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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高性能ADC产品的出现，给混合信号测试领域带来前所未有的挑战。并行ADC测试方案实现了多个ADC测试过程的并行化和实时化，减少了单个ADC的平均测试时间，从而降低ADC测试成本。本文实现了基于FPGA的ADC并行测试方法。在阅读相关文献的基础上，总结了常用ADC参数测试方法和测试流程。使用FPGA实现时域参数评估算法和频域参数评估算法，并对2个ADC在不同样本数条件下进行并行测试。 本研究通过在FPGA内部实现ADC测试时域算法和频域算法相结合的方法来搭建测试系统，完成了音频编解码器WM8731L的控制模式接口、音频数据接口、ADC测试时域算法和频域算法的FPGA实现。整个测试系统使用Angilent33220A任意信号发生器提供模拟激励信号，共用一个FPGA内部实现的采样时钟控制模块。并行测试系统将WM8731.L片内的两个独立ADC的串行输出数据分流成左右两通道，并对其进行串并转换。然后对左右两个通道分别配置一个FFT算法模块和时域算法模块，并行地实现了ADC参数的评估算法。在样本数分别为128和4096的实验条件下，对WM8731L片内2个被测.ADC并行地进行参数评估，被测参数包括增益GAIN、偏移量OFFSET、信噪比SNR、信号与噪声谐波失真比SINAD、总谐波失真THD等5个常用参数。实验结果表明，通过在FPGA内配置2个独立的参数计算模块，可并行地实现对2个相同ADC的参数评估，减小单个ADC的平均测试时间。FPGA片内实时评估算法的实现节省了测试样本传输至自动测试机PC端的时间。而且只需将HDL代码多次复制，就可实现多个被测ADC在同一时刻并行地被评估，配置灵活。基于FPGA的ADC并行测试方法易于实现，具有可行性，但由于噪声的影响，测试精度有待进一步提高。该方法可用于自动测试机的混合信号选项卡或测试子系统。
上传时间： 2013-06-07
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近几年来，OFDM技术引起了人们的广泛注意，根据这项新技术，很多相关协议被提出来。其中WiMax代表空中接口满足IEEE802.16标准的宽带无线通信系统，IEEE标准在2004年定义了空中接口的物理层(PHY)，即802.16d协议。该协议规定数据传输采用突发模式，调制方式采用OFDM技术，传输速率较高且实现方便、成本低廉，已经成为首先推广应用的商业化标准。本文对IEEE802.16d OFDM系统物理层进行了研究，并在XILINX公司的Virtexpro II芯片上实现了基带算法。 ⑴探讨了OFDM基本原理及其关键技术。根据IEEE802.16d OFDM系统的物理层发送端流程搭建了基带仿真链路，利用MATLAB/SIMULINK仿真了OFDM系统在有无循环前缀(CP)、多径数目不同等情况下的性能变化。由于同步算法和信道估计算法计算量都很大，为了找到适合采用FPGA实现的算法，分析了同步误差和不同信道估计算法对接收信号的影响，并结合计算量的大小提出了一种新的联合同步算法，以及得出了LS信道估计算法最适合802.16d系统的结论。 ⑵完成了基带发射机和接收机的FPGA硬件电路实现。为了使系统的时钟频率更高，采用了流水线的结构。设计中采用编写Verilog程序和使用IP核相结合的办法，实现了新的联合同步算法，并且通过简化结构，避免了信道估计算法中的繁琐除法。利用ISE9.2i和Modelsim6.Oc软件平台对程序进行设计、综合和仿真，并将仿真结果和MATLAB软件计算结果相对比。结果表明，采用16位数据总线可达到理想的精度。 ⑶采用串口通信的方式对基带系统进行了验证。通过串口通信从功能上表明该系统确实可行。
上传时间： 2013-04-24
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PCI（Peripheral Component Interconnect）局部总线是微型计算机中处理器、存储器与外围控制部件、扩展卡之间的互连接口，由于其速度快、可靠性高、成本低、兼容性好等特点，在各种计算机总线标准占有重要地位，基于PCI标准的接口设计已经成为相关项目开发中的一个重要的选择。 目前，现场可编程门阵列FPGA（Field Programmable Gates）得到了广泛应用。由于其具有规模大，开发过程投资小，可反复编程，且支持软硬件协同设计等特点，因此已逐步成为复杂数字硬件电路设计的首选。 PCI接口的开发有多种方法，主要有两种：一是使用专用接口芯片，二是使用可编程逻辑器件，如FPGA。本论文基于成本和实际需要的考虑，采用第二种方法进行设计。 本论文采用自上而下（Top-To-Down）和模块化的设计方法，使用FPGA和硬件描述语言（VHDL和Verilog HDL）设计了一个PCI接口核，并通过自行设计的试验板对其进行验证。为使设计准确可靠，在具体模块的设计中广泛采用流水线技术和状态机的方法。 论文最终设计完成了一个33M32位的PCI主从接口，并把它作为以NIOSⅡ为核心的SOPC片内外设，与通用计算机成功进行了通讯。 论文对PCI接口进行了功能仿真，仿真结果和PCI协议的要求一致，表明本论文设计正确。把设计下载进FPGA芯片EP2C8Q208C7之后，论文给出了使用SIGNALTAPⅡ观察到的信号实际波形，波形显示PCI接口能够满足本设计中系统的需要。本文最后还给出试验板的具体设计步骤及驱动程序的安装。
