卫星导航定位系统可以为公路、铁路、空中和海上的交通运输工具提供导航定位服务。它能够军民两用,战略作用与商业利益并举。只要持有便携式接收机,则无论身处陆地、海上还是空中,都能收到卫星发出的特定信号。接收机选取至少四颗卫星发出的信号进行分析,就能确定接收机持有者的位置。 GPS导航定位接收机的理论基础即是扩频通信理论,扩频通信技术与常规的通信技术相比,具有低截获率,强抗噪声,抗干扰性,具有信息隐蔽和多址通信等特点,目前己从军事领域向民用领域迅速发展,成为进入信息时代的高新技术通信传输方式之一。扩频通信技术中,最常见的是直接序列扩频通信(DSSS)系统,本文所研究的就是这一类系统。 目前在卫星信号的捕获上一般使用两种方法:顺序捕获方法(时域法,基于大规模并行相关器)和并行捕获方法(频域法,基于FFT)。本文在第二章分别分析了现有顺序捕获和并行捕获技术的原理,并给出了它们的优缺点。 本文第三章对长码的直接捕获进行了深入的研究,基于对国内外相关文献中长码直捕方法的分析与对比,并且结合在实际过程中硬件资源需求的考虑,应用了基于分段补零循环相关和FFT搜索频偏的直捕方法。此方法大大减少了计算量,加快了信号捕获的速度。本方法利用FFT实现接收信号与本地长码的并行相关,同时完成频偏的搜索,将传统的二维搜索转换为并行的一维搜索,从而能快速实现长码捕获。 GPS信号十分微弱,灵敏度低,在战场环境下,GPS接收机会面临各种人为的干扰。如何从复杂的干扰信号中实现对GPS信号的捕获,即抗干扰技术的研究,是GPS也是本文研究一个的方面。第四章即研究了GPS接收机干扰抑制算法,在强干扰环境下,需要借助信号处理技术在不增加信号带宽的条件下提高系统的抗干扰能力,以保证后续捕获跟踪模块有充足的处理增益。 本文在第五章给出了GPS接收机长码捕获以及干扰抑制的FPGA实现方案,并对各主要子模块进行了详细地分析。基本型接收机中长码捕获采用频域方法,选用Altera StratixⅡ EP2S180芯片实现;抗干扰型接收机中选用Xilinx xc4vlx100芯片。实现了各模块的单独测试和整个系统的联调,通过联调验证,本文提出的长码直接捕获方法正确、可行。 本文提出的长码直捕方法可以在不需要C/A码辅助捕获下完成对长码的直接捕获,可以应用于GPS接收机,监测站接收机的同步等,对我国自主研发导航定位接收机也有重大的现实及经济意义。
上传时间: 2013-06-18
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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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本文介绍了一种基于现场可编程门阵列FPGA器件的电子密码锁的设计方法。重点阐述了红外遥控电子密码锁的整体架构设计;介绍了一种由PT2248作为发送器,MIM-R1AA 38KHZ红外一体化接收解调器作为接收器的红外遥控系统的构建方法;详细说明了如何运用EDA技术自顶向下的设计方法,来实现基于XILINX公司出品的Spartan-3E系列FPGA芯片的红外遥控解码、密码锁的解锁、密码修改、报警提示及液晶显示等功能。在分析红外遥控电子密码锁各功能模块时,本论文详细阐述了各模块的功能及外部接口信号,给出了各模块的仿真波形以及整个系统的测试流程和测试结果。本论文在介绍Spartan-3E系列FPGA芯片的特点和性能的同时,利用Spartan-3E系列的XC3S500芯片中的KCPSM3和自行设计完成的状态机控制器分别实现液晶显示控制器,通过比较分析得知KCPSM3实现的控制器,在对FPGA的资源利用方面更加合理,实现更加便捷。 本论文利用红外遥控技术解锁,大大提高了电子密码锁的安全性能;采用FPGA开发设计,所有算法完全由硬件电路来实现,使得系统的工作可靠性大为提高,同时由于FPGA具有在系统可编程功能,当设计需要更改时,只需更改FPGA中的控制和接口电路,利用EDA工具将更新后的设计下载到FPGA中即可,无需更改外部电路的设计,大大提高了设计的效率。因此,采用FPGA开发的数字系统,不仅具有很高的工作可靠性,其升级与改进也极其方便。
上传时间: 2013-06-25
上传用户:cy1109
