高性能ADC产品的出现，给混合信号测试领域带来前所未有的挑战。并行ADC测试方案实现了多个ADC测试过程的并行化和实时化，减少了单个ADC的平均测试时间，从而降低ADC测试成本。本文实现了基于FPGA的ADC并行测试方法。在阅读相关文献的基础上，总结了常用ADC参数测试方法和测试流程。使用FPGA实现时域参数评估算法和频域参数评估算法，并对2个ADC在不同样本数条件下进行并行测试。 本研究通过在FPGA内部实现ADC测试时域算法和频域算法相结合的方法来搭建测试系统，完成了音频编解码器WM8731L的控制模式接口、音频数据接口、ADC测试时域算法和频域算法的FPGA实现。整个测试系统使用Angilent33220A任意信号发生器提供模拟激励信号，共用一个FPGA内部实现的采样时钟控制模块。并行测试系统将WM8731.L片内的两个独立ADC的串行输出数据分流成左右两通道，并对其进行串并转换。然后对左右两个通道分别配置一个FFT算法模块和时域算法模块，并行地实现了ADC参数的评估算法。在样本数分别为128和4096的实验条件下，对WM8731L片内2个被测.ADC并行地进行参数评估，被测参数包括增益GAIN、偏移量OFFSET、信噪比SNR、信号与噪声谐波失真比SINAD、总谐波失真THD等5个常用参数。实验结果表明，通过在FPGA内配置2个独立的参数计算模块，可并行地实现对2个相同ADC的参数评估，减小单个ADC的平均测试时间。FPGA片内实时评估算法的实现节省了测试样本传输至自动测试机PC端的时间。而且只需将HDL代码多次复制，就可实现多个被测ADC在同一时刻并行地被评估，配置灵活。基于FPGA的ADC并行测试方法易于实现，具有可行性，但由于噪声的影响，测试精度有待进一步提高。该方法可用于自动测试机的混合信号选项卡或测试子系统。
上传时间： 2013-06-07
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随着科学技术水平的不断提高，数字集成电路被广泛应用。通用串行总线USB(Universal Serial Bus)是计算机与外围设备互连的标准接口之一，是一种点对点的通信接口，可同时支持多个外围设备。USB2.0规范的通信速率非常高，其峰值可达480Mbit/s，使得它已经成为目前最流行的外设接口标准。FPGA芯片是今后电子产品发展的趋势，带有USB接口的FPGA系统将有很好的市场需求和发展前景。 论文主要从研究FPGA的结构、Xilinx公司Spartan3F系列中的XC3S400的引脚功能、了解FPGA开发流程、熟悉USB2.0的通信协议以及驱动的一些基本知识入手，目的是完成带有USB接口的FPGA的PCB板的制作和FPGA内部程序的编写以及USB固件的开发。结合了Cypress公司的上位机，开发了基于USB接口的FPGA和PC机通信系统，能够进行数据传输。论文研究了Xilinx的3S400芯片的内部结构和各个引脚的功能，设计了关于Xilinx的3S400最小系统电路图，在Xilinx的FPGA的开发环境，编写了FPGA的代码。由于FPGA内嵌的USB2.0的内核价格昂贵，需要向生产FPGA的芯片厂商购买，因此论文选择了外接USB芯片，虽然增加了PCB板的面积，但其开发成本较低，且技术成熟，大多数USB通信研究者进行广泛研究。论文在详细介绍了USB2.0的通信协议，Cypress公司生产的CY7C68013芯片的结构，以及其固件的开发基础上，开发了基于FPGA的USB与PC机的通信系统，该通信系统可以和上位机进行点对点的数据传输，为大批量的数据通信产品的开发提供了研究和生产的基础。
上传时间： 2013-07-26
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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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图像处理技术应用越来越广泛，特别是工业检测领域。然而，图像处理技术应用的基础是图像的获取，为了更加灵活地设计各种应用产品，本课题研究基于FPGA的面阵 CCD驱动传输电路设计，利用该电路能够获取高质量、高分辨率的图像，为后续的图像处理技术应用打下基础。本文首先介绍了研究意义、CCD图像传感器的发展以及FPGA的产生与发展，接着提出了面阵CCD成像系统总体设计方案，然后针对关键电路的设计进行详尽的分析和说明，这些电路包括时序发生电路、存储器控制电路、USB接口电路以及电源调理电路。其中时序发生电路主要用于产生CCD正常工作所需的各种时序信号以及A/D变换芯片AD9824 所需的工作时序，这些时序都是由FPGA产生的，文中给出了FPGA逻辑设计的基本过程以及仿真波形。本系统采用SDRAM缓存图像信号，为了完成SDRAM的写入、读出以及定时刷新，利用FPGA生成存储器控制电路。系统采用USB接口与计算机通信，因此FPGA 中设计了相应逻辑电路与CY7C68013A USB接口芯片实现信号握手及数据通信，进而与 PC机通信。为了保证各个芯片正常工作，设计电源调理电路实现将输入5V电源转换成多种电压向各个芯片供电。经过初步调试，并根据仿真结果判断驱动传输电路基本达到设计要求。关键词：FPGA，CCD，A/D变换，SDRAM，USB，驱动时序
