文章开篇提出了开发背景。认为现在所广泛应用的开关电源都是基于传统的分立元件组成的。它的特点是频率范围窄、电力小、功能少、器件多、成本较高、精度低，对不同的客户要求来“量身定做”不同的产品，同时几乎没有通用性和可移植性。在电子技术飞速发展的今天，这种传统的模拟开关电源已经很难跟上时代的发展步伐。 随着DSP、ASIC等电子器件的小型化、高速化，开关电源的控制部分正在向数字化方向发展。由于数字化，使开关电源的控制部分的智能化、零件的共通化、电源的动作状态的远距离监测成为了可能，同时由于它的智能化、零件的共通化使得它能够灵活地应对不同客户的需求，这就降低了开发周期和成本。依靠现代数字化控制和数字信号处理新技术，数字化开关电源有着广阔的发展空间。 在数字化领域的今天，最后一个没有数字化的堡垒就是电源领域。近年来，数字电源的研究势头与日俱增，成果也越来越多。虽然目前中国制造的开关电源占了世界市场的80％以上，但都是传统的比较低端的模拟电源。高端市场上几乎没有我们份额。 本论文研究的主要内容是在传统开关电源模拟调节器的基础上，提出了一种新的数字化调节器方案，即基于DSP和FPGA的数字化PID调节器。论文对系统方案和电路进行了较为具体的设计，并通过测试取得了预期结果。测试证明该方案能够适合本行业时代发展的步伐，使系统电路更简单，精度更高，通用性更强。同时该方案也可用于相关领域。 本文首先分析了国内外开关电源发展的现状，以及研究数字化开关电源的意义。然后提出了数字化开关电源的总体设计框图和实现方案，并与传统的开关电源做了较为详细的比较。本论文的设计方案是采用DSP技术和FPGA技术来做数字化PID调节，通过数字化PID算法产生PWM波来控制斩波器，控制主回路。从而取代传统的模拟PID调节器，使电路更简单，精度更高，通用性更强。传统的模拟开关电源是将电流电压反馈信号做PID调节后--分立元器件构成，采用专用脉宽调制芯片实现PWM控制。电流反馈信号来自主回路的电流取样，电压反馈信号来自主回路的电压采样。再将这两个信号分别送至电流调节器和电压调节器的反相输入端，用来实现闭环控制。同时用来保证系统的稳定性及实现系统的过流过压保护、电流和电压值的显示。电压、电流的给定信号则由单片机或电位器提供。再次，文章对各个模块从理论和实际的上都做了仔细的分析和设计，并给出了具体的电路图，同时写出了软件流程图以及设计中应该注意的地方。整个系统由DSP板和ADC板组成。DSP板完成PWM生成、PID运算、环境开关量检测、环境开关量生成以及本地控制。ADC板主要完成前馈电压信号采集、负载电压信号采集、负载电流信号采集、以及对信号的一阶数字低通滤波。由于整个系统是闭环控制系统，要求采样速率相当高。本系统采用FPGA来控制ADC，这样就避免了高速采样占用系统资源的问题，减轻了DSP的负担。DSP可以将读到的ADC信号做PID调节，从而产生PWM波来控制逆变桥的开关速率，从而达到闭环控制的目的。 最后，对数字化开关电源和模拟开关电源做了对比测试，得出了预期结论。同时也提出了一些需要改进的地方，认为该方案在其他相关行业中可以广泛地应用。模拟控制电路因为使用许多零件而需要很大空间，这些零件的参数值还会随着使用时间、温度和其它环境条件的改变而变动并对系统稳定性和响应能力造成负面影响。数字电源则刚好相反，同时数字控制还能让硬件频繁重复使用、加快上市时间以及减少开发成本与风险。在当前对产品要求体积小、智能化、共通化、精度高和稳定度好等前提条件下，数字化开关电源有着广阔的发展空间。本系统来基本上达到了设计要求。能够满足较高精度的设计要求。但对于高精度数字化电源，系统还有值得改进的地方，比如改进主控器，提高参考电压的精度，提高采样器件的精度等，都可以提高系统的精度。 本系统涉及电子、通信和测控等技术领域，将数字PID算法与电力电子技术、通信技术等有机地结合了起来。本系统的设计方案不仅可以用在电源控制器上，只要是相关的领域都可以采用。
上传时间： 2013-06-21
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频率合成技术广泛应用于通信、航空航天、仪器仪表等领域。目前，常用的频率合成技术有直接式频率合成、锁相频率合成和直接数字频率合成(DDS)。DDS系统可以很方便地获得频率分辨率很精细且相位连续的信号，也可以通过改变相位字改变信号的相位，因此也广泛用于数字通信领域。 本论文是利用FPGA完成一个DDS系统。DDS是把一系列数字量形式的信号通过D/A转换形成模拟量形式的信号的合成技术。主要是利用高速存储器作查寻表，然后通过高速D/A转换器产生已经用数字形式存入的正弦波(或其他任意波形)。一个典型的DDS系统应包括：相位累加器，可在时钟的控制下完成相位的累加(一般由ROM实现)；DA转换电路，将数字形式的幅度码转换成模拟信号。 本文根据设计指标，进行了DDS系统分析和设计，包括DDS系统框图的设计，相位控制字和频率控字的设计，以及软件和硬件设计，重点在于利用FPGA改进设计，包括控制系统(频率控制器和初始相位控制器)，寻址系统(相位累加器和数据存储器)，以及转换系统(D/A转换器和滤波器)的设计。介绍了利用现场可编程逻辑门阵列(FPGA)实现数控振荡器(DNO，即DDS)的原理、电路结构，重点介绍了DDS技术在FPGA中的实现方法，给出了采用ALTERA公司的FIEX1OK系列FPGA芯片EPF10K20TC144-4芯片进行直接数字频率合成的VHDL源程序。