可配置端口电路是FPGA芯片与外围电路连接关键的枢纽,它有诸多功能:芯片与芯片在数据上的传递(包括对输入信号的采集和输出信号输出),电压之间的转换,对外围芯片的驱动,完成对芯片的测试功能以及对芯片电路保护等。 本文采用了自顶向下和自下向上的设计方法,依据可配置端口电路能实现的功能和工作原理,运用Cadence的设计软件,结合华润上华0.5μm的工艺库,设计了一款性能、时序、功耗在整体上不亚于xilinx4006e[8]的端口电路。主要研究以下几个方面的内容: 1.基于端口电路信号寄存器的采集和输出方式,本论文设计的端口电路可以通过配置将它设置成单沿或者双沿的触发方式[7],并完成了Verilog XL和Hspiee的功能和时序仿真,且建立时间小于5ns和保持时间在0ns左右。和xilinx4006e[8]相比较满足设计的要求。 2.基于TAP Controller的工作原理及它对16种状态机转换的控制,对16种状态机的转换完成了行为级描述和实现了捕获、移位、输出、更新等主要功能仿真。 3.基于边界扫描电路是对触发器级联的构架这一特点,设计了一款边界扫描电路,并运用Verilog XL和Hspiee对它进行了功能和时序的仿真。达到对芯片电路测试设计的要求。 4.对于端口电路来讲,有时需要将从CLB中的输出数据实现异或、同或、与以及或的功能,为此本文采用二次函数输出的电路结构来实现以上的功能,并运用Verilog XL和Hspiee对它进行了功能和时序的仿真。满足设计要求。 5.对于0.5μm的工艺而言,输入端口的电压通常是3.3V和5V,为此根据设置不同的上、下MOS管尺寸来调整电路的中点电压,将端口电路设计成3.3V和5V兼容的电路,通过仿真性能上已完全达到这一要求。此外,在输入端口处加上扩散电阻R和电容C组成噪声滤波电路,这个电路能有效地抑制加到输入端上的白噪声型噪声电压[2]。 6.在噪声和延时不影响电路正常工作的范围内,具有三态控制和驱动大负载的功能。通过对管子尺寸的大小设置和驱动大小的仿真表明:在实现TTL高电平输出时,最大的驱动电流达到170mA,而对应的xilinx4006e的TTL高电平最大驱动电流为140mA[8];同样,在实现CMOS高电平最大驱动电流达到200mA,而xilinx4006e的CMOS驱动电流达到170[8]mA。 7.与xilinx4006e端口电路相比,在延时和面积以及功耗略大的情况下,本论文研究设计的端口电路增加了双沿触发、将输出数据实现二次函数的输出方式、通过添加译码器将配置端口的数目减少的新的功能,且驱动能力更加强大。
上传时间: 2013-07-20
上传用户:顶得柱
本文以电子不停车收费系统课题为背景,设计并实现了基于FPGA的π/4-DOPSK全数字中频发射机和接收机。π/4-DQPSK广泛应用于移动通信和卫星通信中,具有频带利用率高、频谱特性好、抗衰落性能强的特点。 近年来现场可编程门阵列(FPGA)器件在芯片逻辑规模和处理速度等方面性能的迅速提高,用硬件编程实现无线功能的软件无线电技术在理论和实用化上都趋于成熟和完善,因此可以把数字调制,数字上/下变频,数字解调在同一块FPGA上实现,即实现了中频发射机和接收机一体化的片上可编程系统(SOPC,System On Programmabie Chip)。 本文首先根据指标要求对数字收发机方案进行设计,确定了适合不停车收费系统的全数字发射机和接收机的结构,接着根据π/4-DQPSK发射机和接收机的理论,设计并实现了基于FPGA的成形滤波器SRRC、半带滤波器HB和定时算法并给出性能分析,最后给出硬件测试平台上结果和测试结果分析。
上传时间: 2013-06-23
上传用户:chuckbassboy
数字滤波器是现代数字信号处理系统的重要组成部分之一。ⅡR数字滤波器又是其中非常重要的一类虑波器,因其可以较低的阶次获得较高的频率选择特性而得到广泛应用。 本文研究了ⅡR数字滤波器的常用设计方法,在分析各种ⅡR实现结构的基础上,利用MATLAB针对并联型结构的ⅡR数字滤波器做了多方面的仿真,从理论分析和仿真情况确定了所要设计的ⅡR数字滤波器的实现结构以及中间数据精度。然后基于FPGA的结构特点,研究了ⅡR数字滤波器的FPGA设计与实现,提出应用流水线技术和并行处理技术相结合的方式来提高ⅡR数字滤波器处理速度的方法,同时又从ⅡR数字滤波器的结构特性出发,提出利用ⅡR数字滤波器的分解技术来改善ⅡR滤波器的设计。在ⅡR实现方面,本文采用Verilog HDL语言编写了相应的硬件实现程序,将内置SignalTap Ⅱ逻辑分析器的ⅡR设计下载到FPGA芯片,并利用Altera公司的SignalTap Ⅱ逻辑分析仪进行了定性测试,同时利用HP频谱仪进行定性与定量的观测,仿真与实验测试结果表明设计方法正确有效。
