随着计算机网络与嵌入式控制技术的迅速发展，作为传统运输行业的铁路系统对此也有了新的要求，列车通信网络应运而生。经过多年的发展，国际电工委员会(IEC)为了规范列车通信网络，于1999年通过了IEC61375-1标准。该标准将列车通信网络分为两条总线：绞线式列车总线(WTB)和多功能车辆总线(MVB)。MVB是一个标准通信介质，为挂在其上的设备传输和交换数据。而多功能车辆总线控制器(MVBC)是MVB与MVB实际物理层之间的接口，其主要实现MVB数据链路层的功能。由于该项关键技术仍被国外公司垄断，因此开发具有自主知识产权的MVBC迫在眉睫。 鉴于上述原因，本文深入研究了IEC61375-1标准。根据MVBC的技术特点，本文提出了使用FPGA来实现其具体功能的方案。挂在MVB总线上的设备分为五类，他们的功能各不相同。而支持4类设备的MVBC具有设备状态、过程数据、消息数据通信和总线管理功能，并且兼容2类和3类设备。本文的目的就是用FPGA实现支持4类设备的MVBC。 本文采用自顶向下的设计方法。整个MVBC主要划分为：编码模块、译码模块、冗余控制模块、报文分析单元、通信存储控制器、主控制单元、地址逻辑模块。在整个开发流程中，使用Xilinx的ISE集成开发环境。使用Verilog HDL硬件描述语言对上述各个模块进行RTL级描述，并用Synplify Pro进行综合。最后，在ModelSim中对各个模块进行了布线后仿真和验证。 在实验室条件下，通过严格的仿真验证后，其结果证明了本文设计的模块达到了IEC61375-1标准的要求。因此，用FPGA实现MVBC这一方案具有可操作性。 关键词：列车通信网；多功能车辆总线；多功能车辆总线控制器；现场可编程门阵列
上传时间： 2013-07-18
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任意波形发生器已成为现代测试领域应用最为广泛的通用仪器之一，代表了信号源的发展方向。直接数字频率合成(DDS)是二十世纪七十年代初提出的一种全数字的频率合成技术，其查表合成波形的方法可以满足产生任意波形的要求。由于现场可编程门阵列(FPGA)具有高集成度、高速度、可实现大容量存储器功能的特性，能有效地实现DDS技术，极大的提高函数发生器的性能，降低生产成本。 本文首先介绍了函数波形发生器的研究背景和DDS的理论。然后详尽地叙述了用FPGA完成DDS模块的设计过程，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。最后就这三个部分分别详细地进行了阐述。 在实现过程中，本设计选用了Altera公司的EP2C35F672C6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。在控制芯片上选用了三星公司的上S3C2440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QuartusⅡ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。论文最后给出了系统的测量结果，并对误差进行了一定分析，结果表明，可输出步进为0.01Hz，频率范围0.01Hz～20MHz的正弦波、三角波、锯齿波、方波，或0.01Hz～20KHz的任意波。通过实验结果表明，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技术实现任意波形发生器的方法是可行的。
上传时间： 2013-08-03
