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关键词： 极化码   FPGA   SC译码器   SCL译码器   吞吐率  

摘要： 极化码(Polar Code)是一个码长无限大时在独立B-DMC(二进制对称输入无记忆信道)中可以达到信道容量的一种编码方案,这是无线通信领域的重大突破。而且极化码与其他的信道编码方案相比,具有更低的复杂度,更适合应用于硬件上。目前,在应用中大多采用串行抵消(Successive Cancellation,SC)译码算法,但是这种算法延迟较高,还不能满足将来对系统吞吐率和低延迟的要求。本文就如何降低极化码在硬件上的复杂度以及译码延迟,进而提高系统吞吐率展开研究。本文首先对极化码编码和译码算法进行分析和讨论,在此基础上对其编码器和译码器的模块化进行硬件结构设计。完成编译码器的硬件描述文件之后,利用软件平台对其进行逻辑综合以及仿真,以证实其功能的正确性以及可靠性。最后通过硬件完成电路原型验证,确定设计电路的正确性以及可实施性。本文的主要工作内容如下:1、完成极化码的编码器设计与实现。极化码的编码器码长N=1024,通过蒙特卡洛算法确定固定比特和信息比特的位置,通过比特混合、生成矩阵变换、反序重排得到经过极化码编码后的码字,并完成输出。2、实现SC译码器。在本文中,提出极化码译码器的五种结构:FFT结构、树形结构、线型结构、半并行结构和重叠结构。树形结构基于FFT结构进行改进,相比FFT结构,其所消耗的硬件资源和复杂度都要大幅下降;而线型结构又在树形结构的基础上,进一步改进,通过增加一些选择器,减少1/2的计算单元。半并行结构与重叠结构相比于线型结构,其资源利用率以及吞吐率都有所提高,但是前者容易在计算过程中引起资源冲突,后者则是有比较高的复杂度。所以,经过性能比较之后,选择线型结构来进行译码器的硬件实现。SC译码器主要包括中心控制模块、对数似然比计算模块以及部分和模块。中心控制模块主要负责译码过程中数据传送时序,保证数据运算与传输过程中不起冲突;对数似然比模块主要负责LLR的计算;部分和模块负责对已译出比特的部分和计算及反馈。3、设计与实现SCL译码器。相较于SC译码器,SCL译码器增加一个路径计算排序模块,该模块主要负责路径度量值计算以及排序,并将结果反馈给控制模块。此外,基于软件“从左往右”的思想对部分和模块进行优化,有效减少反馈次数,降低计算时延,减少硬件复杂度。实验证明,SCL译码器在50MHZ的时钟频率下,资源占用仅有3.32%,吞吐率达到206Mbps。

关键词： 杂凑运算   SM3   高速设计   现场可编程门阵列  

摘要： SM3算法是国家标准商用密码杂凑算法,广泛应用于数字签名和验证、消息认证码的生成与验证以及随机数的生成等领域。介绍了SM3算法的基本流程,分析了SM3算法高速实现的3种方法,提出了基于双重流水同步迭代的SM3算法高速硬件设计方法,进行了模拟验证和FPGA设计实现,给出了算法性能和综合结果,结果表明所提方法具有较高的运算性能。

关键词： 生产线总体布局   硬件设计   软件设计  

摘要： 汽车轮毂生产线是典型的制造生产线,大到生产线的总体布局,小到每个硬件设计以及软件设计,需要设计与技术人员不断的探索,提高国内自动生产线的技术水平,满足零件的加工与制造.

