本文进行了基于FPGA的GPS直序伪码扩频接收机的设计和数字化硬件实现。论文首先对GPS卫星导航定位系统进行了分析，并对与数字化接收机直接相关联的GPS信号中频部分结合实际系统要求进行了设计和分析，由此确定了数字化伪码捕获跟踪接收机研制的具体要求，之后完成了接收机中频数字化方案设计。同时对伪码捕获跟踪后端的载波捕获跟踪的实现方案进行了描述和分析。最后利用EDA工具在FPGA芯片上实现了GPS数字化接收机的伪码捕获跟踪。 受工作环境的制约，GPS卫星接收机系统首先表现为功率受限系统，接收机必须满足在低信噪比条件下工作。同时接收机与卫星间高动态产生的多普勒频率，给接收机实现快速捕获带来了难度。通过仿真分析，综合了实现难度和性能两方面因素，针对小信噪比工作条件提出了改进型的序贯伪码捕获实施方案。同时按照捕获概率和时间的要求，对接收机偏压、上、下门限、NCO增益等进行了设计和仿真分析，确定了捕获的数字化实现方案，伪码跟踪采用超前滞后环方案。捕获完成后可使本地伪码与接收伪码的相对误差保持在±1/4码元范围内，而跟踪环路的跟踪范围为±4/3码元，保证了捕获到跟踪的可靠衔接，同时采用可变环路带宽措施解决了跟踪速度和精度的矛盾。 在数字化实现设计中，给出了详细的数字化实现方案和分析，这样在保证工作精度的同时尽量减少硬件资源的开销，利用EDA工具，采用Veilog设计语言在Xilinx的VirtexII系列的XC2V500fg256的FPGA上完成数字化接收机伪码捕获跟踪的实现，并在其开发平台上对数字化接收机进行了仿真验证，在给定的工作条件下达到了设计性能和指标要求。
上传时间： 2013-04-24
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本文分析了当代高精度地震勘探数据采集系统的发展现状，研究了数据采集的A/D方法及理论、现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA)技术的发展及原理，串口通信的原理及实现。在此基础上，探讨了采用FPGA控制24位△∑模数转换器来实现高精度地震勘探数据采集系统的实现思路，对探测传感器或检波器后端数据采集系统的信号A/D转换、FPGA与外部接口设计、串口数据通信做了详细的研究，尤其是在用FPGA来完成与外部ADC的接口控制上做了深入的开发和设计，整个接口控制模块采用VHDL语言编写，并同时将ROM、FIFO等数字逻辑模块一起集成到一片FPGA芯片当中，并在Quartus Ⅱ6.0的开发平台上通过了软件仿真，时序仿真结果达到了系统要求。
上传时间： 2013-05-21
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在工业控制领域，多种现场总线标准共存的局面从客观上促进了工业以太网技术的迅速发展，国际上已经出现了HSE、Profinet、Modbus TCP/IP、Ethernet/IP、Ethernet Powerlink、EtherCAT等多种工业以太网协议。将传统的商用以太网应用于工业控制系统的现场设备层的最大障碍是以太网的非实时性，而实现现场设备间的高精度时钟同步是保证以太网高实时性的前提和基础。 IEEE 1588定义了一个能够在测量和控制系统中实现高精度时钟同步的协议——精确时间协议(Precision Time Protocol)。PTP协议集成了网络通讯、局部计算和分布式对象等多项技术，适用于所有通过支持多播的局域网进行通讯的分布式系统，特别适合于以太网，但不局限于以太网。PTP协议能够使异质系统中各类不同精确度、分辨率和稳定性的时钟同步起来，占用最少的网络和局部计算资源，在最好情况下能达到系统级的亚微级的同步精度。 基于PC机软件的时钟同步方法，如NTP协议，由于其实现机理的限制，其同步精度最好只能达到毫秒级；基于嵌入式软件的时钟同步方法，将时钟同步模块放在操作系统的驱动层，其同步精度能够达到微秒级。现场设备间微秒级的同步精度虽然已经能满足大多数工业控制系统对设备时钟同步的要求，但是对于运动控制等需求高精度定时的系统来说，这仍然不够。基于嵌入式软件的时钟同步方法受限于操作系统中断响应延迟时间不一致、晶振频率漂移等因素，很难达到亚微秒级的同步精度。 本文设计并实现了一种基于FPGA的时钟同步方法，以IEEE 1588作为时钟同步协议，以Ethernet作为底层通讯网络，以嵌入式软件形式实现TCP/IP通讯，以数字电路形式实现时钟同步模块。这种方法充分利用了FPGA的特点，通过准确捕获报文时间戳和动态补偿晶振频率漂移等手段，相对于嵌入式软件时钟同步方法实现了更高精度的时钟同步，并通过实验验证了在以集线器互连的10Mbps以太网上能够达到亚微秒级的同步精度。
上传时间： 2013-07-28
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正交频分复用（OFDM）是一种无线环境下的高速传输技术，它使用一系列低速子载波并行传输数据，具有抗多径干扰的能力、能以很高的频谱利用率实现高速数据传输等优点。数字音频广播（DAB）系统中采用OFDM调制技术。 本文首先概述了OF'DM的基本原理和实现方法，分析了DAB中不同模式下OFDM调制的参数和特点。实现OFDM的核心技术是快速傅立叶变换（FFT）。本文在分析研究了多种FFT算法的基础上选择了最适合FPGA实现的，满足DAB系统中OFDM调制要求的FFT算法，即将2048点FFT分解为基-4和基-2混合基算法。 本文研究重点是使用FPGA实现2048点复数FFT处理器。2048点FFT由五级基-4运算和一级基-2运算组成。针对这一算法以及FPGA特点，进行系统结构设计、各个模块设计、FPGA实现和测试。一个基-4和基-2复用的蝶形运算模块是整个FFT处理器的核心部分。此外系统还包括：系统控制模块，地址产生模块，RAM和ROM。本文特别针对2048点按频率抽取基-4/2顺序处理的FFT处理器提出了一种巧妙的数据地址和旋转因子地址生成的方法。 仿真和验证表明，运算的结果可以达到一定的精度要求，运算速度满足系统要求，说明该OFDM调制器的设计是可行的，可以应用于DAB系统中
