现场可编程门阵列(FPGA)是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,它结合了微电子技术、电路技术和EDA(Electronics Design Automation)技术。随着它的广泛应用和快速发展,使设计电路的规模和集成度不断提高,同时也带来了电子系统设计方法和设计思想的不断推陈出新。 随着数字电子技术的发展,数字信号处理的理论和技术广泛的应用于通讯、语音处理、计算机和多媒体等领域。离散傅立叶变换(DFT)作为数字信号处理中的基本运算,发挥着重要作用。而快速傅里叶变换(FFT)算法的提出,使离散傅里叶变换的运算量减小了几个数量级,使得数字信号处理的实现变得更加容易。FFT已经成为现代数字信号处理的核心技术之一,因此对FFT算法及其实现方法的研究具有很强的理论和现实意义。 本文主要研究如何利用FPGA实现FFT算法,研制具有自主知识产权的FFT信号处理器。该设计采用高效基-16算法实现了一种4096点FFT复数浮点运算处理器,其蝶形处理单元的基-16运算核采用两级改进的基-4算法级联实现,仅用8个实数乘法器就可实现基-16蝶形单元所需的8次复数乘法运算,在保持处理速度的优势下,比传统的基-16算法节省了75%的乘法器逻辑资源。 在重点研究处理器蝶形单元设计的基础上,本文完成了整个FFT处理器电路的FPGA设计。首先基于对处理器功能和特点的分析,研究了FFT算法的选取和优化,并完成了处理器体系结构的设计;在此基础上,以提高处理器处理速度和减小硬件资源消耗为重点研究了具体的实现方案,完成了1.2万行RTL代码编程,并在XILINX公司提供的ISE 9.1i集成开发环境中实现了处理器各个模块的RTL设计:随后,以XILINX Spartan-3系列FPGA芯片xc3S1000为硬件平台,完成了整个FFT处理器的电路设计实现。 经过仿真验证,本文所设计的FFT处理器芯片运行速度达到了100MHz,占用的FPGA门数为552806,电路的信噪比可以达到50dB以上,达到了高速高性能的设计要求。
上传时间: 2013-04-24
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在雷达信号侦察中运用宽带数字接收技术是电子侦察的一个重要发展方向。数字信号处理由于其精度高、灵活性强、以及易于集成等特点而应用广泛。电子系统数字化的最大障碍是宽带高速A/D变换器的高速数据流与通用DSP处理能力的不匹配。而FPGA的广泛应用,为解决上述矛盾提供了一种有效的方法。 本文利用FPGA技术,设计了具备高速信号处理能力的宽带数字接收机平台,并提出了数字接收机实现的可行性方法,以及对这些方法的验证。具体来说就是如何利用单片的FPGA实现对雷达信号并行地实时检测和参数估计。所做工作主要分为两大部分: 1、适合于FPGA硬件实现的算法的确定及仿真:对A/D采样信号采用自相关累加算法进行信号检测,利用信号的相关性和噪声的独立性提高信噪比,通过给出检测门限来估计信号的起止点。对于常规信号的频率估计,采用Rife算法。通过Matlab仿真,表明上述算法在运算量和精度方面均有良好性能,适合用作FPGA硬件实现。 2、算法的FPGA硬件实现:针对原算法中极大消耗运算量的相关运算,考虑到FPGA并行处理的特点,将原算法修改为并行相关算法,并加入流水线,这样处理极大地提高了系统的数据吞吐率。采用Xilinx公司的Virtex-4系列中的XC4VSX55芯片作为开发平台完成设计,系统测试结果表明,本设计能正常工作,满足系统设计要求。 文章的最后,结合系统设计给出几种VHDL优化方法,主要围绕系统的速度、结构和面积等问题展开讨论。
上传时间: 2013-06-25
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激光测距是一种非接触式的测量技术,已被广泛使用于遥感、精密测量、工程建设、安全监测以及智能控制等领域。早期的激光测距系统在激光接收机中通过分立的单元电路处理激光发、收信号以测量光脉冲往返时间,使得开发成本高、电路复杂,调试困难,精度以及可靠性相对较差,体积和重量也较大,且没有与其他仪器相匹配的标准接口,上述缺陷阻碍了激光测距系统的普及应用。 本文针对激光测距信号处理系统设计了一套全数字集成方案,除激光发射、接收电路以外,将信号发生、信号采集、综合控制、数据处理和数据传输五个部分集成为一块专用集成电路。这样就不再需要DA转换和AD转换电路和滤波处理等模块,可以直接对信号进行数字信号处理。与分立的单元电路构成的激光测距信号处珲相比,可以大大降低激光测距系统的成本,缩短激光测距的研制周期。并且由于专用集成电路带有标准的RS232接口,可以直接与通信模块连接,构成激光遥测实时监控系统,通过LED实时显示测距结果。这样使得激光测距系统只需由激光器LD、接收PD和一片集成电路组成即可,提出了桥梁的位移监测技术方法,并设计出一种针对桥梁的位移监测的具有既便携、有效又经济实用的监测样机。 本文基于xil inx公司提供的开发环境(ise8.2)、和Virtex2P系列XC2VP30的开发版来设计的,提出一种基于方波的利用DCM(数字时钟管理器)检相的相位式测距方法;采用三把侧尺频率分别是30MHz、3MHz、lOkHz,对应的测尺长度分别为5米、50米和15000米,对应的精度分别为±0.02米、±0.5米和±5米。设计了一套激光测距全数字信号处理系统。为了证明本系统的准确性,另外设计了一套利用延时的方法来模拟激光光路,经过测试,证明利用DCM检相的相位式测距方法对于桥梁的位移监测是可行的,测量精度和测量结果也满足设计方案要求。
上传时间: 2013-06-12