关键词： 频谱分析   相位差测量   零中频   FFT  

摘要： 随着无线电技术的飞速发展,越来越多的无线电设备被广泛使用,日益增多的无线通信设备会占用更多的频谱资源并加剧信号之间的电磁干扰。为了确保无线通信能够正常进行,现代的部分通信设备除了满足本身的功能需求外还要求具备通信频谱监测和分析的能力。使用传统的台式频谱测量设备,体积稍大且功耗较高,只作为一个无线通信设备的频谱测量模块显得过于浪费,因此设计一款低功耗、体积小,具备扩展性的频谱监测模块符合部分通信设备的使用需求。在频谱测量的基础上,增加相位差测量的功能,相位差是表征两个信号关系的一个重要指标,可以通过测定相位差间接的完成其它参数测量,如信号的频率,输入输出信号的相位关系。本文的主要研究内容如下:1、根据需求指标,拟定总体设计方案,并对总体方案中的各个部分的设计方案进行可行性论证和分析。经过分析论证,采用零中频架构的接收机作为射频前端接收机,并采用FPGA(Field Programmable Gate Array)作为基带处理器,CPCI(Compact Peripheral Component Interconnect)总线接口作为数据通信接口。2、根据确定的总体设计方案,对设备的硬件电路进行设计和分析,主要的电路设计包括射频接收单元电路、FPGA和ARM控制单元电路、时钟电路、CPCI接口电路和电源电路。按照CPCI总线规范,设计一块标准的6U板卡。3、对设备的硬件逻辑实现进行分析和设计,主要在FPGA内部完成相关逻辑实现。主要的设计逻辑包括实现频谱分析的FFT(Fast Fourier Transform)算法,进行相位角计算的Cordic(坐标旋转数字计算方法)算法,以及与上位机通信的CPCI数据通信接口逻辑等。此外,还对射频前端接收机的工作原理、参数配置等进行分析和说明。最后,通过搭建硬件测试平台对相关的参数指标进行验证和测试,根据测试结果验证本课题设计方案的可行性和合理性。综上所述,本论文的主要研究目标是通过零中频架构的接收机来实现频谱分析和相位差的测量。其频谱分析的信号频率最大可为6GHz,并且最大测量带宽为50MHz。相位差的测量范围能够覆盖-18080,并可以同时对两路信号进行测试。本次课题完成的设备具有体积小、重量轻、低功耗、可扩展性强的优点。

关键词： 电路实验教学系统   虚实融合   硬件设计   软件开发  

摘要： 强化学生电路基础和底层硬件的知识储备,培养掌握完备软硬件知识体系,同时具备硬件电路设计开发能力的高素质人才,对于新工艺及新技术层出不穷的现代信息技术(IT)领域显得尤为迫切和重要.学生硬件设计开发能力的培养,除了扎实的理论基础,更重要的是为学生构建突破时间空间约束的软硬件环境,使其得以根据知识掌握程度灵活选择课外时间,在设计合理的在线案例引导下开展自主性探索实践,点燃学生热爱专业的激情和求知欲,这对于当今科学发现应接不暇,各种理论不断推陈出新的知识爆炸年代显得尤为珍贵和重要.　　论文以无线通信系统中应用极为广泛的振荡电路为研究对象,运用Multisim-LabVIEW联合仿真技术及STM32为核心的数字变阻器远程控制技术,融合基于B/S架构的Web开发技术及移动端LabVIEW应用程序开发技术,完成了多终端虚实融合在线电路实验教学系统软硬件的设计开发.主要包括基于PC的虚实融合实验平台、基于Web在线访问及移动端远程交互三大功能模块.论文的主要研究工作和创新点如下:　　(1)在线系统需求分析及总体架构设计.针对目前传统实验教学存在的问题,深入分析系统的设计需求,在明确系统设计目标的基础上,给出总体设计架构.在阐述系统各组成模块功能的基础上,制定系统开发的关键技术及实现方案.　　(2)应用电路的设计及性能研究分析.作为在线实验系统的应用电路,论文首先对振荡电路的工作机理进行详细阐述,在理论分析计算的基础上完成电路拓扑及元件初值的设计.并对振荡电路重要特性展开深入分析,针对傅里叶变换(FFT)在相位噪声分析中出现的频谱泄露问题,论文兼顾主瓣宽度应尽量减小、旁瓣衰减速率应尽量大的要求,为时域信号选择合适窗函数,为提高后续开发相位噪声分析模块的测量准确度提供理论依据.　　(3)虚实融合电路实验平台的设计与实现.该平台作为整个在线系统的核心部分,具体开发工作包括:虚拟电路仿真实验及实际硬件电路远程测控实验.虚拟仿真实验借助于Multisim对电路特性及电路关键元器件参数与振荡电路性能之间的量化关系展开深入的仿真分析.基于Multisim-LabVIEW联合仿真及单片机STM32硬件电路参数远程调控技术,依托NI ELVIS套件开发实验平台主界面,实现虚实交互融合.实验主界面具有可视化、可操作、功能强大、直观具体的特点,其中静态工作点实时动态显示模块,将静态工作点在晶体管饱和区、放大区、截止区上下移动的现象"化抽象为具体",弥补了实际电路无法直观测量静态工作点的不足.　　(4)基于Web及移动端的远程在线访问终端的实现.利用LabVIEW的Web发布技术和"Python+Flask+MySQL"Web开发框架,设计动态可交互Web页面,实现实验平台的在线访问.运用Data Dashboard构建基于移动端的电路实验应用程序,通过LabVIEW网络发布的共享变量与服务器端的实验平台进行数据通信和读写操作,实现移动端对实验平台的远程交互.　　(5)在线系统性能和功能测试.通过浏览器和移动终端对虚实融合电路实验教学系统的功能和性能进行测试,并根据案例引导对虚拟电路仿真实验及硬件电路实验进行测试分析,实现硬件电路测试结果对虚拟仿真分析有效性的验证.　　测试结果表明,论文开发的多终端虚实融合在线电路实验教学系统,研究内容丰富,具有较强的可操作性,使用灵活方便.核心实验平台界面友好,分析功能强大,人机交互顺畅,达到了预期的教学效果,具有一定的实用和推广价值.

