通用异步收发器(Universal Asynchronous Receiver Transmitter，UART)是一种能同时支持短距离和长距离数据传输的串行通信接口，被广泛应用于微机和外设之间的数据交换。像8251、NS8250、NS16550等都是常用的UART芯片，但是这些专用的串行接口芯片的缺点是数据传输速率比较慢，难以满足高速率数据传输的场合，而更重要的就是它们都具有不可移植性，因此要利用这些芯片来实现PC机和FPGA芯片之间的通信，势必会增加接口连线的复杂程度以及降低整个系统的稳定性和有效性。 本课题就是针对UART的特点以及FPGA设计具有可移植性的优势，提出了一种基于FPGA芯片的嵌入式UART设计方法，其中主要包括状态机的描述形式以及自顶向下的设计方法，利用硬件描述语言来编制UART的各个子功能模块以及顶层模块，之后将其集成到FPGA芯片的内部，这样不仅能解决传统UART芯片的缺点而且同时也使整个系统变得更加具有紧凑性以及可靠性。 本课题所设计的LIART支持标准的RS-232C传输协议，主要设计有发送模块、接收模块、线路控制与中断仲裁模块、Modem控制模块以及两个独立的数据缓冲区FIFO模块。该模块具有可变的波特率、数据帧长度以及奇偶校验方式，还有多种中断源、中断优先级、较强的抗干扰数据接收能力以及芯片内部自诊断的能力，模块内分开的接收和发送数据缓冲寄存器能实现全双工通信。除此之外最重要的是利用IP模块复用技术设计数据缓冲区FIFO，采用两种可选择的数据缓冲模式。这样既可以应用于高速的数据传输环境，也能适合低速的数据传输场合，因此可以达到资源利用的最大化。 在具体的设计过程中，利用Synplify Pro综合工具、ModelSim仿真工具、ISE集成的软件开发环境中对各个功能模块进行综合优化、仿真验证以及下载实现。各项数据结果表明，本课题中所设计的UART满足预期设计目标。
上传时间： 2013-08-02
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作为性能优异的纠错编码，Turbo码自诞生以来就一直受到理论界以及工程应用界的关注。TD—SCDMA是我国拥有自主知识产权的3G通信标准，该标准把Turbo码是作为前向纠错体制，但Turbo码的译码算法比较复杂并且需要多次迭代，这造成Turbo码译码延时大，译码速度慢，因此限制了Turbo码的实际应用。因此有必要研究如何将现有的Turbo码译码算法进行简化，加速，使其转化成为适合在硬件上实现的算法，将实验室的理论研究成果转化成为硬件产品。 论文主要的研究内容有以下两点： 其一，提出信道自适应迭代译码方案。在事先设定最大迭代次数的情况下，自适应Turbo码译码算法能够根据信道的变化自动调整迭代次数。 仿真结果表明：该自适应迭代译码方案能够根据信道的变化自动调整迭代次数，在保证译码性能基本上没有损失的情况下，有效减少译码时间，明显提高译码速度。 其二，根据得到的信道自适应迭代译码方案，借助Xilinx公司Spartan3 FPGA硬件平台，使用Verilog硬件描述语言，将用C/C++语言写成的信道自适应迭代译码算法转化成为硬件设计实现，得到硬件电路，并对得到的译码器硬件电路进行测试。 测试结果表明：随着信道的变化，硬件电路的译码速度也随之自动变化，信噪比越高译码速度越快，并且硬件译码器性能（误比特率）与实验仿真基本一致。
上传时间： 2013-05-31
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卷积码是广泛应用于卫星通信、无线通信等多种通信系统的信道编码方式。Viterbi算法是卷积码的最大似然译码算法，该算法译码性能好、速度快，并且硬件实现结构比较简单，是最佳的卷积码译码算法。随着可编程逻辑技术的不断发展，使用FPGA实现Viterbi译码器的设计方法逐渐成为主流。不同通信系统所选用的卷积码不同，因此设计可重配置的Viterbi译码器，使其能够满足多种通信系统的应用需求，具有很重要的现实意义。 本文设计了基于FPGA的高速Viterbi译码器。在对Viterbi译码算法深入研究的基础上，重点研究了Viterbi译码器核心组成模块的电路实现算法。本设计中分支度量计算模块采用只计算可能的分支度量值的方法，节省了资源；加比选模块使用全并行结构保证处理速度；幸存路径管理模块使用3指针偶算法的流水线结构，大大提高了译码速度。在Xilinx ISE8.2i环境下，用VHDL硬件描述语言编写程序，实现(2，1，7)卷积码的Viterbi译码器。在(2，1，7)卷积码译码器基础上，扩展了Viterbi译码器的通用性，使其能够对不同的卷积码译码。