上传时间: 2013-04-24
上传用户:rockjablew
FPGA(Field Programmable Gate Arrays)是目前广泛使用的一种可编程器件,FPGA的出现使得ASIC(Application Specific Integrated Circuits)产品的上市周期大大缩短,并且节省了大量的开发成本。目前FPGA的功能越来越强大,满足了目前集成电路发展的新需求,但是其结构同益复杂,规模也越来越大,内部资源的种类也R益丰富,但同时也给测试带来了困难,FPGA的发展对测试的要求越来越高,对FPGA测试的研究也就显得异常重要。 本文的主要工作是提出一种开关盒布线资源的可测性设计,通过在FPGA内部加入一条移位寄存器链对开关盒进行配置编程,使得开关盒布线资源测试时间和测试成本减少了99%以上,而且所增加的芯片面积仅仅在5%左右,增加的逻辑资源对FPGA芯片的使用不会造成任何影响,这种方案采用了小规模电路进行了验证,取得了很好的结果,是一种可行的测试方案。 本文的另一工作是采用一种FPGA逻辑资源的测试算法对自主研发的FPGA芯片FDP250K的逻辑资源进行了严格、充分的测试,从FPGA最小的逻辑单元LC开始,首先得到一个LC的测试配置,再结合SLICE内部两个LC的连接关系得到一个SLICE逻辑单元的4种测试配置,并且采用阵列化的测试方案,同时测试芯片内部所有的逻辑单元,使得FPGA内部的逻辑资源得完全充分的测试,测试的故障覆盖率可达100%,测试配置由配套编程工具产生,测试取得了完满的结果。
上传时间: 2013-06-11
上传用户:唐僧他不信佛
目前,数字信号处理广泛应用于通信、雷达、声纳、语音与图像处理等领域,信号处理算法理论己趋于成熟,但其具体硬件实现方法却值得探讨。FPGA是近年来广泛应用的超大规模、超高速的可编程逻辑器件,由于其具有高集成度、高速、可编程等优点,大大推动了数字系统设计的单片化、自动化,缩短了单片数字系统的设计周期、提高了设计的灵活性和可靠性,在超高速信号处理和实时测控方面有非常广泛的应用。本文对FPGA的数据采集与处理技术进行研究,基于FPGA在数据采样控制和信号处理方面的高性能和单片系统发展的新热点,把FPGA作为整个数据采集与处理系统的控制核心。主要研究内容如下: FPGA的单片系统研究。针对数据采集与处理,对FPGA进行选型,设计了基于FPGA的单片系统的结构。把整个控制系统分为三个部分:多通道采样控制模块,数据处理模块,存储控制模块。 多通道采样控制模块的设计。利用4片AD7506和一片AD7862对64路模拟量进行周期采样,分别设计了通道选择控制模块和A/D转换控制模块,并进行了仿真,完成了基于FPGA的多通道采样控制。 数据处理模块的设计。FFT算法在数字信号处理中占有重要的地位,因此本文研究了FFT的硬件实现结构,提出了用FPGA实现FFT的一种设计思想,给出了总体实现框图。分别设计了旋转因子复数乘法器,碟形运算单元,存储器,控制器,并分别进行了仿真。重点设计实现了FFT算法中的蝶形处理单元,采用了一种高效乘法器算法设计实现了蝶形处理单元中的旋转因子乘法器,从而提高了蝶形处理器的运算速度,降低了运算复杂度。理论分析和仿真结果表明,状态机控制器成功地对各个模块进行了有序、协调的控制。 存储控制模块的设计。利用闪存芯片K9K1G08UOA对采集处理后的数据进行存储,设计了FPGA与闪存的硬件连接,设计了存储控制模块。 本文对FFT算法的硬件实现进行了研究,结合单片系统的特点,把整个系统分为多通道采样控制模块,数据处理模块,存储控制模块进行设计和仿真。设计采用VHDL编写程序的源代码。仿真测试结果表明,此FPGA单片系统可完成对实时信号的高速采集与处理。
上传时间: 2013-04-24
上传用户:362279997