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雷达信号处理是雷达系统的重要组成部分。在数字信号处理技术飞速发展的今天,雷达信号处理中也普遍使用数字信号处理技术。而现场可编程门阵列(FPGA)在数字信号处理中的广泛应用,使得FPGA在雷达信号处理中也占据了重要地位。 针对雷达信号处理的设计与实现,本文在以下两个方面展开研究: 一方面以线性调频信号(LFM)为例,分别对几种基本的雷达信号处理,如正交相干检波、脉冲压缩、动目标显示(MTI)/动目标检测(MTD)和恒虚警(CFAR)详细地阐述了其原理,在此基础上给出了其经常采用的实现方法,并在MATLAB环境中对各个环节进行了参数化仿真,详尽地给出了各环节的仿真波形图。针对仿真结果,直观形象地说明了不同实现方法的优劣。 另一方面结合MATLAB仿真结果,给出利用FPGA实现雷达信号处理的方案。在Xilinx ISE6.3i软件集成环境下,通过对Xilinx提供的IP核的调用,并与VHDL语言相结合,完成雷达信号处理的FPGA实现。
上传时间: 2013-04-24
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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: 2013-05-23
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清管器在管道中运行时,其上的信号发射器发射出电磁脉冲信号,通过便携式位置探测仪上的信号接收装置接收信号,经过信号处理部分对信号进行解码、识别,最终将探测结果显示在液晶显示屏上。为了满足便携性的要求,探测仪采用低功耗设计,并大量使用贴片元件和功能集成的IC 。经过深入的理论研究和测试,制造出了试验样机,该样机圆满地完成了多种环境下的试验,并取得了良好的效果。
上传时间: 2014-01-06
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摘要ADF4350是ADI公司生产的集成了电压控制振荡器(VCO)的宽带频率合成器。介绍了该宽带频率合成器的基本原理和工作特性,给出了一种用C8051F320单片机控制ADF4350的硬件电路结构和软件程序设计方法, 得到了应用在测量船的s和C频段信号源。该信号源通过上位机软件的简单设置, 可以方便地实现现场控制,满足测量船的使用要求。经测试表明,该信号源覆盖了测量船s和c频段系统的全部频点,锁相效果良好,控制简便,性能可靠。
上传时间: 2013-10-12
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设计了水声信号发生系统中的功率放大电路,可将前级电路产生的方波信号转换为正弦信号,同时进行滤波、功率放大,使其满足换能器对输入信号的要求。该电路以单片机AT89C52,集成6阶巴特沃思低通滤波芯片MF6以及大功率运算放大器LM12为核心,通过标准RS232接口与PC进行通信,实现信号增益的程控调节,对干扰信号具有良好的抑制作用。经调试该电路工作稳定正常,输出波形无失真,在输出功率以及放大增益、波纹系数等方面均满足设计要求。 This paper presented a design and implementation of underwater acoustic power amplifer. This circuit converted the rectangle signal generated by frontend circuit into the sine signal, then filtered and power amplification, it meets the requirements of the transducer.Included AT89C52, 6th order Butterworth filter MF6, hipower amplififier LM12.Communication with PC through the RS232 port. The signal gain is adjustable and could be remote controlled. It has a good inhibitory effect on the interference signal. After debugged, this circuit works stable, the output waveform has no distortion, it meets the design requirement in outprt power, amplifier gain and ripple factor.
上传时间: 2013-11-20
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集成运算放大器是一种高倍率的直流放大器。当选取不同的反馈电路时,它就可以对信号进行放大以及加,减微分,积分等运算。
上传时间: 2013-10-25
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2-1 何谓测量放大电路?对其基本要求是什么? 在测量控制系统中,用来放大传感器输出的微弱电压,电流或电荷信号的放大电路称为测量放大电路,亦称仪用放大电路。对其基本要求是:①输入阻抗应与传感器输出阻抗相匹配;②一定的放大倍数和稳定的增益;③低噪声;④低的输入失调电压和输入失调电流以及低的漂移;⑤足够的带宽和转换速率(无畸变的放大瞬态信号);⑥高输入共模范围(如达几百伏)和高共模抑制比;⑦可调的闭环增益;⑧线性好、精度高;⑨成本低。 2-2 图2-2a所示斩波稳零放大电路中,为什么采用高、低频两个通道,即R3、C3组成的高频通道和调制、解调、交流放大器组成的低频通道? 采用高频通道是为了使斩波稳零放大电路能在较宽的频率范围内工作,而采用低频通道则能对微弱的直流或缓慢变化的信号进行低漂移和高精度的放大。 2-3 请参照图2-3,根据手册中LF347和CD4066的连接图(即引脚图),将集成运算放大器LF347和集成模拟开关CD4066接成自动调零放大电路。 LF347和CD4066接成的自动调零放大电路如图X2-1。
标签: 信号放大电路
上传时间: 2013-10-09
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