该课题通过对开放式数控技术的全面调研和对运动控制技术的深入研究,并针对国内运动控制技术的研究起步较晚的现状,结合激光雕刻领域的具体需要,紧跟当前运动控制技术研究的发展趋势,吸收了世界开放式数控技术和相关运动控制技术的最新成果,采纳了基于DSP和FPGA的方案,研制了一款比较新颖的、功能强大的、具有很大柔性的四轴多功能运动控制卡.该论文主要内容如下:首先,通过对制造业、开放式数控系统、运动控制卡等行业现状的全面调研,基于对运动系统控制技术的深入学习,在比较了几种常用的运动控制方案的基础上,确定了基于DSP和FPGA的运动控制设计方案,并规划了板卡的总体结构.其次,针对运动控制中的一些具体问题,如高速、高精度、运动平稳性、实时控制以及多轴联动等,在FPGA上设计了功能相互独立的四轴运动控制电路,仔细规划并定义了各个寄存器的具体功能,设计了功能完善的加/减速控制电路、变频分配电路、倍频分频电路和三个功能各异的计数器电路等,完全实现了S-曲线升降速运动、自动降速点运动、A/B相编码器倍频计数电路等特殊功能.再次,介绍了DSP在运动控制中的作用,合理规划了DSP指令的形成过程,并对DSP软件的具体实现进行了框架性的设计.然后,根据光电隔离原理设计了数字输入/输出电路;结合DAC原理设计了四路模拟输出电路;实现了PCI接口电路的设计;并针对常见的干扰现象,提出了有效的抗干扰措施.最后,利用运动控制卡强大的运动控制功能,并针对激光雕刻行业进行大幅图形扫描时需要实时处理大量的图形数据的特别需要,在板卡第四轴完全实现了激光控制功能,并基于FPGA内部的16KBit块RAM,开辟了大量数据区以便进行大幅图形的实时处理.
上传时间： 2013-06-09
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现场可编程门阵列(FPGA)是近年来迅速发展起来的新型可编程器件。随着它的不断应用和发展，也使电子设计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。快速傅里叶变换(FFT)作为数字信号处理的核心技术之一，是离散傅里叶变换的运算时间缩短了几个数量级。FFT已经成为现代信号处理的重要理论之一。 该文的目的就是研究如何应用FPGA实现FFT算法，研制具有自己知识产权的FFT信号处理器具有重要的理论意义和实用意义。 设计采用基4算法设计了一个具有实用价值的FFT实时硬件处理器。其中使用了改进的CORDIC流水线结构设计了FFT的蝶型运算单元，将硬件不易于实现、运算缓慢的乘法单元转换成硬件易于实现、运算快捷的加法单元。并根据基4算法的寻址特点设计了简单快速的地址发生器。整体采用流水线的工作方式，并将双端口RAM、只读ROM全部内置在FPGA芯片内部，使整个系统的数据交换和处理速度得以提高。 整个设计利用ALTERA公司提供的QUARTUSⅡ4.0开发软件，采用先进的层次化设计思想，使用一片FPGA芯片完成了整个FFT处理器的电路设计。整体设计经过时序仿真和硬件仿真，运行速度达到100MHz以上。
上传时间： 2013-07-01
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频率合成技术广泛应用于通信、航空航天、仪器仪表等领域，目前，常用的频率合成技术有直接频率合成、锁相频率合成和直接数字频率合成(DDS)等。其中DDS是一种新的频率合成方法，是频率合成的一次革命。全数字化的DDS技术由于具有频率分辨率高、频率切换速度快、相位噪声低和频率稳定度高等优点而成为现代频率合成技术中的佼佼者。随着数字集成电路、微电子技术和EDA技术的深入研究，DDS技术得到了飞速的发展。 DDS是把一系列数字量化形式的信号通过D/A转换形成模拟量形式的信号的合成技术。主要是利用高速存储器作查寻表，然后通过高速D/A转换产生已经用数字形式存入的正弦波(或其它任意波形)。一个典型的DDS系统应包括以下三个部分：相位累加器可以时钟的控制下完成相位的累加；相位一幅度码转换电路一般由ROM实现；D/A转换电路，将数字形式的幅度码转换成模拟信号。 现场可编程门阵列(FPGA)设计灵活、速度快，在数字专用集成电路的设计中得到了广泛的应用。本论文主要讨论了如何利用FPGA来实现一个DDS系统，该DDS系统的硬件结构是以FPGA为核心实现的，使用Altera公司的Cyclone系列FPGA。 文章首先介绍了频率合成器的发展，阐述了基于FPGA实现DDS技术的意义；然后介绍了DDS的基本理论；接着介绍了FPGA的基础知识如结构特点、开发流程、使用工具等；随后介绍了利用FPGA实现直接数字频率合成(DDS)的原理、电路结构、优化方法等。重点介绍DDS技术在FPGA中的实现方法，给出了部分VHDL源程序。采用该方法设计的DDS系统可以很容易地嵌入到其他系统中而不用外接专用DDS芯片，具有高性能、高性价比，电路结构简单等特点；接着对输出信号频谱进行了分析，特别是对信号的相位截断误差和幅度量化误差进行了详细的讨论，由此得出了改善系统性能的几种方法；最后给出硬件实物照片和测试结果，并对此作了一定的分析。
