片中。数据中心运行于服务器/客户机工作模式，使用SQL Server数据库。数据中心处理软件由Visual Basic6．0编写，运行于Windows操作系统中。 通讯网络由无线数传网络和CDMA网络组成，工况传感器与数据中继单元组成无线数传网络，采用ISM工作频段，实现近距离无线通讯。数据中继单元作为无线数传网络的中心节点，通过CDMA网络与数据中心通信处理机相联，实现数据的远程传输。 本系统首次利用加速度传感器与拉线位移传感器相结合的方式，实现抽油井工况长期连续监测，提高了整个系统的可靠性；利用ARM单片机作为微处理器，低功耗电路设计，低功耗工作模式，延长了电池的寿命；无线数传网络与CDMA网络相结合，兼具无线数传网络与CDMA网络的优点，降低了整个系统的安装和运行费用；数据中心采用服务器/客户机工作模式，便于用户共享数据。目前该系统的各部分均经过硬件、软件及运行测试，已经在油田试运行。运行结果表明，该系统性能完善，运行可靠，安装及维护简便，取得了较好的效果。
上传时间： 2013-07-12
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