本项目完成的是基于中国“数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制”国家标准的发射端系统FPGA设计与实现。在本设计中,系统采用了Stratix系列的EP1S80F1020C5 FPGA为基础构建的主硬件处理平台。对于发射端系统,数据处理部分的扰码器(随机化)、前向纠错编码(FEC)、符号星座映射、符号交织、系统信息复用、频域交织、帧体数据处理(OFDM调制)、同步PN头插入、以及信号成形4倍插值滚降滤波器(SRRC)等各模块都是基于FPGA硬件设计实现的。其中关键技术:TDS-OFDM技术及其和绝对时间同步的复帧结构、信号帧的头和帧体保护技术、低密度校验纠错码(LDPC)等,体现了国标的自主创新特点,为数字电视领域首次采用。其硬件实现,亦尚未有具体产品参考。 本文首先介绍了当今国内外数字电视的发展现状,中国数字电视地面广播传输国家标准的颁布背景。并对国标系统技术原理框架,发端系统的整体结构以及FPGA设计的相关知识进行了简要介绍。在此基础上,第三章重点、详细地介绍了基于FPGA实现的发射端系统各主要功能模块的具体结构设计,论述了系统中各功能模块的FPGA设计和实现,包括设计方案、算法和结构的选取、FPGA实现、仿真分析等。第四章介绍了对整个系统的级连调试过程中,对系统结构进行的优化调整,并对级连后的整个系统的性能进行了仿真、分析和验证。作者在项目中完成的工作主要有: 1.阅读相关资料,了解并分析国标系统的技术结构和原理,分解其功能模块。 2.制定了基于国标的发端系统FPGA实现的框架及各模块的接口定义。 3.调整和改进了3780点IFFT OFDM调制模块及滚降滤波器模块的FPGA设计并验证。 4.完成了扰码器、前向纠错编码、符号星座映射、符号交织、系统信息复用、频域交织、帧体数据处理、同步PN头插入、以及信号成形4倍插值滚降滤波器等功能模块的FPGA设计和验证。 5.在系统级连调试中,利用各模块数据结构特点,优化系统模块结构。 6.完成了整个发射端系统FPGA部分的调试、分析和验证。
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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本文着重研究用现场可编程门阵列(FPGA)来开发设计精插补芯片。选用Altera公司的Cyclone系列的EP1C3T144C8芯片设计了逐点比较法,数字积分法和比较积分法三种经典插补算法,并对各种算法模块进行了仿真验证。又设计了三个算法选通信号,将三种算法模块综合成了一个整电路。 在完成了FPGA内部三种算法的实现后,设计以一个STC单片机为粗插补处理器的FPGA实验开发系统,并制作了PCB板。实验开发系统板中设计了单片机程序下载和的FPGA下载配置电路,并且配有FPGA专用配置芯片,能实现FPGA上电自动配置。可用该实验系统板进行精插补芯片的设计与开发,以及对所完成设计的功能进行验证。 为验证所设计芯片的插补功能,编写了单片机粗插补程序,将产生的粗插补坐标增量发给FPGA进行插补实验,得到了理想的插补输出脉冲。又编写了单片机脉冲处理程序,读回了FPGA的输出脉冲,并由串口发送给PC机。最后通过编写PC机的串口通信程序以及根据插补脉冲绘图的程序,把FPGA的输出脉冲绘制成了插补轨迹图形。 最终绘图结果显示,在20M输入时钟频率下,由插补脉冲生成的插补轨迹图形正确,验证了本文设计的三种插补算法功能的正确性。本设计插补芯片达到了高速插补功能要求。
上传时间: 2013-04-24
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“计算机组成原理”是计算机专业的一门核心课程。传统的计算机组成原理实验是在指令格式、寻址方式、运算器、控制器、存储器等都相对固定的情况下进行,学生主要进行功能实现和验证,缺少自主设计和创新过程。 为改变这种状况,须更新现有的计算机组成原理实验系统。采用FPGA芯片作为载体,使用EDA开发工具,用硬件描述语言实现不同的硬件逻辑,再与硬件的输入输出接口线路相连,最终组成一台可用于组成实验教学的完整计算机系统。这期间学生将掌握组成原理实验系统的各个部件的功能及其相互之间如何协作。本实验系统能够让学生完成有关计算机组成原理的部件实验和整机实验:部件实验包括加法器、乘法器、除法器、算术逻辑运算单元、控制器、存储器等;整机实验可以独立实现各部件的功能描述。该系统能够帮助学生巩固课堂知识并增强设计能力。 为实现上述目的,依据EDA技术的开发流程和方法,建立了一个完整的体系,其中包括控制模块、内存模块、运算器模块、通用寄存器组及其控制部件、程序计数器、地址寄存器、指令寄存器、时序部件、数据控制部件、状态值控制部件,以及为帮学生调试而专门设计的输出观察部件。在Quartus Ⅱ开发环境下,使用Altera公司FPGA芯片,采用VHDL,语言设计并实现了上述模块。经过仿真测试,所实现的各功能模块作为独立部件时能完成各自功能:而将这些部件组合起来的整机系统,可以执行程序段和进行各种运算处理,达到了设计要求。
