FPGA数字电子系统设计与开发实例导航 超清书签版
上传时间： 2013-04-15
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New-尚未归类-412册-8.64G 单片机应用系统开发实例导航-作者：靳达-293页-81.0M.pdf
上传时间： 2013-07-31
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随着电子技术的快速发展，各种电子设备对时间精度的要求日益提升。在卫星发射、导航、导弹控制、潜艇定位、各种观测、通信等方面，时钟同步技术都发挥着极其重要的作用，得到了广泛的推广。对于分布式采集系统来说，中心主站需要对来自于不同采集设备的采集数据进行汇总和分析，得到各个采集点对同一事件的采集时间差异，通过对该时间差异的分析，最终做出对事件的准确判断。如果分布式采集系统中的各个采集设备不具有统一的时钟基准，那么得到的各个采集时间差异就不能反映出实际情况，中心主站也无法准确地对事件进行分析和判断，甚至得出错误的结论。因此，时钟同步是分布式采集系统正常运作的必要前提。 目前国内外时钟同步领域常用的技术有GPS授时技术，锁相环技术和IRIG-B 码等。GPS授时技术虽然精度高，抗干扰性强，但是由于需要专用的GPS接收机，若单纯使用GPS 授时技术做时钟同步，就需要在每个采集点安装接收机，成本较高。锁相环是一种让输出信号在频率和相位上与输入参考信号同步的技术，输出信号的时钟准确度和稳定性直接依赖于输入参考信号。IRIG-B 码是一种信息量大，适合传输的时间码，但是由于其时间精度低，不适合应用于高精度时钟同步的系统。基于上述分析，本文结合这三种常用技术，提出了一种基于FPGA的分布式采集系统时钟同步控制技术。该技术既保留了GPS 授时的高精确度和高稳定性，又具备IRIG-B时间码易传输和低成本的特性，为分布式采集系统中的时钟同步提供了一种新的解决方案。 本文中的设计采用了Ublox公司的精确授时GPS芯片LEA-5T，通过对GPS芯片串行时间信息解码，获得准确的UTC时间，并实现了分布式采集系统中各个采集设备的精确时间打码。为了能够使整个分布式采集系统具有统一的高精度数据采集时钟，本论文采用了数模混合的锁相环技术，将GPS 接收芯片输出的高精度秒信号作为参考基准，生成了与秒信号高精度同步的100MHZ 高频时钟。本文在FPGA 中完成了IRIG-B 码的编码部分，将B 码的准时标志与GPS 秒信号同步，提高了IRIG-B 码的时间精度。在分布式采集系统中，IRIG-B时间码能直接通过串口或光纤将各个采集点时间与UTC时间统一，节约了各点布设GPS 接收机的高昂成本。最后，通过PC104总线对时钟同步控制卡进行了数据读取和测试，通过实验结果的分析，提出了改进方案。实验表明，改进后的时钟同步控制方案具有很高的时钟同步精度，对时钟同步技术有着重大的推进意义！
上传时间： 2013-08-05
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随着敌对人为干扰的日益增多和电磁环境的日益恶劣，抗干扰逐渐成为卫星导航接收机的必备能力之一。传统的单天线多延迟系统仅从时域抗干扰，抑制干扰能力有限。利用阵列天线，增加空域自由度，通过空域—时域级联或空时联合处理能够显著增强导航信号接收机的抗干扰性能。多个天线以不同的方式放置，即不同的阵形，会使得导航接收机具有不同的空域抗干扰性能。针对多种阵形对空域抗干扰性能的影响差异，开展了基于L阵、十字阵、均匀圆阵和带圆心圆阵的自适应抗干扰性能研究，分析了导致差异的原因，通过对比仿真，发现带圆心的圆阵具有所选阵形中最优的输出信干噪比，进一步推广到空时自适应抗干扰，也具有同样的结论。结合工程实现，基于FPGA完成空时抗干扰硬件模块设计，用Matlab产生的量化数据作为激励，对硬件模块的输出结果进行分析，与非自适应空时波束形成结果相比，实验验证了模块的有效性；与Matlab仿真处理的结果相比，验证了模块的正确性。多种阵形自适应抗干扰性能差异的研究对于一定孔径和阵元个数条件下的阵列布阵具有一定的参考价值，空时抗干扰硬件模块是抗干扰系统的核心，所做工作对工程实现具有一定的借鉴意义。
上传时间： 2013-05-28
