音频管理组件(Audio Management Unit，AMU)是先进客舱娱乐与服务系统(Advanced Cabin Entertainment Service System，ACESS)的组成部分，应用于飞机上音频资源的管理与控制。飞机运营对航空机载电子系统准确性、复杂性和安全性的高要求，使得其维修维护工作极大地依赖于自动测试设备(Automatic Testing Equipment，ATE)。本课题来源于实际工程项目， FPGA技术具备多种优点，将其与民航测试设备结合研制一个用于检测AMU故障的自动测试系统，该系统将对AMU自动完成部件维修手册(Comvonent Maintenance Manual，CMM)所规定的全部功能、性能方面的综合测试。 本文首先概述音频管理组件、自动测试系统及其在民航领域的应用，并阐述了课题的背景、研究目标和相关技术要求；文章对可编程逻辑器件CPLD/FPGA的结构原理、硬件描述语言VHDL的特点以及MAXL+plusⅡ软件的设计流程进行了说明，重点阐述了基于FPGA的DDS信号发生器以及数据采集卡的设计实现、并着重阐述了ARINC429总线的传输规范，和基于FPGA的ARINC429总线接口的设计与实现。在ARINC429接口设计中采用自顶向下，多层次系统设计的方法，用VHDL语言进行描述。在发送器中利用了FPGA内部的分布式RAM创建异步FIFO，节约了FPGA的内部资源和提高了数据传输速度；在接收器中采用了提高抗干扰性的优化设计。测试结果表明基于FPGA的设计实现ARINC429总线数据通信的要求，使用方便，可靠性好，能够克服HS-3282芯片中的数据格式固定，使用不够灵活方便，价格昂贵的缺点。
上传时间： 2013-08-06
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数字信号处理是信息科学中近几十年来发展最为迅速的学科之一.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.而数字信号处理算法的硬件实现一般来讲有三种方式:用于通用目的的可编程DSP芯片;用于特定目的的固定功能DSP芯片组和ASIC;可以由用户编程的FPGA芯片.随着微电子技术的发展,采用现场可编程门阵列FPGA进行数字信号处理得到了飞速发展,FPGA正在越来越多地代替ASIC和PDSP用作前端数字信号处理的运算.该文主要探讨了基于FPGA数字信号处理的实现.首先详细阐述了数字信号处理的理论基础,重点讨论了离散傅立叶变换算法原理,由于快速傅立叶变换算法在实际中得到了广泛的应用,该文给出了基-2FFT算法原理、讨论了按时间抽取FFT算法的特点.该论文对硬件描述语言的描述方法和风格做了一定的探讨,介绍了硬件描述语言的开发环境MAXPLUSII.在此基础上,该论文详细阐述了数字集成系统的高层次设计方法,讨论了数字系统设计层次的划分和数字系统的自顶向下的设计方法,探讨了数字集成系统的系统级设计和寄存器传输级设计,描述了数字集成系统的高层次综合方法.最后该文描述了数字信号处理系统结构的实现方法,指出常见的高速、实时信号处理系统的四种结构;由于FFT算法在数字信号处理中占有重要的地位,所以该文提出了用FPGA实现FFT的一种设计思想,给出了总体实现框图;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.