上传时间： 2013-06-05
上传用户：star_in_rain
区截装置测速法是现代靶场中弹丸测速的普遍方法，测时仪作为区截装置测速系统的主要组成部分，其性能直接影响弹丸测速的可靠性和精度。本文根据测时仪的发展现状，按照设计要求，设计了一种基于单片机和FPGA的高精度智能测时仪，系统工作稳定、操作方便、测时精度可达25ns。 本文详细给出了系统的设计方案。该方案提出了一种在后端用单片机处理干扰信号的新方法，简化了系统硬件电路的设计，提高了测时精度；提出了一种基于系统基准时间的测时方案，相对于传统的测时方法，该方案为分析试验过程提供了有效数据，进一步提高了系统工作的可靠性；给出了一种输入信息处理的有效方法，保证了系统工作的稳定性。 本文设计了系统FPGA逻辑电路，包括输入信号的整形滤波、输入信号的捕捉、时基模块、异步时钟域间数据传递、与单片机通信、单片机I/O总线扩展等；实现了系统单片机程序，包括单片机和。FPGA的数据交换、干扰信号排除和弹丸测速测频算法的实现、LCD液晶菜单的设计和打印机的控制、FLASH的读写、上电后对FPGA的配置、与上位机的通信等；分析了系统的误差因素，给出了系统的误差和相对误差的计算公式；通过实验室模拟测试以及靶场现场测试，结果表明系统工作可靠、精度满足设计要求、人机界面友好。
上传时间： 2013-07-25
上传用户：pwcsoft
基于过采样和∑-△噪声整形技术的DAC能够可靠地把数字信号转换为高精度的模拟信号(大于等于16位)。采用这一架构进行数模转换具有诸多优点，例如极低的失配噪声和更高的可靠性，便于实现嵌入式集成等，最重要的是可以得到其他DAC结构所无法达到的精度和动态范围。在高精度测量，音频转换，汽车电子等领域有着广泛的应用价值。 本文采用∑-△结构以FPGA方式实现了一个具有高精度的数模转换器，在24比特的输入信号下，达到了约150dB的信噪比。作为一个灵活的音频DAC实现方案。该DAC可以对CD/DVD/HDCD/SACD等多种制式下的音频信号进行处理，接受并转换采样率为32/44.1/48/88.2/96/192kHz，字长为16/18/20/24比特的PCM数据，具备良好的兼容性和通用性。 由于非线性和不稳定性的存在，高阶∑-△调制器的设计与实现存在较大的难度。本文综合大量文献中的经验原则和方法，阐述了稳定的高阶高精度调制器的设计流程；并据此设计了达到24bit精度和满量程输入范围的的5阶128倍调制器。本文创新性地提出了∑-△调制器的一种高效率流水线实现结构。分析表明，与其他常见的∑-△调制器实现结构相比，本方案具有结构简单、运算单元少等优点；此外在同样信号采样率下，调制器所需的时钟频率大大降低。 文中的过采样滤波模块采用三级半带滤波器和一个可变CIC滤波器级联组成，可以达到最高128倍的过采样比，同时具有良好的通带和阻带特性。在半带滤波器的设计中采用了CSD编码，使结构得到了充分的简化。 本文提出的过采样DAC方案具有可重配置结构，让使用者能够方便地控制过采样比和调制器阶数。通过积分梳状滤波器的配置，能够获得32/64/128倍的不同过采样比，从而实现对于32～192kHz多种采样率输入的处理。在不同输入字长情况下，通过调制器的重构，则可以将调制器由高精度的5阶模式改变为功耗更低的3阶模式，满足不同分辨率信号输入时的不同精度要求。这是本文的另一创新之处。 目前，该过采样DAC已经在XilinxVirtexⅡ系列FPGA器件下得到硬件实现和验证。测试表明，对于从32kHz到192kHz的不同输入信号，该DAC模块输出1比特码流的带内信噪比均能满足24比特数据转换应用的分辨率要求。
上传时间： 2013-07-08
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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： 2013-05-30
上传用户：tonyshao
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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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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项目的研究内容是对硅微谐振式加速度计的数据采集电路开展研究工作。硅微谐振式加速度计敏感结构输出的是两路差分的频率信号，因此硅微谐振式加速度计数据采集电路完成的主要任务是测出两路频率信号的差值。测量要求是：实现10ms内对中心谐振频率为20kHz、标度因数为100Hz/g、量程为±50g、分辨率为1mg的硅微谐振式加速度计输出的频率信号的测量，等效测量误差为±1mg。电路的控制核心为单片机，具有串行接口以便将测量结果传送给PC机从而分析、保存测量结果。\\r\\n按研究内容设计了软硬件。软件采用多周期同步法
上传时间： 2013-08-11
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