上传时间： 2013-04-24
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由于各种非线性电力电子装置的和功率开关器件的广泛应用产生了谐波。随着对电能质量要求的不断提高，各种治理谐波的电力电子装置就产生了。谐波治理的方法主要有无源滤波技术和有源电力滤波器技术。传统的方法采用LC 无源滤波器，与无源滤波器相比有源电力滤波器具有很大的优越性，因此越来越多的应用到治理谐波污染中。随着以DSP 和FPGA 的高速发展，以全数字化控制技术实现的有源电力滤波器必将更多的应用到谐波装置中去。本文深入分析了谐波治理的研究背景意义和有源滤波器的研究现状和发展趋势。介绍了有源滤波器的基本的工作原理；分类；谐波的检测方法和控制策略，在各个方法的比较上选用基于瞬时无功功率理论的谐波检测法对谐波电流进行了检测。并提出了一种基于 DSP 及FPGA 控制的有源电力滤波器的设计方案，重点研究了三相并联型有源滤波器的控制系统及硬件设计。本文还对系统的功率器件进行了分析并选用IGBT 作为其开关器件。设计了IGBT 驱动及保护电路，利用理论分析和仿真结果设定了系统直流侧电容和输出电感的参数。对整个系统进行了Simulink 仿真实验，选用DSP 和和FPGA 作为核心处理芯片，DSP 用来采集数据并检测谐波，FPGA 用来实现PWM 脉冲的输出。设计并调试出非线性负载，传感器采集，电流电压调理电路，主电路，过零检测电路，IGBT 的驱动及吸收缓冲电路。并在此基础上搭建出了试验平台。给出了DSP 及FPGA 的软件设计思想和流程。
上传时间： 2013-04-24
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软件通信体系架构(SCA)可以实现一个具有开放性、标准化、模块化的通用软件无线电平台，从而使软件无线电平台的成本得到显著降低，应用灵活性得到极大增强。虽然SCA通过CORBA机制很好地解决了通用处理器设备波形组件的互连互通和可移植问题，但是这种机制不能很好地适用于FPGA这种专用处理器。随着FPGA处理性能的不断提升，它在SCA系统中的作用越来越突出。因此，如何在SCA系统中很好地集成FPGA波形，如何提高FPGA波形的可移植性就成为当前软件无线电研究领域中一个非常重要的研究课题。 论文首先通过对现有的旨在解决FPGA波形可移植性的协议和规范进行了研究，深入分析了它们的优缺点。接下来对MHAL规范、CP289协议、OCP接口规范中的方法加以融合和优化，提出了新的FPGA可移植波形结构。这个结构既为FPGA波形设计了标准的通信接口，又实现了波形应用的分离，同时还通过OCP接口实现了波形组件运行环境的标准化，真正实现了波形的可移植。 其次，论文根据提出的波形结构，结合CP289协议中的操作要求，在原本过于简单的MHAL消息格式的基础上进行了细化，同时具体给出了MHAL消息封装结构和MHAL消息解析结构的处理流程，实现了FPGA波形在SCA系统中的标准通信。论文通过对CP289协议的深入研究，结合实际工程应用，提出了具体化的容器结构，并进一步进行了容器中组件控制模块、互连模块和本地服务模块的设计，实现了波形应用的分离。论文以OCP规范为基础，依据CP289协议中对组件接口的约束，设计了几种典型的组件OCP接口，使得波形组件设计与系统实现相分离，并真正实现了波形运行环境的标准化。 最后，论文根据所设计的波形结构和组件接口设计了一个FPGA验证波形，通过波形的实现，证明FPGA波形组件可以像GPP波形组件一样可加载、可装配、可部署、可装配，验证了论文所设计的FPGA波形是与SCA兼容的。另外，通过对波形组件移植试验，验证了所设计的波形结构和组件接口能够为波形组件提供很好的可移植性。
上传时间： 2013-04-24
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随着图像采集系统的广泛应用，人们对CCD探测系统的要求日益提高。传统的CCD探测系统由于结构复杂，造价较高，己不能满足日益广泛的应用需要。本文设计了一套基于单片FPGA的小型化与经济化的CCD探测系统，能够满足空间光强的测量并实现光信号的识别和处理。 本文研究了CCD探测系统的基本结构。设计了基于单片FPGA的CCD探测系统的硬件电路原理图，完成了硬件电路板制作与调试。系统FPGA选用Altera公司的低成本FPGA芯片EP2C20Q240，电路板采用双层板设计，实现了CCD探测系统的小型化与经济化的目标。利用FPGA器件实现了CCD驱动时序脉冲的设计、实现了单采样与相关双采样的控制程序设计，利用FPGA的数字信号处理功能实现了相关双采样的信号处理。基于FPGA的可编程特性，在不改变外部电路的基础上，通过程序的改变，对CCD驱动频率、模数转换器采样时刻的选择进行方便调节。系统与上位机的数据传输接口采用了网络传输方案，充分发挥了网络传输的远距离传输、远程访问、信息共享等优势，系统采用基于FPGA的NiosⅡ嵌入式处理器系统，通过对其应用软件的开发，实现了系统与上位机之间数据的可靠性传输。