上传时间： 2013-07-19
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光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating)传感器是近几年光纤传感技术领域的研究热点，光纤光栅传感器可以工作在强电磁场、高温有腐蚀性的以及有爆炸危险性的恶劣环境中，且易于将多个光纤光栅串联在一起构成光纤光栅阵列，实现分布式传感，这是其他传感元件所不及的。 本文设计了光纤光栅传感网络可调谐法布里-珀罗(Fabry-Perot)腔解调测试系统。系统主要分光路和电路两部分，在光路部分，研究了光纤光栅解调技术，分析和比较了几种常见的波长解调方法，由于F-P腔调谐范围宽，可以实现多点测量，因此决定采用可调谐F．P腔法进行信号解调。对可调谐 F-P腔解调法做了理论分析和研究，并通过Matlab仿真对影响F-P滤波效果的腔长和反射率两个参数进行了优化设计。在电路部分，首先设计整形电路将光电探测器的输出信号整形成矩形脉冲信号，设计了计算中心波长的方法，最后搭建了硬件电路来验证中心波长的计算方法。硬件电路以 Philips公司的 LPC2214 为核心处理器。该硬件电路包括电源电路，复位电路，串口电路，JTAG 调试接口，数码管显示等。软件方面，设计了相关的软件程序和模拟信号源，最后利用模拟信号源作为该解调测试系统的信号进行实验验证，得出实验数据，经过分析验证了该解调测试系统的可行性。
上传时间： 2013-05-26
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随着现代控制技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现，能够独立工作的温度检测和显示系统已经应用于诸多领域。传统的温度监测系统可靠性和实时性相对较差，温度测量的精度和准确度较低，而且大多采用有线方式对整个系统进行控制，这不利于应用的扩展。近年来，嵌入式系统和无线通信技术(特别是短消息业务)受到远程监测领域研究者的密切关注，成为一个研究热点。本文提出了一种将带有I2C总线的ARM嵌入式微处理器和短消息业务(SMS)用于温度检测系统中的方法，实现了温度的多点监测。本文的主要研究内容如下： (1)多点温度监测系统硬件设计。采用以ARM微处理器LPC2290芯片为核心的嵌入式工控板，通过对Benq无线通信模块M22的控制，接收并识别监测中心发过来的短消息内容，实现了多点温度的采集及显示；采用八个带有I2C总线接口的数字温度传感器LM75，组成八点温度采集电路：利用带有I2C总线接口的LED驱动器件ZLG7290及共阴式数码管为温度显示电路，保证了温度测量的精度和准确度。 (2)多点温度监测系统软件设计。根据整个监测系统的特点，提出了软件设计的总体思路，并以ADS1.2为集成开发环境，将μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统的相关代码移植到LPC2290中；采用分层体系思想，使用标准C语言编写程序，结合嵌入式操作系统的任务管理、信号量等机制，并调用相关的应用程序接口函数(API函数)，设计了包括温度采集、温度显示、短消息接收与发送等多个子程序。 (3)监测中心软件设计。为了增强系统控制和数据管理功能，使用Visual C++6.0及ADO数据库技术编写了监测中心软件人机交互界面，通过串口使另一M22无线通信模块同监测中心上位机的通信，实现了在PC机上发送短消息指令对下位机进行远程控制，并将接收到的数据存储在Access数据库中以便分析处理。 嵌入式技术和短消息业务在一定程度上提高了多点温度监测系统的测量精度、可靠性、稳定性和实时性，对改进远程监测系统的控制方式和数据传输方式有一定的意义，也为对嵌入式应用项目的开发奠定了基础。
上传时间： 2013-07-08
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由于信道中存在干扰,数字信号在信道中传输的过程中会产生误码.为了提高通信质量,保证通信的正确性和可靠性,通常采用差错控制的方法来纠正传输过程中的错误.本文的目的就是研究如何通过差错控制的方法以提高通信质量,保证传输的正确性和可靠性.重点研究一种信道编解码的算法和逻辑电路的实现方法,并在硬件上验证,利用码流传输的测试方法,对设计进行测试.在以上的研究基础之上,横向扩展和课题相关问题的研究,包括FPGA实现和高速硬件电路设计等方面的研究. 纠错码技术是一种通过增加一定的冗余信息来提高信息传输可靠性的有效方法.RS码是一种典型的纠错码,在线性分组码中,它具有最强的纠错能力,既能纠正随机错误,也能纠正突发错误.在深空通信,移动通信以及数字视频广播等系统中具有广泛的应用,随着RS编码和解码算法的改进和相关的硬件实现技术的发展,RS码在实际中的应用也将更加广泛. 在研究中,对所研究的问题进行分解,集中精力研究课题中的重点和难点,在各个模块成功实现的基础上,成功的进行系统组合,协调各个模块稳定的工作. 在本文中的EDA设计中,使用了自顶向下的设计方法,编解码算法每一个子模块分开进行设计,最后在顶层进行元件例化,正确实现了编码和解码的功能. 本文首先介绍相关的数字通信背景；接着提出纠错码的设计方案,介绍RS(31,15)码的编译码算法和逻辑电路的实现方法,RTL代码编写和逻辑仿真以及时序仿真,并讨论了FPGA设计的一般性准则以及高速数字电路设计的一些常用方法和注意事项；最后设计基于FPGA的硬件电路平台,并利用静态和动态的方法对编解码算法进行测试. 通过对编码和解码算法的充分理解,本人使用Verilog HDL语言对算法进行了RTL描述,在Altera公司Cyclone系列FPGA平台上面实现了编码和解码算法. 其中,编码的最高工作频率达到158MHz,解码的最高工作频率达到91MHz.在进行硬件调试的时候,整个系统工作在30MHz的时钟频率下,通过了硬件上的静态测试和动态测试,并能够正确实现预期的纠错功能.