上传时间： 2013-04-24
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移动通信是目前通信技术中发展最快的领域之一，CDMA技术凭借其良好的抗噪性、保密性和低功率等优势成为第三代移动通信的关键技术。目前大规模可编程逻辑器件FPGA为CDMA移动通信系统的设计提供了新的技术手段。 本文在深入分析CDMA通信系统的原理和特点的基础上，提出了CDMA基站基带系统的总体设计方案，论述了CDMA基站基带系统前向链路和反向链路中各个信号处理模块的工作原理，对CRC编码模块、卷积编码模块、块交织器、PN码生成器、Walsh码发生器、基带成形滤波器、QPSK调制器、PN码捕获与跟踪模块、Viterbi译码器等CDMA基站基带系统的各个模块进行了基于FPGA的建模和设计，取得了一些有价值的阶段性成果。这些对CDMA移动通信系统进行深入探索、研究和设计，具有一定的学术意义和应用价值。
上传时间： 2013-04-24
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直接数字频率合成(DDS)是七十年代初提出的一种新的频率合成技术，其数字结构满足了现代电子系统的许多要求，因而得到了迅速的发展。现场可编程门阵列器件(FPGA)的出现，改变了现代电子数字系统的设计方法，提供了一种全新的设计模式。本论文结合这两项技术，并利用单片机控制灵活的特点，开发了一种双通道波形发生器。在实现过程中，选用了Altera公司的EP1C6Q240C8芯片作为产生波形数据的主芯片，充分利用了该芯片的超大集成性和快速性。在控制芯片上选用ATMAL的AT89C51单片机作为控制芯片。本设计中，FPGA芯片的设计和与控制芯片的接口设计是一个难点，本文利用Altera的设计工具Quartus Ⅱ并结合Verilog-HDL语言，采用硬件编程的方法很好地解决了这一问题。 本文首先介绍了波形发生器的研究背景和DDS的理论。然后详尽地叙述了用EP1C6Q240C8完成DDS模块的设计过程，这是设计的基础。接着分析了整个设计中应处理的问题，根据设计原理就功能上进行了划分，将整个仪器功能划分为控制模块、外围硬件、FPGA器件三个部分来实现。然后就这三个部分分别详细地进行了阐述。并且通过系列实验，详细地分析了该波形发生器的功能、性能、实现和实验结果。最后，结合在设计中的一些心得体会，提出了本设计中的一些不足和改进意见。通过实验说明，本设计达到了预定的要求，并证明了采用软硬件结合，利用FPGA实现基于DDS架构的双路波形发生器是可行的。
上传时间： 2013-04-24
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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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在卫星通信、移动通信技术快速发展的今天，短波这一最古老和传统的通信方式不仅没有被淘汰，还在快速发展。其通信距离远、设备简单以及移动方便等优点被广泛应用于无线通信领域。 数字调制技术作为通信领域中极为重要的一个方面，也得到了迅速发展。全数字调制解调技术的使用使各类现代调制解调技术融合一体，目前国内多速率/多制式调制解调大多基于通用．DSP实现，支持的速率比较低。由于运算量大和硬件参数的限制，采用通用DSP无法胜任高速率调制解调的任务。现代FPGA可以提供支持以低系统丌销、低成本实现高速乘．累加超前进位链的DSP算法。本文采用理论与实践相结合的方式研究基于FPGA技术来实现短波数字信号的调制解调。通过对具体的FPGA系统设计与调试，将理论应用到实际中。 本文通过具体的EPlC60240C8芯片作为处理器的FPGA实验板，研究了短波数字信号调制解调的设计与丌发过程。分析了现代通信的各种调制方式．误码率。得出了不同的调制方式的优劣性。最后重点提出了QPSK的调制解调方法。给出了Qf'SK的调制解调框图、QPSK的SystemView系统仿真、VHDL程序进行调制解调，在OUARTUS上进行仿真。然后设计AD/DA输入输出电路，对短波数字信号进行调制解调。通过设计的AD/DA电路输入短波数字信号进行调制解调，然后输出原始的模拟信号。文中还对比了其他的调制解调方式，通过对比，发现不同的调制解调方式对短波信号的影响。最后，通过比较FPGA与DSP在处理高速率、大容量的数字信号，得出不同的结论。展示了FPGA在这方面的优越性。
