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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本文以研究嵌入式微处理器为主,自主地设计了能够运行MCS-51系列单片机指令的MCU系统。系统采用了VHDL 语言与原理框图的综合设计方法,并且在Altera公司的FPGA上通过验证。论文深入地研究了微处理器的指令系统和数据地址通路,采用VHDL 语言完成了取指单元,指令译码器单元,存储器单元和逻辑运算单元的电路模块的设计与实现;研究了控制单元的实现方法和基于全局状态机的设计理论,采用硬件描述语言完成了对各个控制线的相关设计与实现。论文通过原理示意图和示例代码的演示,着重介绍了指令译码器的实现方式,基于此种方式形成的译码电路还能够实现更为复杂的CISC指令。 本系统采用分模块的设计方式,把具有相同功能的逻辑电路集中到一个框图里,使得系统的可移植性大大地提高。系统还采用层次框图的设计方式,把明显地具有主从关系的电路放在不同的层次里,这也使得系统模块功能的可扩展性大大地增强。内部逻辑共分为数据存储器模块;程序存储器模块;时序控制模块;特殊功能寄存器模块和Core核心模块这五个部分,文中对各个模块的设计作了详细的介绍。本文在最后对已实现的部分典型指令进行了逻辑仿真测试,测试结果表明,本文所设计的MCU系统能够如预期地执行相应的指令。在指令执行的过程中,相应寄存器和总线上的值也均符合设计要求,实现了设计目标。
上传时间: 2013-05-20
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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频率合成、锁相频率合成和直接数字频率合成(DDS)等。其中DDS是一种新的频率合成方法,是频率合成的一次革命。全数字化的DDS技术由于具有频率分辨率高、频率切换速度快、相位噪声低和频率稳定度高等优点而成为现代频率合成技术中的佼佼者。随着数字集成电路、微电子技术和EDA技术的深入研究,DDS技术得到了飞速的发展。 DDS是把一系列数字量化形式的信号通过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转换产生已经用数字形式存入的正弦波(或其它任意波形)。一个典型的DDS系统应包括以下三个部分:相位累加器可以时钟的控制下完成相位的累加;相位一幅度码转换电路一般由ROM实现;D/A转换电路,将数字形式的幅度码转换成模拟信号。 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FPGA来实现一个DDS系统,该DDS系统的硬件结构是以FPGA为核心实现的,使用Altera公司的Cyclone系列FPGA。 文章首先介绍了频率合成器的发展,阐述了基于FPGA实现DDS技术的意义;然后介绍了DDS的基本理论;接着介绍了FPGA的基础知识如结构特点、开发流程、使用工具等;随后介绍了利用FPGA实现直接数字频率合成(DDS)的原理、电路结构、优化方法等。重点介绍DDS技术在FPGA中的实现方法,给出了部分VHDL源程序。采用该方法设计的DDS系统可以很容易地嵌入到其他系统中而不用外接专用DDS芯片,具有高性能、高性价比,电路结构简单等特点;接着对输出信号频谱进行了分析,特别是对信号的相位截断误差和幅度量化误差进行了详细的讨论,由此得出了改善系统性能的几种方法;最后给出硬件实物照片和测试结果,并对此作了一定的分析。
上传时间: 2013-07-05
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温度是生活中最基本的环境参数。温度的监测与控制,对于生物生存生长,工业生产发展都有着非同一般的意义。温度传感器的应用涉及机械制造、工业过程控制、汽车电子产品、消费电子产品和专用设备等各个领域。传统的常用温度传感器有热电偶、电阻温度计RTD和NTC热敏电阻等。但信号调理,模数转换及恒温器等功能全都会增加成本。现代集成温度传感器通常包含这些功能,并以其低廉的价格迅速地占据了市场。Dallas Semiconductor公司推出的数字式温度传感器DS1820采用数字化一线总线技术具有许多优异特性。其一,它将控制线、地址线、数据线合为一根导线,允许在同一根导线上挂接多个控制对象,形成多点一线总线测控系统。布线施工方便,成本低廉。其二,线路上传送的是数字信号,所受干扰和损耗小,性能好。本课题旨在分析和设计基于数字化一线总线技术的温度测控系统。本系统采用FPGA实现一个温度采集控制器,用于传感器和上位机的连接,并采用Microsoft公司的Visual C++作为开发平台,运用MSComm控件进行串口通信,进行命令的发送和接收。