上传时间： 2013-07-01
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本文首先介绍了利用FPGA设计数字电路系统的流程和雷达数字信号处理的主要内容。 在第二章中主要阐述了FIR数字滤波器的窗函数设计方法，并应用FIR滤波器设计数字动目标显示和数字动目标检测系统；脉冲压缩处理是现代雷达信号处理的一个重要组成部分，线性调频信号和二相巴克码的脉冲压缩处理方法在第三章做了重点描述。 Cyclone系列芯片是高性价比，基于1.5V、0.13um采用铜制层的SRAM工艺。它是第一种支持配置数据解压的FPGA芯片。论文设计的最后部分是利用Altera公司Cyclone系列FPGA芯片EP1C6F256C6和EPCS4配置芯片设计设计SD转换器，在QuartusⅡ4.0下采用VHDL语言和逻辑电路图结合的设计方法，经过仿真并最终实现了硬件设计。 设计结果表明电路性能可靠，SD转换的精度较高，完全满足设计的要求。
上传时间： 2013-06-26
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JPEG2000是由ISO/ITU-T组织下的IECJTC1/SC29/WG1小组制定的下一代静止图像压缩标准，其优良的压缩特性使得它将具有广泛的应用领域。JPEG2000算法非常复杂，图像编码过程占用了大量的处理器时间开销和内存开销，因而通过对JPEG2000算法进行优化并采用硬件电路来实现JPEG2000标准的部分或全部内容，对加快编码速度从而扩展其应用领域有重要的意义。 本文的研究主要包括两方面的内容，其一是JPEG2000算术编码器算法的研究与硬件设计，其二是JPEG2000码率控制算法的研究与优化算法的设计。在研究算术编码器过程中，首先研究了JPEG2000中基于上下文的MQ算术编码器的编码原理和编码流程，之后采用有限状态机和二级流水线技术，并在不影响关键路径的情况下通过对算术编码步骤优化采用硬件描述语言对算术编码器进行了设计，并通过了功能仿真与综合。实验证明该设计不但编码速度快，而且流水线短，硬件设计的复杂度低且易于控制。 在研究码率控制算法过程中，首先结合率失真理论建立了算法的数学模型，并验证了该算法的有效性，之后深入分析了该数学模型的实现流程，找出影响算法效率的关键路径。在对算法优化时采用黄金分割点算法代替原来的二分查找法，并使用了码块R-D斜率最值记忆和码率误差控制算法。实验证明，采用优化算法在增加少量系统资源的情况下使得计算效率提高了60％以上。之后，分析了率失真理论与JPEG2000中PCRD-opt算法的具体实现，又提出了一种失真更低的比特分配方案，即按照“失真/码长”值从大到小通道编码顺序进行编码，通过对该算法的仿真验证，得出在固定码率条件下新算法将产生更少的失真。
上传时间： 2013-07-13
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最新的研究进展是OFDM的出现，并且在2000年出现了第一个采用此技术的无线标准(HYPERLAN-Ⅱ)。由于它与TDMA及CDMA相比能处理更高数据速率，因此可以预想在第四代系统中也将使用此技术。 宽带应用和高速率数据传输是OFDM调制/多址技术通信系统的重要特征之一。作者通过参与国家863计划项目“OFDM通信系统”一年以来的研发工作，对OFDM通信系统及相关技术有了深入的理解，积累了大量实际经验，并在相关工作中取得了部分研究成果。 另一方面，关于宽带自适应均衡技术的研究在近年来也引起了广泛的关注。它是补偿信道畸变的重要的技术之一。作者通过参与该项目FPGA部分的开发与调试工作，基于单片FPGA实现了均衡部分；此外，作者在频域自适应均衡算法方面也取得了一些理论成果。 本文的主体部分就是根据上述工作的内容展开的。 首先介绍了本课题相关技术的发展情况，主要包括：OFDM系统的技术原理、技术优势、历史和现状，均衡技术的特点和发展等。末尾叙述了本课题的来源和研究意义，并简介了作者的主要工作和贡献。确定将WSSUS分布和瑞利衰落作为本文研究的信道模型。主要分析了常用的时域均衡器，均是单载波非扩频数字调制中常用到的均衡器和均衡算法，为接下来的进一步研究作理论参考。 接着，论述了均衡必须用到的信道估计技术。