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随着电子技术的不断发展和进步，嵌入式系统也越来越广泛的渗入到人类生活的方方面面。我们生活中常用的手机、数码相机、掌上电脑、便携式扫描仪等等都应用到了嵌入式系统。 论文首先介绍了嵌入式系统，包括嵌入式系统的构成、特点、发展趋势以及FPGA在嵌入式中的应用等，指明嵌入式系统设计一般可分为硬件设计和软件设计两部分。 硬件设计部分，首先介绍了FPGA的相关知识，包括FPGA构成、特性、开发工具、开发流程等，并对论文中选用的Altera公司的CyclonⅡ器件做了详细的介绍。利用SOPC Builder、NiosⅡ等工具设计创建了NiosⅡ CPU内核，添加以太网、Flash、PIO以及VGA接口等模块，生成了一个Nios CPU内核，完成硬件设计。 软件设计部分，研究了嵌入式操作系统的发展、种类、特点等，简单介绍了几种代表性的嵌入式操作系统。选择嵌入式操作系统时，综合考虑了内核、可移植性、可裁剪性、外挂模块、成本、服务等各种因素，最终选用μCLinux操作系统。详细介绍了μCLinux的特点、基本架构、代码结构等。利用NiosⅡIDE为宿主机建立Linux开发环境。在IDE里配置Linux内核和文件系统，编译后上载到做好的硬件平台上。启动μCLinux后将一个C语言编写的九宫格求解程序下载到开发板中运行，检验运行结果，验证嵌入式系统的正确性。 论文所做的只是嵌入式系统的一个应用实例。实际应用过程中，用户可以根据自己的实际需要对软硬件进行修改，以实现不同的功能。
上传时间： 2013-07-19
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通用异步收发器(Universal Asynchronous Receiver Transmitter，UART)是一种能同时支持短距离和长距离数据传输的串行通信接口，被广泛应用于微机和外设之间的数据交换。像8251、NS8250、NS16550等都是常用的UART芯片，但是这些专用的串行接口芯片的缺点是数据传输速率比较慢，难以满足高速率数据传输的场合，而更重要的就是它们都具有不可移植性，因此要利用这些芯片来实现PC机和FPGA芯片之间的通信，势必会增加接口连线的复杂程度以及降低整个系统的稳定性和有效性。 本课题就是针对UART的特点以及FPGA设计具有可移植性的优势，提出了一种基于FPGA芯片的嵌入式UART设计方法，其中主要包括状态机的描述形式以及自顶向下的设计方法，利用硬件描述语言来编制UART的各个子功能模块以及顶层模块，之后将其集成到FPGA芯片的内部，这样不仅能解决传统UART芯片的缺点而且同时也使整个系统变得更加具有紧凑性以及可靠性。 本课题所设计的LIART支持标准的RS-232C传输协议，主要设计有发送模块、接收模块、线路控制与中断仲裁模块、Modem控制模块以及两个独立的数据缓冲区FIFO模块。该模块具有可变的波特率、数据帧长度以及奇偶校验方式，还有多种中断源、中断优先级、较强的抗干扰数据接收能力以及芯片内部自诊断的能力，模块内分开的接收和发送数据缓冲寄存器能实现全双工通信。除此之外最重要的是利用IP模块复用技术设计数据缓冲区FIFO，采用两种可选择的数据缓冲模式。这样既可以应用于高速的数据传输环境，也能适合低速的数据传输场合，因此可以达到资源利用的最大化。 在具体的设计过程中，利用Synplify Pro综合工具、ModelSim仿真工具、ISE集成的软件开发环境中对各个功能模块进行综合优化、仿真验证以及下载实现。各项数据结果表明，本课题中所设计的UART满足预期设计目标。
上传时间： 2013-08-02
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本课题是在课题组已实现的高速串行通信平台的基础上，进一步引伸，设计开源的PCI软核通信模块替代Xilinx公司提供的LogiCORE PCI核，力求在从模式下，做到占用资源更少，传输速度更快，也为以后实现更完整的功能提供平台。 本文以此为背景，基于FPGA平台，搭建以开源的PCI软核为核心的串行通信接口平台，使其成为PCI总线与用户逻辑之间的桥梁，使用户逻辑避开与复杂的PCI总线协议。