上传时间： 2013-07-28
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随着科学技术水平的不断提高，数字集成电路被广泛应用。通用串行总线USB(Universal Serial Bus)是计算机与外围设备互连的标准接口之一，是一种点对点的通信接口，可同时支持多个外围设备。USB2.0规范的通信速率非常高，其峰值可达480Mbit/s，使得它已经成为目前最流行的外设接口标准。FPGA芯片是今后电子产品发展的趋势，带有USB接口的FPGA系统将有很好的市场需求和发展前景。 论文主要从研究FPGA的结构、Xilinx公司Spartan3F系列中的XC3S400的引脚功能、了解FPGA开发流程、熟悉USB2.0的通信协议以及驱动的一些基本知识入手，目的是完成带有USB接口的FPGA的PCB板的制作和FPGA内部程序的编写以及USB固件的开发。结合了Cypress公司的上位机，开发了基于USB接口的FPGA和PC机通信系统，能够进行数据传输。论文研究了Xilinx的3S400芯片的内部结构和各个引脚的功能，设计了关于Xilinx的3S400最小系统电路图，在Xilinx的FPGA的开发环境，编写了FPGA的代码。由于FPGA内嵌的USB2.0的内核价格昂贵，需要向生产FPGA的芯片厂商购买，因此论文选择了外接USB芯片，虽然增加了PCB板的面积，但其开发成本较低，且技术成熟，大多数USB通信研究者进行广泛研究。论文在详细介绍了USB2.0的通信协议，Cypress公司生产的CY7C68013芯片的结构，以及其固件的开发基础上，开发了基于FPGA的USB与PC机的通信系统，该通信系统可以和上位机进行点对点的数据传输，为大批量的数据通信产品的开发提供了研究和生产的基础。
上传时间： 2013-07-26
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生物医学信号是源于一个生物系统的一类信号，像心音、脑电、生物序列和基因以及神经活动等，这些信号通常含有与生物系统生理和结构状态相关的信息，它们对这些系统状态的研究和诊断具有很大的价值。信号拾取、采集和处理的正确与否直接影响到生物医学研究的准确性，如何有效地从强噪声背景中提取有用的生物医学信号是信号处理技术的重要问题。 设计自适应滤波器对带有工频干扰的生物医学信号进行滤波，从而消除工频干扰，获得最佳的滤波效果是本研究要解决的问题。生物医学信号具有信号弱、噪声强、频率范围较低、随机性强等特点。由于心电(electrocardiogram，ECG)信号的确定性、稳定性、规则性都比其他生物信号高，便于准确评估和检测滤波效果，本研究采用ECG信号作为原始的模板信号。 本研究将新的电子芯片技术与现代信号处理技术相结合，从过去单一的软件算法研究，转向软件与硬件结合，从而提高自适应速度和精度，而且可以使系统的开发周期缩短、成本降低、容易升级和变更。 采用现场可编程逻辑器件(Field Programmable Gate Array，FPGA)作为新的ECG快速提取算法的硬件载体，加快信号处理的速度。为了将ECG快速提取算法转换为常用的适合于FPGA芯片的定点数算法，研究中详细分析了定点数的量化效应对自适应噪声消除器的影响，以及对浮点数算法和定点数算法的复合自适应滤波器的各种参数的选择，如步长因子和字长选择。研究中以定点数算法中的步长因子和字长选择，作为FPGA设计的基础，利用串并结合的硬件结构实现自适应滤波器，并得到了预期的效果，准确提取改善后的ECG信号。 研究中，在MATLAB(Matrix Laboratry)软件的环境下模拟，选取带有50Hz工频干扰的不同信噪比的ECG原始信号，在浮点数情况下，原始信号通过采用最小均方LMS(LeastMean Squares)算法的浮点数自适应滤波器后，根据信噪比的改善和收敛速度，确定不同的最佳μ值，并在定点数情况下，在最佳μ值的情况下，原始信号通过采用LMs算法的定点数自适应滤波器后，根据信噪比的改善效果和采用硬件的经济性，确定最佳的定点数。并了解LMS算法中步长因子、定点数字长值对信号信噪比、收敛速度和硬件经济性的影响。从而得出针对含有工频干扰的不同信噪比的原始ECG，应该采用什么样的μ值和什么样的定点数才能对原始ECG的改善和以后的硬件实现取得最佳的效果，并根据所得到的数据和结果，在FPGA上实现自适应滤波器，使自适应滤波器能对带有工频干扰的ECG原始信号有最佳的滤波效果。
上传时间： 2013-04-24