上传时间： 2013-06-05
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在船舶交管系统中，雷达信息处理是最重要的组成部分。视频回波处理中的杂波处理要求实时性很高，大约要在一个距离单元的时间(0.05-0.1us)内完成。杂波处理如恒虚警处理本身比较复杂，这类处理过程又要求快速，图像显示系统要求及时的把接收到的雷达方位数据从极坐标转换成直角坐标。在软件上实现这些算法虽然精度可以达到，但是实时性问题不能满足。因此这类问题多采用高速专用数字设备来实现。FPGA在数字信号处理领域有非常广阔的应用前景，以其优良的性能在数字信号处理中发挥了重大的作用。CORDIC算法可以在硬件上以很高的精度实现一些函数和运算。针对以上几点，本文提出了利用CORDIC算法，基于FPGA来实现雷达信号处理和图像显示的算法研究，用硬件来实现正弦、余弦、正切、乘法、除法、指数和对数等基本函数和运算，把他们设计成为可重用的IP core，这样可以满足实时性和精度的问题。从而在将来的算法研究中方便的调用，这样在算法研究中可以节约大量的时间，在一定程度上降低研究的难度。 围绕雷达信号处理和图像显示，本次课题设计主要做了如下工作： 1．对CORDIC算法进行分析和研究，以及它在雷达信号处理和图像显示中的影响。 2．成功用硬件描述语言在Xilinx公司软件ISE的环境下编写代码，在Synplify和Modelsim上做了综合和仿真。 3．对实验结果进行精度和速度分析。 4．对雷达信号处理和图像显示的相关算法进行分析和研究。 5．从实例分析IP core的特点，对算法研究的影响和IP core在雷达信号处理和图像显示中的应用。 最终在实践环节，成功利用CORDIC算法，在FPGA上实现可重用的IP core，这些IP core能够以很高的精度实现一些基本函数和运算，在雷达信号处理与图像显示中起到很大的作用。
上传时间： 2013-07-16
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GPS全球定位系统是美国国防部为军事目的而建立的卫星导航系统，其主要目的是解决海上、陆地和空中运载工具的导航定位问题。GPS作为新一代卫星导航系统，不仅具有全球、全天候、连续、高精度导航与定位能力，而且具有优良的抗干扰性和保密性。因此，发展全球定位系统是当今导航技术现代化的一个重要标志。在GPS接收机中，为了得到导航电文并对其进行解算，要完成复杂的信号处理过程。其中，怎样捕获到卫星信号，并对C/A码进行跟踪是研制GPS接收机的重要问题之一。本文在对GPS信号的结构进行深入的分析后，结合FPGA的特点，对算法进行设计及优化后，给出了相应的仿真。内容主要包括以下几个方面： 1.对GPS信号结构的产生原理进行了深入地分析，并对GPS信号的调制机理进行详细地阐述。 2.在GPS信号的捕获方面，采用了基于FFT频域的快速捕获的方法，即将接收到的GPS信号先利用快速傅立叶变换(FFT)变换到频域，在频域完成相应的运算后，再利用傅立叶反变换(IFFT)变换到时域。从而大大减少了计算量，加快了信号捕获的速度，提高了捕获性能。 3.在C/A码跟踪部分，本文采用了非相干延迟锁定环对C/A码进行跟踪。来自载波跟踪环路的本地载波将输入的信号变成基带信号，然后分别和本地码的三个不同相位序列进行相乘，将相乘结果进行累加，经过处理将得到码相位和当前的载波频率送到载波跟踪环路。 4.载波跟踪环，本文采用的是科斯塔斯环。载波跟踪环和码跟踪环在结构上相似，故本文只对关键的载波NCO进行了仿真。 本文的创新点主要是使用FPGA对整个GPS信号的捕获及C/A码的跟踪进行设计。此外，根据FPGA的特点，在不改变外部硬件设计的前提下，改变相应的IP核或相关的VHDL程序就可对系统进行各种优化设计，以适应不同类型的GPS接收机的不同功能。
上传时间： 2013-06-27
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