上传时间: 2013-04-24
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TFT-LCD工作原理及Flicker等常见问题形成原因说明。
上传时间: 2013-07-12
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本课题完成了基于FPGA的数据采集器以及IIC总线的模数转换器部分、通讯部分的电路设计。其中FPGA采用Xilinx公司Spartan-Ⅱ系列的XC2S100芯片,在芯片中嵌入32位软处理器MicroBlaze;ⅡC总线的模数转换采用Microchip公司的MCP3221芯片,通讯部分则在FPGA片内用VHDL语言实现。通过上述设计实现了“准单片化”的模拟量和数字量的数据采集和处理。 所设计的数据采集器可以和结构类似的上位机通讯,本课题完成了在上位机中用VHDL语言实现的通信电路模块。通过上述两部分工作,将微处理器、数据存储器、程序存储器等数字逻辑电路均集成在同一个FPGA内部,形成一个可编程的片上系统。FPGA片外仅为模拟器件和开关量驱动芯片。FPGA内部的硬件电路采用VHDL语言编写;MCU软核工作所需要的程序采用C语言编写。多台数据采集器与服务器构成数据采集系统。服务器端软件用VB开发,既可以将实时采集的数据以数字方式显示,也可以用更加直观的曲线方式显示。 由于数据采集器是所有自控类系统所必需的电路模块,所以一个通用的片上系统设计可以解决各类系统的应用问题,达到“设计复用”(DesignReuse)的目的。采用基于FPGA的SOPC设计的更加突出的优点是不必更换芯片就可以实现设计的改进和升级,同时也可以降低成本和提高可靠性。
上传时间: 2013-07-12
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当前,在系统级互连设计中高速串行I/O技术迅速取代传统的并行I/O技术正成为业界趋势。人们已经意识到串行I/O“潮流”是不可避免的,因为在高于1Gbps的速度下,并行I/O方案已经达到了物理极限,不能再提供可靠和经济的信号同步方法。基于串行I/O的设计带来许多传统并行方法所无法提供的优点,包括:更少的器件引脚、更低的电路板空间要求、减少印刷电路板(PCB)层数、PCB布局布线更容易、接头更小、EMI更少,而且抵抗噪声的能力也更好。高速串行I/O技术正被越来越广泛地应用于各种系统设计中,包括PC、消费电子、海量存储、服务器、通信网络、工业计算和控制、测试设备等。迄今业界已经发展出了多种串行系统接口标准,如PCI Express、串行RapidIO、InfiniBand、千兆以太网、10G以太网XAUI、串行ATA等等。 Aurora协议是为私有上层协议或标准上层协议提供透明接口的串行互连协议,它允许任何数据分组通过Aurora协议封装并在芯片间、电路板间甚至机箱间传输。Aurora链路层协议在物理层采用千兆位串行技术,每物理通道的传输波特率可从622Mbps扩展到3.125Gbps。Aurora还可将1至16个物理通道绑定在一起形成一个虚拟链路。16个通道绑定而成的虚拟链路可提供50Gbps的传输波特率和最大40Gbps的全双工数据传输速率。Aurora可优化支持范围广泛的应用,如太位级路由器和交换机、远程接入交换机、HDTV广播系统、分布式服务器和存储子系统等需要极高数据传输速率的应用。 传统的标准背板如VME总线和CompactPCI总线都是采用并行总线方式。然而对带宽需求的不断增加使新兴的高速串行总线背板正在逐渐取代传统的并行总线背板。现在,高速串行背板速率普遍从622Mbps到3.125Gbps,甚至超过10Gbps。AdvancedTCA(先进电信计算架构)正是在这种背景下作为新一代的标准背板平台被提出并得到快速的发展。它由PCI工业计算机制造商协会(PICMG)开发,其主要目的是定义一种开放的通信和计算架构,使它们能被方便而迅速地集成,满足高性能系统业务的要求。ATCA作为标准串行总线结构,支持高速互联、不同背板拓扑、高信号密度、标准机械与电气特性、足够步线长度等特性,满足当前和未来高系统带宽的要求。 采用FPGA设计高速串行接口将为设计带来巨大的灵活性和可扩展能力。Xilinx Virtex-IIPro系列FPGA芯片内置了最多24个RocketIO收发器,提供从622Mbps到3.125Gbps的数据速率并支持所有新兴的高速串行I/O接口标准。结合其强大的逻辑处理能力、丰富的IP核心支持和内置PowerPC处理器,为企业从并行连接向串行连接的过渡提供了一个理想的连接平台。 本文论述了采用Xilinx Virtex-IIPro FPGA设计传输速率为2.5Gbps的高速串行背板接口,该背板接口完全符合PICMG3.0规范。本文对串行高速通道技术的发展背景、现状及应用进行了简要的介绍和分析,详细分析了所涉及到的主要技术包括线路编解码、控制字符、逗点检测、扰码、时钟校正、通道绑定、预加重等。同时对AdvancedTCA规范以及Aurora链路层协议进行了分析, 并在此基础上给出了FPGA的设计方法。最后介绍了基于Virtex-IIPro FPGA的ATCA接口板和MultiBERT设计工具,可在标准ATCA机框内完成单通道速率为2.5Gbps的全网格互联。