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互联网、移动通信、星基导航是21世纪信息社会的三大支柱产业，而GPS系统的技术水平和发展历程代表着全世界卫星导航系统的发展状况。目前，我国已经成为GPS的使用大国，卫星导航产业链也已基本形成。然而，我们对GPS核心技术的研究还不够深入，我国GPS产品的核心部分多数还是靠进口。 GPS接收机工作时，为了将本地信号和接收到的信号同步，要完成复杂的信号处理过程。其中，如何捕获卫星信号并保持对信号的跟踪是最重要的核心技术。很多研究者提出了多种解决方法，但这些方法多数都只停留在理论阶段，无法应用于GPS接收机系统进行实时处理。 本课题在分析了多种现有算法的基础上，研究设计了基于FPGA的GPS信号捕获与跟踪系统。在研究过程中，首先利用Nemerix公司的GPS芯片组设计制作了GPS接收机模块，它能正常稳定地工作，并可用作GPS基带信号处理的研究平台；该平台可实时地输出GPS数字中频信号；本课题在中频信号的基础上深入研究了GPS信号的捕获与跟踪技术。先详细分析比较了几种GPS信号捕获方法，给出了步进相关的捕获方案；接着分析了跟踪环路的特点，给出了锁频环和锁相环交替工作跟踪载波以及载波辅助伪码的跟踪方案，并最终实现了这些方案。 本课题设计的GPS信号捕获与跟踪处理系统是通过硬件和软件协同工作的方式实现的。硬件电路主要实现数据速率高、逻辑简单的相关器功能；而基于MicroBlaze软处理器的软件主要实现数据速率低、逻辑复杂的功能。本文给出了硬件电路的详细设计、仿真结果以及软件设计的详细流程。 本课题最终在FPGA上实现了GPS信号的捕获与跟踪功能，而且系统的性能良好。由此可以得出结论：本设计能够满足系统功能和性能的要求，可以直接用于实时GPS接收机系统的设计中，为自主设计GPS接收机奠定了基础。 本课题的研究得到了大连市信息产业局集成电路设计专项的资助，项目名称是“定位与通信集成功能的SOC设计”，研究成果将在2008年上半年投入试用。
上传时间： 2013-04-24
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多媒体正在使我们的生活变得越来越丰富多彩。报纸，相片，CD机，电视，电影已经被PC机很好地整合到了一起，而互联网又使得多媒体资源的交流成为可能。跨越网络时代、信息时代、多媒体时代，后PC时代的到来，呼唤新一代的多媒体系统，它体积更小，功能更全，界面更友好。本系统就是面向这一需求而设计的。 嵌入式多媒体系统除了具有播放音乐，视频，浏览图片，电子书的基本功能外，一些方案还集成了视频录制、数码相机、数码摄像机、FM收音机、卫星定位导航系统、掌上游戏机和移动电视等等各种附加功能以满足不同的市场需求。本课题开发一套具有音频、视频、图片和电子书等功能的嵌入式多媒体系统解决方案，硬件部分以ARM处理器S3C241O为核心，软件部分以Linux操作系统为核心进行开发，系统具有体积小，成本低等特点。 本论文按照硬件、固件、软件三个层面分析了基于ARM Linux的嵌入式多媒体系统的设计和实现。硬件部分分处理器和外围电路两部分进行介绍。固件部分包括引导加载程序vivi的移植，Linux 2.6内核的移植，配置Cramfs根文件系统，Linux设备驱动程序开发。软件部分对Linux应用开发作出了讨论，包括系统的功能模块和软件构架，重点是基于MiniGUI的图形界面设计。在论文的最后，分析了系统的优缺点，以及单片解决方案和多处理器方案的比较，并展望了嵌入式多媒体系统的发展方向。
上传时间： 2013-06-03
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扩频通信具有较强的抗干扰、抗侦查和抗衰落能力,可以实现码分多址,目前广泛应用于通信抗干扰、卫星通信、导航、保密通信、测距和定位等各个方面。另外,随着集成电路技术的飞速发展,数字接收机和软件无线电也已经是现代通信研究的一个热点。 本文正是顺应这种发展趋势,在某工程项目的通信分系统中建立CDMA直接序列扩频通信系统。 本文作者承担了多点无线扩频通信系统的研究,建立了一个完整的仿真系统。提出了适合于本系统的实现算法,同时还建立了基于软件无线电平台的系统的全FPGA设计和实现,包括各个模块的测试和整个系统的联合测试。 文章的主要内容如下： 1.简述了扩频通信及软件无线电的发展及现状。 2. 对直扩系统的基本原理和系统中采用的相关关键技术进行了阐述。相关关键技术包括扩频码的研究和选取,扩频码同步的研究,包括捕获算法和跟踪算法的研究,以及自适应门限的研究。 3.详细讨论了该多点无线通信系统的设计与实现,提出了适合于本系统的算法。首先阐述了系统的总体设计方案和设计参数,接着分为物理层和链路层详细阐述了各个模块的设计与仿真,包括matlab仿真和modelsim仿真,文中给出了大量的仿真结果图。仿真结果证明算法的正确性,仿真性能也能满足系统设计的要求。 4.介绍了该多点无线通信系统的硬件平台与系统调试。首先介绍了系统的硬件平台和硬件框图,介绍了系统的相关器件及其配置,接着介绍了FPGA的开发流程、开发工具、设计原则及遇到的相关问题,最后介绍了系统的设计验证与性能分析,给出了系统的调试方案和调试结果。 本文所讨论的多点无线通信系统已经在某工程项目的通信分系统中实现。目前工作正常,性能良好,具有通用性、可移植性,有重要的理论及实用价值。
上传时间： 2013-04-24