上传时间： 2013-08-06
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本文结合目前国内外航电数据处理系统的发展概况，设计了一款集数据采集、处理、控制及传输于一体的航电处理系统。文章首先深入研究了自适应滤波器原理，分析了LMS算法性能，着重从影响算法性能的因素入手，通过分析仿真，改进算法，提升了算法性能，给出仿真结果分析，并设计应用于系统之中；其次介绍了ARINC-429航空总线和RS-422串行总线的信息标准和传输格式。在此基础上，设计了基于FPGA的解决航电系统数据采集、滤波处理、控制传输和复杂非线性运算的一体化实现方案。选用XILINX公司的FPGA，实现了航电数据采集、传输和控制，集成了ARlNC-429和RS-422两种通信接口，实现了总线冗余，并实现了数据滤波和相应的算法处理。最后，在实验室环境下，对每个模块分别进行了软硬件测试。
上传时间： 2013-07-01
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随着经济的发展，科学技术的进步，永磁电机的研发和控制技术都有了快速的发展。永磁电机的发展也带来了永磁电机控制器的发展，电机控制器已经由传统的模拟元件控制器，逐渐转向数模混合控制器、全数字控制器。基于现场可编程门阵列(FPGA——Field Programmable Gate Array)的新一代数字电机控制技术得到越来越多的关注。现在的FPGA不仅实现了软件需求和硬件设计的完美集合，还实现了高速与灵活性的完美结合，使其已超越了ASIC器件的性能和规模。在工业控制领域，FPGA虽然起步较晚，但是发展势头迅猛。 本文在介绍了传统无刷直流电机控制技术的基础上，分析了采用FPGA实现电机控制的优点。详细介绍了使用硬件编程语言，在FPGA中编程实现永磁无刷直流电机速度闭环控制的各个关键环节，如：PI调节器、数字PWM等等。在实现永磁无刷直流电机速度闭环控制的同时，将速度检测环节采用FPGA实现，减小了系统硬件开销。在实现单台永磁无刷直流电机速度闭环控制的基础上，本文在一片FPGA芯片上实现了多台永磁无刷直流电机的速度闭环独立控制系统。介绍了采用FPGA进行多台电机控制具有独特的优势，这些优势使得FPGA在实现多台电机控制时非常方便，具有单片机(MCU)和数字信号处理器(DSP)无法比拟的优点。文中对基于FPGA的单台和多台永磁无刷直流电机控制系统分别进行了实验验证。 FPGA编程灵活，设计方便，本文在FPGA中实现了各种不同的PWM调制方式。从电路方面详细分析了采用不同的PWM调制，换相时无刷直流电机母线的反向电流问题。借助FPGA平台，对各种PWM调制方式进行了实验，对理论分析进行了验证。 另外，本文介绍了目前非常流行的一种FPGA图形化设计方法，即基于XSG(Xilinx System Generator)的FPGA设计。这种设计方法具有图形化、模块化的优点，大大方便了用户的FPGA开发设计。在XSG中建立的仿真系统，区别于传统的Simulink仿真，可以直接生成相应的硬件编程语言代码下载到FPGA中运行。本文借助XSG软件设计在XSG/Simulink中实现了永磁同步电机矢量控制系统的混合建模算法，并进行了仿真。
上传时间： 2013-04-24
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随着现场可编程门阵列(FPGA)在工业中的广泛应用，使得基于FPGA数字信号处理的实现在雷达信号处理中有着重要地位。模型化设计是一种自顶向下的面向FPGA的快速原型验证法，它不仅降低了FPGA设计门槛，而且缩短了开发周期，提高了设计效率。这使得FPGA模型化设计成为了FPGA系统设计的发展趋势。本文针对常见雷达信号处理模块的FPGA模型化实现，在以下几个方面展开研究：首先对基于FPGA的模型化设计方法进行了研究，给出了模型化设计方法的发展现状和趋势，并对本文中使用的模型化设计方法的软件工具System Generator和AccelDSP进行了介绍。其次使用这两种软件工具对FIR滤波器进行了模型化设计并同RTL(寄存器传输级)设计方法进行对比，全面分析了模型化设计方法和RTL设计方法的优缺点。然后在简明阐述雷达信号处理原理的基础上，使用System Generator对数字下变频(DDC)、脉冲压缩、动目标显示(MTI)及恒虚警(CFAR)处理等雷达信号处理模块进行了自顶向下的模型化设计。在Simulink中进行了功能仿真验证，生成了HDL代码，并在Xilinx FPGA中进行了RTL的时序仿真分析。关键词：雷达信号处理 FPGA 模型化设计 System Generator AccelDSP
上传时间： 2013-07-25
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