本课题采用Spartan-II FPGA芯片XC2S200-6FG456C系统开发板作为串行通信接口的硬件实验平台，实现了支持配置读/写交易、单数据段读/写、突发模式读/写、命令/地址译码功能和数据传送错误检测与处理功能的PCI软核。 本文主要阐述了以PCI软核为核心的串行通信平台的实现，首先介绍了PCI软核的编程语言、软件工具和硬件实验平台Spartan-II FPGA芯片XC2S200-6FG456C系统开发板。然后，介绍了PCI总线命令、PCI软核所支持的功能、PCI软核两侧信号的定义、PCI软核配置模块以及探讨了PCI软核的状态机接收、发送数据等过程，分析了PCI软核的数据收发功能仿真，主要包括配置读/写交易、单数据段模式读/写和突发模式读/写的仿真图形，并阐述了管脚约束的操作流程。最后介绍PCI软核模块的WDM驱动，内容包括驱动程序简介、驱动程序的开发、中断处理、驱动程序与应用程序之间的通信以及应用程序操作。最后，对PCI软核的各种性能进行了比较分析。整个模块设计紧凑，完成在实验平台上的数据发送。 设计选用硬件描述语言VerilogHDL，在开发工具Xilinx ISE7.1中完成整个系统的设计、综合、布局布线，利用Modelsim进行功能及时序仿真，使用DriverWorks为PCI软核编写WinXP下的驱动程序，用VC++6.0编写相应的测试应用程序。之后，将FPGA设计下载到Spanan-II FPGA芯片XC2S200-6FG456C系统开发板中运行。 文章最后指出工作中的不足之处和需要进一步完善的地方。
上传时间： 2013-04-24
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互联网、移动通信、星基导航是21世纪信息社会的三大支柱产业，而GPS系统的技术水平和发展历程代表着全世界卫星导航系统的发展状况。目前，我国已经成为GPS的使用大国，卫星导航产业链也已基本形成。然而，我们对GPS核心技术(即如何捕获卫星信号并保持对信号的跟踪)的研究还不够深入，我国GPS产品的核心部分多数还是靠进口。因此，对GPS核心技术的研究是非常紧迫的。 本文首先介绍了GPS的定位原理，之后阐述了GPS接收机的基本原理一直接扩频通信和GPS信号的结构与特性。从这些方面出发研究接收机基带处理器的捕获与跟踪设计方案。 设计过程中，先详细分析了滑动相关的捕获算法和基于FFT的快速捕获算法，并利用matlab进行了验证。由于前者灵活性好且可捕获到高精度的码相位和载波频率，适合于本文的硬件接收机，所以本文确定了滑动相关的捕获方案。 接着分析了跟踪环路的特点，跟踪模块采用码跟踪环和载波跟踪环耦合的方法实现。由于GPS系统通常工作在非常低的信噪比环境中，而非相干环在低信噪比下环路跟踪性能较好，所以码跟踪环采用非相干(DDLL)环实现。这种跟踪环路采用的鉴相器是能量鉴相器，对数据的调制和载波相位都不敏感，鉴相器不会产生不确定量。由于输入信号存在180°相位翻转，而COSTAS锁相环允许数据调制，对I支路和Q支路信号的180°相位翻转不敏感，所以载波跟踪环采用COSTAS锁相环实现。上述算法在matlab环境下得到了验证。 基带处理器电路的主要模块在Quartus II8.0开发平台上利用VHDL硬件描述语言实现。然后利用EDA仿真工具ModelSim-Altera6.1g进行了逻辑仿真。本设计满足系统功能和性能的要求，可以直接用于实时GPS接收机系统的设计中，为自主设计GPS接收机奠定了基础。 最后，由于在弱电磁环境下，捕获失锁后32PPS信号会丢失。所以设计了一个能授时和守时的算法去得到与GPS时同步的精确授时秒信号。并且实现了这个算法。
上传时间： 2013-04-24