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随着GPS(Global Positioning System)技术的不断发展和成熟，其全球性、全天候、低成本等特点使得GPS接收机的用户数量大幅度增加，应用领域越来越广。但由于定位过程中各种误差源的存在，单机定位精度受到影响。目前常从两个方面考虑减小误差提高精度：①用高精度相位天线、差分技术等通过提高硬件成本获取高精度；②针对误差源用滤波算法从软件方面实现精度提高。两种方法中，后者相对于前者在满足精度要求的前提下节约成本，而且便于系统融合，是应用于GPS定位的系统中更有前景的方法。但由于在系统中实现定位滤波算法需要时间，传统CPU往往不能满足实时性的要求，而FPGA以其快速并行计算越来越受到青睐。 本文在FPGA平台上，根据“先时序后电路”的设计思想，由同步没计方法以及自顶向下和自下而上的混合设计方法实现系统的总体设计。从GPS-OEM板输出的定位信息的接收到定位结果的坐标变换，最终到kalman滤波递推计算减小定位误差，实现实时、快速、高精度的GPS定位信息采集处理系统，为GPS定位数据的处理方法做了新的尝试，为基于FPGA的GPS嵌入式系统的开发奠定了基础。具体工作如下： 基于FPGA设计了GPS定位数据的正确接收和显示，以及经纬度到平面坐标的投影变换。根掘GPS输出信息标准和格式，通过串口接收模块实现串口数掘的接收和经纬度信息提取，并通过LCD实时显示。在提取信息的同时将数据格式由ASCⅡ码转变为十进制整数型，实现利用移位和加法运算达到代替乘法运算的效果，从而减少资源的利用率。在坐标转换过程中，利用查找表的方法查找转化时需要的各个参数值，并将该参数先转为双精度浮点小数，再进行坐标转换。根据高斯转化公式的规律将公式简化成只涉及加法和乘法运算，以此简化公式运算量，达到节省资源的目的。 卡尔曼滤波器的实现。首先分析了影响定位精度的各种误差因素，将各种误差因素视为一阶马尔科夫过程的总误差，建立了系统状态方程、观测方程和滤波方程，并基于分散滤波的思想进行卡尔曼滤波设计，并通过Matlab进行仿真。结果表明，本文设计的卡尔曼滤波器收敛性好，定位精度高、估计误差小。在仿真基础上，实现基于FPGA的卡尔曼滤波计算。在满足实时性的基础上，通过IP核、模块的分时复用和树状结构节省资源，实现数据卡尔曼滤波，达到提高数据精度的效果。 设计中以Xilinx公司的Virtex-5系列的XC5VLX110-FF676为硬件平台，采用Verilog HDL硬件描述语言实现，利用Xilinx公司的ISE10.1工具布局布线，一共使用44438个逻辑资源，时钟频率达到100MHZ以上，满足实时性信号处理要求，在保证精度的前提下达到资源最优。Modelsim仿真验证了该设计的正确性。
上传时间： 2013-04-24
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在惯性导航系统中，捷联式惯性导航系统以其体积小、成本低和可靠性高等优点正逐步取代平台式惯性导航系统，成为惯性导航系统的发展趋势。 为了适应捷联惯性导航系统小型化、低成本和高性能的发展方向，本文设计了DSP...
上传时间： 2013-07-20
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在惯性导航系统中，捷联式惯性导航系统以其体积小、成本低和可靠性高等优点正逐步取代平台式惯性导航系统，成为惯性导航系统的发展趋势。 为了适应捷联惯性导航系统小型化、低成本和高性能的发展方向，本文设计了DSP与FPGA相结合的系统方案：系统采用MEMS器件和高性能A/D转换器构成惯性信号检测单元，FPGA进行I/O控制，DSP完成导航计算。方案综合考虑了系统成本、计算速度、精度、体积等各方面的因素，并通过GPS、磁航向计等信息融合进一步提高导航精度。 数据采集是捷联惯导系统设计的关键，本文数据采集由信号调理、A/D转换和。FPGA等几部分组成。其中，FPGA是整个数据采集部分的核心，其主要功能包括：实现了ADC控制逻辑和时序生成；配置了FIFO寄存器，缓冲了ADC与DSP之间的转换数据；扩展了UART串口，以实现系统的外部信息接口。在完成电路设计的基础上，对各功能模块进行了全面的半实物仿真，验证了系统方案及各主要功能模块的可行性。 论文简述了惯性导航系统的应用背景及发展状况，介绍了捷联惯导系统的基本原理，设计了基于DSP/FPGA的捷联惯导系统方案，实现了系统各部分硬件电路以及FPGA功能模块，并通过搭建硬件验证平台和利用第三方仿真软件，对传感器的性能以及FPGA各功能模块进行了较全面的验证和仿真。结果表明：基于DSP/FPGA的捷联惯导系统能够满足应用的要求，并在小型化、低成本和高性能等方面有一定的优势。
上传时间： 2013-04-24
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