译码器根据不同的工作模式，可以对(2，1，7)、(2，1，9)、(3，1，7)和(3，1，9)四种广泛运用的卷积码译码，并且可以修改译码深度等改变译码器性能的参数。 本文用Simulink搭建编译码系统的通信链路，生成测试Viterbi译码器所需的软判决输入。使用ModelSim SE6.0对各种模式的译码器进行全面仿真验证，Xilinx ISE8.2i时序分析报告表明译码器布局布线后最高译码速度可达200MHz。在FPGA和DSP组成的硬件平台上进一步测试译码器，译码器运行稳定可靠。最后，使用Simulink产生的数据对本文设计的Viterbi译码器的译码性能进行了分析，仿真结果表明，在同等条件下，本文设计的Viterbi译码器与Simulink中的Viterbi译码器模块的译码性能相当。
上传时间： 2013-06-24
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MPEG-2是MPEG组织在1994年为了高级工业标准的图象质量以及更高的传输率所提出的视频编码标准，其优秀性使之成为过去十年应用最为广泛的标准，也是未来十年影响力最为广泛的标准之一。 本文以MPEG-2视频标准为研究内容，建立系统级设计方案，设计FPGA原型芯片，并在FPGA系统中验证视频解码芯片的功能。最后在0.18微米工艺下实现ASIC的前端设计。完成的主要工作包括以下几个方面： 1.完成解码系统的体系结构的设计，采用了自顶而下的设计方法，实现系统的功能单元的划分；根据其视频解码的特点，确定解码器的控制方式；把视频数据分文帧内数据和帧间数据，实现两种数据的并行解码。 2.实现了具体模块的设计：根据本文研究的要求，在比特流格式器模块设计中提出了特有的解码方式；在可变长模块中的变长数据解码采用组合逻辑外加查找表的方式实现，大大减少了变长数据解码的时间；IQ、IDCT模块采用流水的设计方法，减少数据计算的时间：运动补偿模块，针对模块数据运算量大和访问帧存储器频繁的特点，采用四个插值单元同时处理，增加像素缓冲器，充分利用并行性结构等方法来加快运动补偿速度。 3.根据视频解码的参考软件，通过解码系统的仿真结果和软件结果的比较来验证模块的功能正确性。最后用FPGA开发板实现了解码系统的原型芯片验证，取得了良好的解码效果。 整个设计采用Verilog HDL语言描述，通过了现场可编程门阵列(FPGA)的原型验证，并采用SIMC0.18μm工艺单元库完成了该电路的逻辑综合。经过实际视频码流测试，本文设计可以达到MPEG-2视频主类主级的实时解码的技术要求。
上传时间： 2013-07-27
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数字高清电视是当前世界上最先进的图像压缩编码技术和数字传输技术的结合，是高技术竞争的焦点之一。其中，信道处理系统及其相关芯片更是集中了数字信号处理、前向纠错编解码等数字电视传输的核心技术，成为设计和开发整个数字电视系统的关键技术之一。本文以卫星数字电视的信道处理系统为对象，结合国际通行的DVB-S/S2标准，研究了该系统在发射端的设计与实现所涉及到的一系列内容。 本文介绍了数字电视的发展概况和主要标准，特别是对我国卫星电视的发展进行了详细的介绍。然后，本文DVB-S/S2信道处理系统的基本原理进行了介绍和分析，主要包括RS码、卷积码、BCH码、LDPC码等的差错编码的基本原理，以及基带信号处理的基本原理。在此基础上对两种系统的传输性能和DVB-S2的后向兼容系统分别进行了基于Matlab的仿真。最后阐述了基于FPGA的DVB-S调制器的信道编码和调制实现，按功能对DVB-S/S2信道编码过程进行模块分解，并针对每个模块进行工作原理分析、算法分析、HDL描述、时序仿真及FPGA实现。DVB-S/S2调制器的核心是信道编码和调制部分，利用FPGA在数字信号处理方面的优势，本文重点对其中的几个关键模块，包括RS编码、卷积交织器、卷积编码、BCH编码、LDPC编码等的实现算法进行了比较详细的分析，并通过HDL描述和时序仿真来验证算法正确性。
上传时间： 2013-07-10
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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： 2013-06-29