上传时间： 2013-04-24
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现代家庭中单相供电的用电设备如电脑、电视机、冰箱等都具有非线性特性，都会产生谐波污染电网。本文针对这一现象研究了单相并联电压型有源电力滤波器（APF），设计了一个APF控制系统来产生与谐波电流大小相等方向相反的补偿电流，并使补偿电流实时地跟踪谐波电流，从而消除谐波电流达到净化电网。 本文对提出的APF控制系统从模拟和数字两个方面进行了深入的研究。 首先，设计了APF的主电路结构，确定了系统中电感电容等元件参数，并根据仿真结果系统地分析了参数变化对系统补偿效果的影响，然后根据补偿效果选择最佳的参数值。 其次，针对控制系统要求，选用适合系统的电流电压PI双环控制系统，通过参数优化后得到了控制器的最优参数，使控制效果达到最优。并从理论上详细分析了无差拍控制算法。 最后，利用滞环比较原理制作了10KHz的三角波发生器，用于PWM调制电路。在对硬件描述语言以及FPGA设计流程深入理解的基础上，利用Verilog语言实现了双环PI控制器和PWM发生电路的数字化，使得有源电力滤波器补偿精度提高，有更好的可修改性，可使用于很多不同的非线性负载。
上传时间： 2013-07-27
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数字语音通信是当前信息产业中发展最快、普及面最广的业务。语音信号压缩编码是数字语音信号处理的一个方面，它和通信领域联系最为密切。在现有的语音编码中，美国联邦标准混合激励线性预测（MELP—Mixed Excited Linear Prediction）算法在2．4kb/s的码率下取得了较好的语音质量，具有广阔的应用前景。 FPGA作为一种快速、高效的硬件平台在数字信号处理和通信领域具有着独特的优势。现代大容量、高速度的FPGA一般都内嵌有可配置的高速RAM、PLL、LVDS、LVTTL以及硬件乘法累加器等DSP模块。用FPGA来实现数字信号处理可以很好地解决并行性和速度问题，而且其灵活的可配置特性，使得FPGA构成的DSP系统非常易于修改、测试及硬件升级。 本论文阐述了一种基于FPGA的混合激励线性预测声码器的研究与设计。首先介绍了语音编码研究的发展状况以及低速率语音编码研究的意义，接着在对MELP算法进行深入分析的基础上，提出了利用DSP Builder在Matlab中建模的思路及实现过程，最后本文把重点放在MELP声码器的编解码器设计上，利用DSP Builder、QuartusⅡ分别设计了其中的滤波器、分帧加窗处理、线性预测分析等关键模块。 在Simulink环境下运用SignalCompiler对编解码系统进行功能仿真，为了便于仿真，系统中没有设计的模块在Simulink中用数学模型代替，仿真结果表明，合成语音信号与原始信号很好的拟合，系统编解码后语音质量基本良好。
上传时间： 2013-06-02
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信号发生器是控制系统的重要组成部分。研制出较高精度、可靠性、可调参数的数字量信号发生器，对于促进我国航空、航天、国防以及工业自动化等领域的发展均有重要意义。本文以直接频率合成和伪随机码的设计与实现为中心，对扩频通信的基本理论、信号源的结构、载波调制等问题进行了深入的分析和研究，并给出了模块的硬件实现方案。 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。论文介绍了FPGA技术的发展和应用，包括VHDL语言的基本语法结构和FPGA器件的开发设计流程等等。详细地分析了各类频率合成器的基础上提出采用直接数字式频率合成原理(DDS)实现低相位噪声、高分辨率、高精度和高稳定度的信号源。研究了测距伪随机码的原理，确定选用移位序列作为系统的扩频码序列，并选取了符合本系统使用的移位序列扩频码。分别给出并分析了相应的FPGA硬件实现电路。 对于载波调制这一关键技术，提出了采用二进制相移键控相位选择法并相应作了硬件实现。最后给出具体设计实现了的信号发生器的输出波形。经实验室测试，设计的信号发生器满足要求，且结构简单、工作可靠、重量轻、体积小，具有良好的应用前景。
上传时间： 2013-04-24