上传时间: 2013-06-01
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信号与信息处理是信息科学中近几年来发展最为迅速的学科之一,随着片上系统(SOC,System On Chip)时代的到来,FPGA正处于革命性数字信号处理的前沿。基于FPGA的设计可以在系统可再编程及在系统调试,具有吞吐量高,能够更好地防止授权复制、元器件和开发成本进一步降低、开发时间也大大缩短等优点。然而,FPGA器件是基于SRAM结构的编程工艺,掉电后编程信息立即丢失,每次加电时,配置数据都必须重新下载,并且器件支持多种配置方式,所以研究FPGA器件的配置方案在FPGA系统设计中具有极其重要的价值,这也给用于可编程逻辑器件编程的配置接口电路和实验开发设备提出了更高的要求。 本论文基于IEEE1149.1标准和USB2.0技术,完成了FPGA配置接口电路及实验开发板的设计与实现。作者在充分理解IEEE1149.1标准和USB技术原理的基础上,针对Altcra公司专用的USB数据配置电缆USB-Blaster,对其内部工作原理及工作时序进行测试与详细分析,完成了基于USB配置接口的FPGA芯片开发实验电路的完整软硬件设计及功能时序仿真。作者最后进行了软硬件调试,完成测试与验证,实现了对Altera系列PLD的配置功能及实验开发板的功能。 本文讨论的USB下载接口电路被验证能在Altera的QuartusII开发环境下直接使用,无须在主机端另行设计通信软件,其兼容性较现有设计有所提高。由于PLD(Programmable Logic Device)厂商对其知识产权严格保密,使得基于USB接口的配置电路应用受到很大限制,同时也加大了自行对其进行开发设计的难度。 与传统的基于PC并口的下载接口电路相比,本设计的基于USB下载接口电路及FPGA实验开发板具有更高的编程下载速率、支持热插拔、体积小、便于携带、降低对PC硬件伤害,且具备其它下载接口电路不具备的SignalTapII嵌入式逻辑分析仪和调试NiosII嵌入式软核处理器等明显优势。从成本来看,本设计的USB配置接口电路及FPGA实验开发板与其同类产品相比有较强的竞争力。
上传时间: 2013-04-24
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当前,片上系统(SOC)已成为系统实现的主流技术。流片风险与费用增加、上市时间压力加大、产品功能愈加复杂等因素使得SOC产业逐渐划分为IP提供者、SOC设计服务者和芯片集成者三个层次。SOC设计已走向基于IP集成的平台设计阶段,经过严格验证质量可靠的IP核成为SOC产业中的重要一环。 GPIB控制器芯片是组建自动测试系统的核心,在测试领域应用广泛。本人通过查阅大量的技术资料,分析了集成电路在国内外发展的最新动态,提出了基于FPGA的自主知识产权的GPIB控制器IP核的设计和实现。 本文首先讨论了基于FPGA的GPIB控制器的背景意义,接着对FPGA开发所具备的基本知识作了简要介绍。文中对GPIB总线进行了简单的描述,根据芯片设计的主要思想,重点在于论述怎样用FPGA来实现IEEE-488.2协议,并详细阐述了GPIB控制器的十种接口功能及其状态机的IP核实现。同时,对数据通路也进行了较为细致的说明。在设计的时候采用基于模块化设计思想,用VerilogHDL语言完成各模块功能描述,通过Synplifv软件的综合,用Modelsim对设计进行了前、后仿真。最后利用生成的模块符号采取类似画电路图的方法完成整个系统芯片的lP软核设计,并用EDA工具下载到了FPGA上。 为了更好地验证设计思想,借助EDA工具对GPIB控制器的工作状态进行了软件仿真,给出仿真结果,仿真波形验证了GPIB控制器的工作符合预想。最后,本文对基于FPGA的GPIB控制器的IP核设计过程进行了总结,展望了当前GPIB控制器设计的发展趋势,指出了开展进一步研究需要做的工作。
上传时间: 2013-06-12