H.264/AVC是由国际电信联合会的视频专家组和国际标准化组织的运动图像专家组组成的联合视频小组制定的下一代视频压缩标准。新标准采用了一些先进算法,因此具有优异的压缩性能和极好的网络亲和性,满足低码率情况下的高质量视频的传输。 H.264/AVC采用的先进算法包括多模式帧间预测、1/4像素精度预测、整数变换量化、去方块滤波和熵编码。本论文着重对整数变换与量化、去方块滤波做了研究。整数变换是一种只有加法和移位的运算,量化可以通过查表和乘法操作就可以完成,避免了反变换的时候失配问题,没有精度损失;去方块滤波是一种用来去除低码率情况下的每个宏块的块效应,提高了解码图像的外观。 本文主要从算法研究和硬件实现两方面着手,在算法研究方面设计了一个可视化测试软件,在硬件实现方面主要对整数变换、量化和去方块滤波做了研究和实现。视频压缩技术的关键在于视频压缩算法及其芯片的实现,FPGA可重复使用,设计修改灵活,片内资源丰富,具备DSP模块等优势。在本论文的目标实现部分模块FPGA的硬件设计,用Verilog完成了关键部分的设计。首先简要介绍了视频压缩基本原理,常用视频压缩标准及其特性以及国内外的研究动态,并对H.264标准基本档次所涉及的核心技术进行了详细介绍,两种分层结构分别讨论。其次在掌握了H.264.算法及编解码流程的基础上,设计了基于H.264编解码的可视化软件平台。然后详细介绍了整数变换、量化、反变换和反量化核心模块的设计和实现,并在Altera的软件和开发板上进行了仿真验证;对去方块滤波算法做了软件研究测试,并给出了一种改进的硬件整体结构设计。最后,对全文工作进行了总结和对未来研究工作做了展望。我在课题中所做的主要工作有: 1.查阅相关文献,熟悉H.264.标准及整数变换、量化和去方块滤波等算法。 2.用VC++完成了基于H.264编解码的可视化软件平台设计。 3.用Verilog完成了整数变换量化、反变换反量化模块FPGA设计与验证。 4.去方块滤波器的算法研究、仿真和硬件整体结构设计。
上传时间: 2013-04-24
上传用户:lanjisu111
数据采集系统是信号与信息处理系统中不可缺少的重要组成部分,同时也是软件无线电系统中的核心模块,在现代雷达系统以及无线基站系统中的应用越来越广泛。为了能够满足目前对软件无线电接收机自适应性及灵活性的要求,并充分体现在高性能FPGA平台上设计SOC系统的思路,本文提出了由高速高精度A/D转换芯片、高性能FPGA、PCI总线接口、DB25并行接口组成的高速数据采集系统设计方案及实现方法。其中FPGA作为本系统的控制核心和传输桥梁,发挥了极其重要的作用。通过FPGA不仅完成了系统中全部数字电路部分的设计,并且使系统具有了较高的可适应性、可扩展性和可调试性。 在时序数字逻辑设计上,充分利用FPGA中丰富的时序资源,如锁相环PLL、触发器,缓冲器FIFO、计数器等,能够方便的完成对系统输入输出时钟的精确控制以及根据系统需要对各处时序延时进行修正。 在存储器设计上,采用FPGA片内存储器。可根据系统需要随时进行设置,并且能够方便的完成数据格式的合并、拆分以及数据传输率的调整。 在传输接口设计上,采用并行接口和PCI总线接口的两种数据传输模式。通过FPGA中的宏功能模块和IP资源实现了对这两种接口的逻辑控制,可使系统方便的在两种传输模式下进行切换。 在系统工作过程控制上,通过VB程序编写了应用于PC端的上层控制软件。并通过并行接口实现了PC和FPGA之间的交互,从而能够方便的在PC机上完成对系统工作过程的控制和工作模式的选择。 在系统调试方面,充分利用QuartuslI软件中自带的嵌入式逻辑分析仪SignalTaplI,实时准确的验证了在系统整个传输过程中数据的正确性和时序性,并极大的降低了用常规仪器观测FPGA中众多待测引脚的难度。 本文第四章针对FPGA中各功能模块的逻辑设计进行了详细分析,并对每个模块都给出了精确的仿真结果。同时,文中还在其它章节详细介绍了系统的硬件电路设计、并行接口设计、PCI接口设计、PC端控制软件设计以及用于调试过程中的SignalTapⅡ嵌入式逻辑分析仪的使用方法,并且也对系统的仿真结果和测试结果给出了分析及讨论。最后还附上了系统的PCB版图、FPGA逻辑设计图、实物图及注释详细的相关源程序清单。
上传时间: 2013-07-09
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