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软件通信体系架构(SCA)可以实现一个具有开放性、标准化、模块化的通用软件无线电平台，从而使软件无线电平台的成本得到显著降低，应用灵活性得到极大增强。虽然SCA通过CORBA机制很好地解决了通用处理器设备波形组件的互连互通和可移植问题，但是这种机制不能很好地适用于FPGA这种专用处理器。随着FPGA处理性能的不断提升，它在SCA系统中的作用越来越突出。因此，如何在SCA系统中很好地集成FPGA波形，如何提高FPGA波形的可移植性就成为当前软件无线电研究领域中一个非常重要的研究课题。 论文首先通过对现有的旨在解决FPGA波形可移植性的协议和规范进行了研究，深入分析了它们的优缺点。接下来对MHAL规范、CP289协议、OCP接口规范中的方法加以融合和优化，提出了新的FPGA可移植波形结构。这个结构既为FPGA波形设计了标准的通信接口，又实现了波形应用的分离，同时还通过OCP接口实现了波形组件运行环境的标准化，真正实现了波形的可移植。 其次，论文根据提出的波形结构，结合CP289协议中的操作要求，在原本过于简单的MHAL消息格式的基础上进行了细化，同时具体给出了MHAL消息封装结构和MHAL消息解析结构的处理流程，实现了FPGA波形在SCA系统中的标准通信。论文通过对CP289协议的深入研究，结合实际工程应用，提出了具体化的容器结构，并进一步进行了容器中组件控制模块、互连模块和本地服务模块的设计，实现了波形应用的分离。论文以OCP规范为基础，依据CP289协议中对组件接口的约束，设计了几种典型的组件OCP接口，使得波形组件设计与系统实现相分离，并真正实现了波形运行环境的标准化。 最后，论文根据所设计的波形结构和组件接口设计了一个FPGA验证波形，通过波形的实现，证明FPGA波形组件可以像GPP波形组件一样可加载、可装配、可部署、可装配，验证了论文所设计的FPGA波形是与SCA兼容的。另外，通过对波形组件移植试验，验证了所设计的波形结构和组件接口能够为波形组件提供很好的可移植性。
上传时间： 2013-04-24
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随着图像采集系统的广泛应用，人们对CCD探测系统的要求日益提高。传统的CCD探测系统由于结构复杂，造价较高，己不能满足日益广泛的应用需要。本文设计了一套基于单片FPGA的小型化与经济化的CCD探测系统，能够满足空间光强的测量并实现光信号的识别和处理。 本文研究了CCD探测系统的基本结构。设计了基于单片FPGA的CCD探测系统的硬件电路原理图，完成了硬件电路板制作与调试。系统FPGA选用Altera公司的低成本FPGA芯片EP2C20Q240，电路板采用双层板设计，实现了CCD探测系统的小型化与经济化的目标。利用FPGA器件实现了CCD驱动时序脉冲的设计、实现了单采样与相关双采样的控制程序设计，利用FPGA的数字信号处理功能实现了相关双采样的信号处理。基于FPGA的可编程特性，在不改变外部电路的基础上，通过程序的改变，对CCD驱动频率、模数转换器采样时刻的选择进行方便调节。系统与上位机的数据传输接口采用了网络传输方案，充分发挥了网络传输的远距离传输、远程访问、信息共享等优势，系统采用基于FPGA的NiosⅡ嵌入式处理器系统，通过对其应用软件的开发，实现了系统与上位机之间数据的可靠性传输。
上传时间： 2013-08-06
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高精度的信号源是各种测试和实验过程中不可缺少的工具，在通信、雷达、测量、控制、教学等领域应用十分广泛。传统的频率合成方法设计的信号源在功能、精度、成本等方面均存在缺陷和不足，不能满足电子技术的发展要求，直接数字合成（Direct Digital Synthesis）DDS技术可以提供高性能、高频高精度的信号源，方便地获得分辨率高且相位连续的信号，基于FPGA的DDS技术提供了升级方便并且成本低廉的解决方案。 本文对DDS的基本原理和输出频谱特性进行理论分析，总结出杂散分布规律。同时以DDS的频谱分析为基础，给出了几种改善杂散的方法。本文结合相关文献资料采用傅立叶变换的方法对相位截断时DDS杂散信号的频谱特性进行了研究，得到了杂散分布的规律性结论，并应用在程序设计程中；DDS技术的实现依赖于高速、高性能的数字器件，本文将FPGA器件和DDS技术相结合，确定了FPGA器件的整体设计方案，详细说明了各个模块的功能和设计方法，并对其关键部分进行了优化设计，从而实现了波形发生器数字电路部分的功能。软件部分采用模块设计方法，十分方便调试。为了得到满足设计要求的模拟波形，本文还设计了幅度调节、D/A转换和低通滤波等外围硬件电路。 实验结果表明，本文设计的基于DDS技术的多波形信号源基本能够满足普通学生实验室的要求。
上传时间： 2013-06-11
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· 摘要： 本文利用了十六位SPCE061A单片机的强大的DSP功能,实现了特定发音人识别(Speaker Dependent)功能.结合大容量的FLASH存储器,成功地实现将语音播放与识别技术应用于智能家居控制系统中.另外,详细介绍了具有语音识别功能的新一代智能家居控制系统的硬件配置与软件流程,从而在实现系统功能的同时,将低成本、低功耗与友好人机界面有机结合起来.
上传时间： 2013-04-24
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