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随着微电子技术的快速发展,电子设备逐渐向着小型化、集成化方向发展;人们在要求设备性能不断提升的同时,还要求设备功耗低、体积小、重量轻、可靠性高。同样在我军武器装备的研制过程中,也对各武器装备都提出了新的要求,特别是针对单兵配备的便携设备,对体积、功耗、扩展性的要求更是严格。 在某手持式设备的开发项目中,需要设计一块接口板,要求实现高达8个串行口扩展以及能源管理和数字输入输出接口等功能,该接口板与处理器模块的连接总线采用LPC总线,整个手持设备除了对功能有基本的要求以外,对体积及功耗都提出了极高的要求。针对项目的具体设计要求,经过与传统设计方法的比较,决定采用FPGA来实现LPC接口及UART控制器功能。 论文的主要目标是完成LPC接口的UART控制在FPGA中的实现。对于各模块中的关键的功能部分,文中对其实现都进行了详细的说明。整个设计全部采用硬件描述语言(HDL)实现,并且采用了分模块的设计风格,具有很好的重用性。 为了在硬件平台上验证设计,还实做了FPGA验证平台,并用C语言编写了测试程序。经过验证,该方案完全实现了接口板的功能要求,并且满足体积和功耗上的要求,取得了良好的效果。 论文通过采用FPGA作为电路设计的核心,以一种新的数字电路设计方法实现电路功能;旨在通过这种方式,不断提高设备的性能并拓展设计者思想。
上传时间: 2013-04-24
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随着以太网技术的不断发展,网络的传输速度已经由最初的10M发展到现在的10,000M。用可编程逻辑器件(FPGA)实现以太网控制器与其它SOC系统的互连成为当前的研究热点。本文阐述了MAC层的FPGA设计、仿真及测试;介绍了整个系统的内部结构、模块划分,并对各个模块的设计过程进行了详细阐述,接着介绍了开发环境和验证工具,同时给出测试方案、验证数据、实现结果及时序仿真波形图。 对MAC层的主要功能模块如:发送模块、接收模块、MAC流程控制模块、寄存器模块、MⅡ接口模块和主机接口模块以及CRC,CSMA/CD,HASH表等算法给出了基于FPGA及硬件描述语言的解决方法。 本课题针对以下三个方面进行了研究并取得一定的成果: 1)FPGA开发平台的硬件实现。选用Xilinx公司的XC3S1000-FT256-4-C和ATMEL公司的ARM9200作为测试的核心器件,采用LXT971芯片作为物理层芯片,AT91RM9200作为数据输入源和双blockram作为帧缓存搭建FPGA硬件验证开发平台。 2)基于FPGA实现以太网控制器。用VerilogHDL语言构建以太网控制器,实现CSMA/CD协议、10M/100M自适应以及与物理层MⅡ接口等。 3)采用片上系统通用的WS接口。目的是便于与具有通用接口的片上系统互连,也为构建SOC上处理器提供条件。 本论文实现了一个基于WS总线接口可裁减的以太网MAC控制器IP软核,为设计具有自主知识产权的以太网MAC控制器积累了经验。同时,为与其它WS接口的控制器实现直接互连创造了条件,对高层次设计这一先进ASIC设计方法也有了较为深入的认识。
上传时间: 2013-07-17
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I2C(Inter Integrated Circuits)是Philips公司开发的用于芯片之间连接的串行总线,以其严格的规范、卓越的性能、简便的操作和众多带I2C接口的外围器件而得到广泛的应用并受到普遍的欢迎。 现场可编程门阵列(FPGA)设计灵活、速度快,在数字专用集成电路的设计中得到了广泛的应用。本论文主要讨论了如何利用Verilog/FPGA来实现一个随机读/写的I2C接口电路,实现与外围I2C接口器件E2PROM进行数据通信,实现读、写等功能,传输速率实现为100KBps。在Modelsim6.0仿真软件环境中进行仿真,在Xilinx公司的ISE9.li开发平台上进行了下载,搭建外围电路,用Agilem逻辑分析仪进行数据采集,分析测试结果。 首先,介绍了微电子设计的发展概况以及设计流程,重点介绍了HDL/FPGA的设计流程。其次,对I2C串行总线进行了介绍,重点说明了总线上的数据传输格式并对所使用的AT24C02 E2PROM存储器的读/写时序作了介绍。第三,基于Verilog _HDL设计了随机读/写的I2C接口电路、测试模块和显示电路;接口电路由同步有限状态机(FSM)来实现;测试模块首先将数据写入到AT24C02的指定地址,接着将写入的数据读出,并将两个数据显示在外围LED数码管和发光二极管上,从而直观地比较写入和输出的数据的正确性。FPGA下载芯片为Xilinx SPARTAN Ⅲ XC3S200。第四,用Agilent逻辑分析仪进行传输数据的采集,分析数据传输的时序,从而验证电路设计的正确性。最后,论文对所取得的研究成果进行了总结,并展望了下一步的工作。
上传时间: 2013-06-27
上传用户:liuchee
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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