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PID算法自从问世以来，一直受到广泛的关注。随着现代控制理论及智能控制技术的发展，PID算法也得到了长足的发展。结合传统的PID控制算法，针对特定的控制领域，出现了一些新的控制算法，模糊PID控制算法就是在此基础上渐渐形成并凸显其控制特色。 同时随着微电子技术的发展，现场可编程逻辑器件FPGA的发展及其EDA技术的日渐成熟，为集成控制芯片开拓了广阔的发展空间。FPGA的发展为基于硬件的算法模块的实现提供了可能性，同时节省了外围的电路，使算法模块的集成度大大提高。 本文针对当前国内外在算法研究方面的热点问题，对模糊PID算法进行了深入的分析和研究。通过对汽轮机调节系统的结构分析，对其进行了数学建模。采用某汽轮机的实际设计运行参数，利用Matlab仿真软件，对该汽轮机的数学模型进行了甩负荷动态特性仿真。仿真结果表明，模糊PID可以更好地解决汽轮发电机组在甩负荷过程中由于机组转子飞升量太大而导致危急保安装置动作，使得汽轮发电机组意外停机的问题，能够保证汽轮发电机组在意外甩负荷时机组正常的机械运转。根据模糊控制理论的特点及EDA技术和FPGA可编程逻辑器件的发展现状，提出了在FPGA上实现模糊PID算法的具体实现方案。在综合分析算法特性的基础上，选择Altera公司生产的CycloneⅡ系列中的EP2C35F672C6作为目标芯片，利用分层模块化设计思想，在Altera公司提供的QuartusⅡ开发环境中，利用原理图设计输入和VHDL设计输入相结合的方式实现了模糊PID控制算法，同时分别对实现的各个功能模块和整个算法模块进行了功能时序仿真。根据仿真结果分析，该设计实现了的模糊PID控制功能。 该控制算法模块的FPGA实现很好的避免了因CPU或者其它问题导致算法程序跑飞、程序死循环、复位不可靠等问题，提高了控制的可靠性。同时加强了模块的通用性，减少了系统硬件开发周期，节省了外围设备的电路，降低了设计开发成本。
上传时间： 2013-07-21
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现代的计算机追求的是更快的速度、更高的数据完整性和灵活性。无论从物理性能，还是从电气性能来看，现今的并行总线都已出现了某些局限，无法提供更高的数据传输率。而SATA以其传输速率快、支持热插拔、可靠的数据传输等特点，得到各行业越来越多的支持。 目前市场上的SATA IP CORE都是面向IC设计的，不利于在FPGA上集成，因此，本文在Xilinx公司的Virtex5系列FPGA上实现SATAⅡ协议，对SATA技术的推广、国内逻辑IP核的发展都有一定的意义。 本文将SATAⅡ协议的FPGA实现划分成物理层、链路层、传输层和应用层四个模块。提出了物理层串行收/发器设计以及物理链路初始化方案。分析了链路层模块结构，给出了作为SATAⅡ链路层核心的状态机的设计。为满足SATAⅡ协议3．0Gbps的速率，采用扩大数据处理位宽的方法，设计完成了链路层的16b/20b编码模块，同时为提高数据传输可靠性和信号的稳定性，分别实现了链路层CRC校验模块和并行扰码模块。在描述协议传输层的模块结构的基础上，给出了作为传输层核心的状态机的设计，并以DMA DATA OUT命令的操作为例介绍了FIS在传输层中的处理过程。完成了命令层协议状态机的设计，并实现了SATAⅡ新增功能NCQ技术，从而使得数据传输更加有效。最后为使本设计应用更加广泛，设计了基于AHB总线的用户接口。 本设计采用Verilog HDL语言对需要实现的电路进行描述，并使用Modelsim软件仿真。仿真结果表明，本文设计的逻辑电路可靠稳定，与SATAⅡ协议定义功能一致。
上传时间： 2013-06-16
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软件无线电（Software Defined Radio）是无线通信系统收发信机的发展方向，它使得通信系统的设计者可以将主要精力集中到收发机的数字处理上，而不必过多关注电路实现。在进行数字处理时，常用的方案包括现场可编程门阵列（FPGA）、数字信号处理器（DSP）和专用集成电路（ASIC）。FPGA以其相对较低的功耗和相对较低廉的成本，成为许多通信系统的首先方案。正是在这样的前提下，本课题结合软件无线电技术，研究并实现基于FPGA的数字收发信机。 @@ 本论文主要研究了发射机和接收机的结构和相关的硬件实现问题。首先，从理论上对发射机和接收机结构进行研究，找到收发信机设计中关键问题。其次，在理论上有深刻认识的基础上，以FPGA为手段，将反馈控制算法、反馈补偿算法和前馈补偿算法落实到硬件电路上。同步一直是数字通信系统中的关键问题，它也是本文的研究重点。本文在研究了已有各种同步方法的基础上，设计了一种新的同步方法和相应的接收机结构，并以硬件电路将其实现。最后，针对所设计的硬件系统，本文还进行了充分的硬件系统测试。硬件测试的各项数据结果表明系统设计方案是可行的，基本实现了数字中频收发机系统的设计要求。 @@ 本文中发射机系统是以Altera公司EP2C70F672C6为硬件平台，接收机系统以Altera公司EP2S180F1020C3为硬件平台。收发系统均是在Ouartus Ⅱ 8．0环境下，通过编写Verilog HDL代码和调用Altera IP core加以实现。在将设计方案落实到硬件电路实现之前，各种算法均使用MATLAB进行原理仿真，并在MATLAB仿真得到正确结果的基础上，使用Quartus Ⅱ 8．0中的功能仿真工具和时序仿真工具进行了前仿真和后仿真。所有仿真结果无误后，可下载至硬件平台进行调试，通过Quartus Ⅱ 8．0中集成的SignalTap逻辑分析仪，可以实时观察电路中各点信号的变化情况，并结合示波器和频谱仪，得到硬件测试结果。 @@关键词：SDR；数字收发机；FPGA；载波同步；符号同步
上传时间： 2013-04-24
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GSM是全球使用最为广泛的一种无线通信标准，不仅在民用领域，也在铁路GSM-R等专用领域发挥着极为重要的作用。由于无线信道具有瑞利衰落和延时效应，在通信系统的收发两端也存在不完全匹配等未知因素，因此接收的信号叠加有各种误差因素的影响。GSM接收机的实现离不开系统的同步，为了得到更好的同步质量，就必须对GSM基带同步技术进行研究，选择一种最合适的同步算法。GSM的同步既有时间同步，也有频率同步。 @@ 软件无线电是当前通信领域引入注目的热点之一。长期以来，GSM的接收和解调都是由专用的ASIC芯片来完成的，通过软件来实现GSM接收机的基带算法，体现了软件无线电技术的思想，选择用它们来实现的GSM接收机具有灵活、可靠、扩展性好的优点。 @@ 论文主要讨论GSM接收机同步算法与基于FPGA和DSP的GSM接收机设计， @@ 主要内容包括： @@ 通过相关理论知识的学习，设计验证了GSM基带同步算法。对FB时间同步，讨论了包络检测和FFT变换两种不同的方法；对SB时间同步，介绍实相关和复相关两种方法；对频率同步，给出了一种对FB运用相关运算来精确估计频率误差的算法。 @@ 设计了使用GSM射频收发芯片RDA6210并通过实验室的ALTERA EP3C25FPGA开发板进行控制的GSM射频端的解决方案，论文对RDA6210的性能和控制方式进行了详细的介绍，设计了芯片的控制模块，得到了下变频后的GSM基带信号。 @@ 设计了基于RF前端+FPGA的GSM接收机方案。利用ALTERA EP2S180开发平台来完成基带数据的处理。针对ALTERA EP2S180开发平台模数转换器AD9433的特点使用THS4501设计了单独的差分运算放大器模块；设计了平台的数据存储方案并将该平台得到的基带采样数据用于同步算法的仿真。 @@ 设计了基于RF前端+DSP的GSM接收机方案。利用模数转换器AD9243、FPGA芯片和TMS320C6416TDSP芯片来完成基带数据的处理。设计了McBSP+EDMA传输的数据存储方案。 @@ 给出了接收机硬件测试的结果，从多方面验证了所设计硬件平台的可靠性。 @@关键词：GSM接收机；同步；RF； FPGA；DSP；
上传时间： 2013-07-01
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