重点就该方案的核心算法(频域均衡算法)进行了数学上进行了较深入的研究，建立系统模型，并据此推导了三种频域均衡的算法：频域消除HICI，Gauss-Seidel迭代算法，频域线性内插。采用WSSUS信道模型进行了计算机仿真，得出了采用这些均衡算法在不同条件下的性能曲线。并且系统地、有重点地对该方案的原理和实质进行了较深入的讨论。归纳比较了各种算法的算法复杂度和能达到的性能，并且结合信道纠错编解码进行了细致的分析。进一步尝试设计了无线局域网OFDM系统的设计，采用典型的欧洲Hyperlan2系统为例，把研究成果引入到实际的整个系统中来看。结合具体的系统指出了该均衡算法在抗衰落和相位偏移方面的应用。 最后，描述了利用Xilinx的xc2v3000-4FG676型号芯片针对OFDM系统实现频域自适应均衡的方法，主要给出了设计方法、时序仿真结果和处理速度估值等；并结合最新的FPGA发展动态和特点，对基于FPGA实现其他均衡算法的升级空间进行了讨论。 本文的结束语中，对作者在本文中所作贡献进行了总结，并指出了仍有待深入研究的几个问题。
上传时间： 2013-04-24
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FPGA器件在通信、消费类电子等领域应用越来越广泛，随着FPGA规模的增大、功能的加强对时钟的要求也越来越高。在FPGA中嵌入时钟发生器对解决该问题是一个不错的选择。本论文首先，描述并分析了电荷泵锁相环时钟发生器的体系结构、组成单元及各单元的非理想特性；然后讨论并分析了电荷泵锁相环的小信号特性和瞬态特性；并给出了电荷泵锁相环器件参数的计算表达式。其次，研究了环形振荡器和锁相环的相位噪声特性。由于噪声性能是时钟发生器设计中的关键指标，本工作对此进行了较为详细的分析。相位噪声和抖动是衡量时钟信号的两个主要指标。文中从理论上推导了一阶锁相环的噪声特性，并建立了由噪声分析抖动和由抖动分析噪声的解析表达式关系，并讨论了环路低噪声设计的基本原则。在前面讨论和分析的基础上，利用Hynix0.35umCMOS工艺设计了200MHz电荷泵锁相环时钟发生器，并进行了仿真。设计中环形振荡器的延迟单元采用replica偏置结构，把延迟单元输出摆幅限定在确定范围，尾电流源采用cascode结构，增强电路对电源和衬底噪声的抑制作用。通过增加限流管，改善电荷泵中的开关的非理想特性。
上传时间： 2013-04-24
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偏振模色散(PMD)是限制光通信系统向高速率和大容量扩展的主要障碍，尤其是160Gb/s光传输系统中，由PMD引起的脉冲畸变现象更加严重。为了克服PMD带来的危害，国内外已经开始了对PMD补偿的研究。但是目前的补偿系统复杂、成本高且补偿效果不理想，因此采用前向纠错(FEC)和偏振扰偏器配合抑制PMD的方法，可以实现低成本的PMD补偿。 在实验中将扰偏器连入光时分复用系统，通过观察其工作前后的脉冲波形，发现扰偏器的应用改善了系统的性能。随着系统速率的提高，对扰偏器速率的要求也随之提高，目前市场上扰偏器的速率无法满足160Gb/s光传输系统要求。通过对偏振扰偏器原理的分析，决定采用高速控制电路驱动偏振控制器的方法来实现高速扰偏器的设计。扰偏器采用铌酸锂偏振控制器，其响应时间小于100ns，是目前偏振控制器能够达到的最高速率，但是将其用于160Gb/s高速光通信系统扰偏时，这个速率仍然偏低，因此，提出采用多段铌酸锂晶体并行扰偏的方法，弥补铌酸锂偏振控制器速率低的问题。通过对几种处理器的分析和比较，选择DSP+FPGA作为控制端，DSP芯片用于产生随机数据，FPGA芯片具有丰富的I/O引脚，工作频率高，可以实现大量数据的快速并行输出。这样的方案可以充分发挥DSP和FPGA各自的优势。另外对数模转换芯片也要求响应速度快，本论文以FPGA为核心，完成了FPGA与其它芯片的接口电路设计。在QuartusⅡ集成环境中进行FPGA的开发，使用VHDL语言和原理图输入法进行电路设计。 本文设计的偏振扰偏器在高速控制电路的驱动下，可以实现大量的数据处理，采用多段铌酸锂晶体并行工作的方法，可以提高偏振扰偏器的速率。利用本方案制作的扰偏器具有高扰偏速率，适合应用于160Gb/s光通信系统中进行PMD补偿。
上传时间： 2013-04-24
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