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在雷达信号侦察中运用宽带数字接收技术是电子侦察的一个重要发展方向。数字信号处理由于其精度高、灵活性强、以及易于集成等特点而应用广泛。电子系统数字化的最大障碍是宽带高速A/D变换器的高速数据流与通用DSP处理能力的不匹配。而FPGA的广泛应用，为解决上述矛盾提供了一种有效的方法。 本文利用FPGA技术，设计了具备高速信号处理能力的宽带数字接收机平台，并提出了数字接收机实现的可行性方法，以及对这些方法的验证。具体来说就是如何利用单片的FPGA实现对雷达信号并行地实时检测和参数估计。所做工作主要分为两大部分： 1、适合于FPGA硬件实现的算法的确定及仿真：对A/D采样信号采用自相关累加算法进行信号检测，利用信号的相关性和噪声的独立性提高信噪比，通过给出检测门限来估计信号的起止点。对于常规信号的频率估计，采用Rife算法。通过Matlab仿真，表明上述算法在运算量和精度方面均有良好性能，适合用作FPGA硬件实现。 2、算法的FPGA硬件实现：针对原算法中极大消耗运算量的相关运算，考虑到FPGA并行处理的特点，将原算法修改为并行相关算法，并加入流水线，这样处理极大地提高了系统的数据吞吐率。采用Xilinx公司的Virtex-4系列中的XC4VSX55芯片作为开发平台完成设计，系统测试结果表明，本设计能正常工作，满足系统设计要求。 文章的最后，结合系统设计给出几种VHDL优化方法，主要围绕系统的速度、结构和面积等问题展开讨论。
上传时间： 2013-06-25
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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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在卫星通信、移动通信技术快速发展的今天，短波这一最古老和传统的通信方式不仅没有被淘汰，还在快速发展。其通信距离远、设备简单以及移动方便等优点被广泛应用于无线通信领域。 数字调制技术作为通信领域中极为重要的一个方面，也得到了迅速发展。全数字调制解调技术的使用使各类现代调制解调技术融合一体，目前国内多速率/多制式调制解调大多基于通用．DSP实现，支持的速率比较低。由于运算量大和硬件参数的限制，采用通用DSP无法胜任高速率调制解调的任务。现代FPGA可以提供支持以低系统丌销、低成本实现高速乘．累加超前进位链的DSP算法。本文采用理论与实践相结合的方式研究基于FPGA技术来实现短波数字信号的调制解调。通过对具体的FPGA系统设计与调试，将理论应用到实际中。 本文通过具体的EPlC60240C8芯片作为处理器的FPGA实验板，研究了短波数字信号调制解调的设计与丌发过程。分析了现代通信的各种调制方式．误码率。得出了不同的调制方式的优劣性。最后重点提出了QPSK的调制解调方法。给出了Qf'SK的调制解调框图、QPSK的SystemView系统仿真、VHDL程序进行调制解调，在OUARTUS上进行仿真。然后设计AD/DA输入输出电路，对短波数字信号进行调制解调。通过设计的AD/DA电路输入短波数字信号进行调制解调，然后输出原始的模拟信号。文中还对比了其他的调制解调方式，通过对比，发现不同的调制解调方式对短波信号的影响。最后，通过比较FPGA与DSP在处理高速率、大容量的数字信号，得出不同的结论。展示了FPGA在这方面的优越性。
上传时间： 2013-06-05
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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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数字存储示波器（DSO）上世纪八十年代开始出现，由于当时它的带宽和分辨率较低，实时性较差，没有具备模拟示波器的某些特点，因此并没有受到人们的重视。随着数字电路、大规模集成电路及微处理器技术的发展，尤其是高速模/数（A/D）转换器及半导体存储器（RAM）的发展，数字存储示波器的采样速率和实时性能得到了很大的提高，在工程测量中，越来越多的工程师用DSO来替代模拟示波器。 本文介绍了一款双通道采样速率达1GHz，分辨率为8Bits，实时带宽为200MHz数字存储示波器的研制。通过对具体功能和技术指标的分析，提出了FPGA＋ARM架构的技术方案。然后，本文分模块详细叙述了整机系统中部分模块，包括前端高速A/D转换器和FPGA的硬件模块设计，数据处理模块软件的设计，以及DSO的GPIB扩展接口逻辑模块的设计。 本文在分析了传统DSO架构的基础上，提出了本系统的设计思想和实现方案。在高速A/D选择上，国家半导体公司2005年推出的双通道采样速率达500MHz高速A/D转换器芯片ADC08D500，利用其双边沿采样模式（DES）实现对单通道1GHz的采样速率，并且用Xilinx公司Spraten-3E系列FPGA作为数据缓冲单元和存储单元，提高了系统的集成度和稳定性。其中，FPGA缓冲单元完成对不同时基情况下多通道数据的抽取，处理单元完成对数据正弦内插的计算，而DSO中其余数据处理功能包括数字滤波和FFT设计在后端的ARM内完成。DSO中常用的GPIB接口放在FPGA内集成，不仅充分利用了FPGA内丰富的逻辑资源，而且降低了整机成本，也减少了电路规模。 最后，利用ChipscopePro工具对采样系统进行调试，并分析了数据中的坏数据产生的原因，提出了解决方案, 并给出了FPGA接收高速A/D的正确数据。
上传时间： 2013-07-07
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