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交流电源供电方式正在由集中式向分布式、全功能式发展，而实现分布式电源的核心就是模块的并联技术。多台逆变器并联可以实现大容量供电和冗余供电，可大大提高系统的灵活性，使电源系统的体积重量大为降低，同时其主开关器件的电流应力也可大大减少，从根本上提高了可靠性、降低成本和提高功率密度。本文主要研究逆变器并联技术。 本文首先对电压、电流双闭环逆变器控制系统进行了研究。通过对传递函数的分析，得到了基于等效输出阻抗的双闭环控制的逆变器并联系统模型。在分析逆变器模型的基础上设计了各控制器参数，并通过MATLAB仿真进行了验证。根据上述模型，分析了逆变器并联的环流特性，以及基于有功和无功功率的并联控制方案。 随着电子技术的不断发展，FPGA技术正在越来越多地用于工程实践中。本文在研究SPWM控制技术的基础上，应用FPGA芯片EP1C12Q240C8实现了SPWM数字控制器，用于多模块逆变器并联控制系统。文中给出了仿真结果和芯片的测试结果。 基于FPGA的三相逆变器并联数字控制器的研究具有现实意义，设计具有创新性。仿真和芯片的初步测试结果表明：本文设计的基于FPGA的逆变器并联数字控制器能够满足逆变器并联系统的要求。
上传时间： 2013-08-05
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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： 2013-07-25
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单片机与DSP之间通信问题一直是大家关注得焦点，目前已出现的不少解决方案但大多针对于5V工作电压的DSP系 统,笔者对诸方案进行详细比较分析,发现多数并未从根本上解决不同系统之间通信的电平转换问题,面对工作电压并不唯一的 DSP芯片系列,在此提出一种全新的串行通信模式,经济有效地解决了通信中电平转换问题可靠地实现数据交换,并且在实际开发 的直流无刷电机变频器人机界面与控制核心TMS320LF2407 DSP之间串行通信中验证了其可行性。
上传时间： 2013-07-18
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逆变控制器的发展经历从分立元件的模拟电路到以专用微处理芯片（DSP/MCU）为核心的电路系统，并从数模混合电路过渡到纯数字控制的历程。但是，通用微处理芯片是为一般目的而设计，存在一定局限。为此，近几年来逆变器专用控制芯片（ASIC）实现技术的研究越来越受到关注，已成为逆变控制器发展的新方向之一。本文利用一个成熟的单相电压型PWM逆变器控制模型，围绕逆变器专用控制芯片ASIC的实现技术，依次对专用芯片的系统功能划分，硬件算法，全系统的硬件设计及优化，流水线操作和并行化，芯片运行稳定性等问题进行了初步研究。首先引述了单相电压型PWM逆变器连续时间和离散时间的数学模型，以及基于极点配置的单相电压型PWM逆变器电流内环电压外环双闭环控制系统的设计过程，同时给出了仿真结果，仿真表明此系统具有很好的动、静态性能，并且具有自动限流功能，提高了系统的可靠性。紧接着分析了FPGA器件的特征和结构。在给出本芯片应用目标的基础上，制定了FPGA目标器件的选择原则和芯片的技术规格，完成了器件选型及相关的开发环境和工具的选取。然后系统阐述了复杂FPGA设计的设计方法学，详细介绍了基于FPGA的ASIC设计流程，概要介绍了仅使用QuartusII的开发流程，以及Modelsim、SynplifyPro、QuartusII结合使用的开发流程。在此基础上，进行了芯片系统功能划分，针对：DDS标准正弦波发生器，电压电流双环控制算法单元，硬件PI算法单元，SPWM产生器，三角波发生器，死区控制器，数据流/控制流模块等逆变器控制硬件算法/控制单元，研究了它们的硬件算法，完成了模块化设计。分析了全数字锁相环的结构和模型，以此为基础，设计了一种应用于逆变器的，用比例积分方法替代传统锁相系统中的环路滤波，用相位累加器实现数控振荡器（DCO）功能的高精度二阶全数字锁相环（DPLL）。分析了“流水线操作”等设计优化问题，并针对逆变器控制系统中，控制系统算法呈多层结构，且层与层之间还有数据流联系，其执行顺序和数据流的走向较为复杂，不利于直接采用流水线技术进行设计的特点，提出一种全新的“分层多级流水线”设计技术，有效地解决了复杂控制系统的流水线优化设计问题。本文最后对芯片运行稳定性等问题进行了初步研究。指出了设计中的“竞争冒险”和饱受困扰之苦的“亚稳态”问题，分析了产生机理，并给出了常用的解决措施。
上传时间： 2013-05-28
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