上传时间: 2013-05-29
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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)。本次设计是利用FPGA完成一个DDS系统并利用该系统实现模拟信号的数字化调频。 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;相位码—幅度码转换电路,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。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调频和调相。本次数字化调频的基本思想是利用AD转换电路将模拟信号转换成数字信号,同时用该数字信号与一个固定的频率字累加,形成一个受模拟信号幅度控制的频率字,从而获得一个频率受模拟信号的幅度控制的正弦波,即实现了调频。该DDS数字化调频方案的硬件系统是以FPGA为核心实现的。使用Altera公司的ACEX1K系列FPGA,整个系统由VHDL语言编程,开发软件为MAX+PLUSⅡ。经过实际测试,该系统在频率较低时与理论值完全符合,但在高频时,受器件速度的限制,波形有较大的失真。
上传时间: 2013-06-14
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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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随着图像处理和模式识别技术的进步,基于生物特征的识别技术成为蓬勃发展的高技术之一,根据IBG(InternationalBiometricGroup)组织对生物特征市场的统计和预测,该领域的收入的年增长率30-50%,到2008年,全球总收入将达到46.39亿美元。而基于指纹特征的识别技术由于其独特的可靠性,稳定性,方便快捷的特点,恰好符合了市场的需求。目前指纹识别技术是生物识别领域中应用最广泛的识别技术,也是研究与应用的一个热点。 SOPC片上可编程系统和嵌入式系统是当前电子设计领域中最热门的概念。NiosⅡ是Altera公司开发的一种采用流水线技术、单指令流的RISC嵌入式处理器软核,可以将它嵌入FPGA内部,与用户自定义逻辑结合构成一个基于FPGA的片上系统。与嵌入式硬核相比较,嵌入式软核具有更大的灵活性。而FPGA的高速性、恰恰满足了指纹识别系统对速度的要求。 本文对指纹识别技术中各个环节的算法进行了较为深入的研究,结合NiosⅡ嵌入式处理器的特点,对算法进行了合理的选择与优化,形成了一套完整的指纹识别算法,并提出了一种基于FPGA的指纹识别系统硬件设计方案。 论文的内容主要包括以下几个方面: 1、对指纹图像预处理、后处理和匹配算法进行了改进,提高了算法的性能;设计了一种适用于快速匹配的指纹特征数据结构;提出了一套基于特征点匹配的指纹识别算法。实验结果表明该算法速度快、误识率较低、可靠性较高,可以满足实用的要求。 2、本着增加系统集成度、减小系统体积、提高便携性、降低功耗和成本,同时提升系统的性能的原则,使用Altera公司提供的外围设备IP核配合NiosⅡ处理器软核搭建了一个单片嵌入式系统,然后以内嵌NiosⅡ软核的FPGA和FPS200指纹采集器为核心芯片,外配片外RAM和Flash存储器以及小键盘和LCD显示屏等器件,设计了一个便携式指纹识别系统,提出了一套基于FPGA的硬件设计方案。 3、利用NiosⅡ开发板对硬件设计方案进行了初步的验证,实现了指纹采集芯片FPS200与FPGA的接口,并进行了算法的移植。 实验结果表明本文所提出的系统设计方案是可行的。基于FPGA的自动指纹识别系统在速度、功耗、体积、扩展性方面有着独特的优势,具有广阔的发展空间。最后提出了对这一设计继续改进的思路和下一步研究的内容。
上传时间: 2013-06-07
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