关键词： 高采样率   数据采集   时间交替采样   示波器   高分辨率  

摘要： 随着集成电路产业的蓬勃发展,信号检测的难度日趋复杂。为了更好的完成对更复杂信号的测试分析的任务,对高带宽、高采样率以及高分辨率的数据采集系统提出了更高的要求,因此具有高采样率高带宽指标的高分辨率示波器正逐渐占据市场的份额,成为电子测量仪器的重要组成部分。JESD204B串行传输协议相比传统的并行传输有着明显的速度优势,在单片模数转换器(ADC)中的应用较多,但在时间交替采样(TIADC)系统中研究极少。本文的研究内容如下:一、完成基于10GSPS的TIADC采集模块的硬件框架总体设计。通过对TIADC技术的研究,设计了10GSPS数据采集模块的总体框架。并对关键电路模块进行详细的设计分析,给出各模块的设计方案。二、完成数据采集模块的硬件电路设计。设计基于开关电源加线性电源的稳定可靠的电源方案;完成关键器件的选型包括FPGA以及ADC和锁相环,并且设计ADC、FPGA、以及锁相环的外围配置电路;完成满足串行协议的JESD204B的时钟硬件方案设计;完成大容量存储的硬件设计。三、完成高速数据接收和处理模块的设计。设计一种采用JESD204B串行协议的高速数据接收同步的方案,并且利用其协议本身的子类1的确定性延迟同步方案实现单通道多链路同步,以及多器件同步。完成数据拼合,数字触发,并行抽点和波形平均的功能设计,实现了波形的正确重构和显示。四、完成10GSPS系统的多通道的频响的非一致的研究,拟对多通道系统的频响进行分析,研究一种基于时变滤波的误差重构和误差校正技术,使得系统稳定可靠并且具有良好的实时性,在FPGA内部实现该算法,并验证该方法的可行性。通过对采集模块的调试和整机性能的测试,本文设计的10GSPS示波器数据采集模块的实时采样率、模拟带宽、有效位数等主要指标达到设计要求,采集系统的性能和TIADC技术达到国内领先水平。

关键词： 移动通信   稳定跟踪平台   硬件设计   软件开发   三环控制  

摘要： 随着通信技术的发展，“动中通”系统在各领域中的应用越来越广泛。而稳定跟踪平台作为“动中通”系统中最关键的设备之一，能够保证地面接收天线稳定指向跟踪目标。因此设计一款满足性能指标要求的稳定跟踪平台是本文的主要研究内容。　　本文首先通过调查现有的车载三轴稳定跟踪平台的性能指标，并分析了平台具体的功能及需求，完成了平台的总体设计，包括平台的硬件总体设计，软件总体设计，控制方案设计等。本文设计的三轴稳定跟踪平台具有小型化、机动化的特点，能够确保车载环境下对目标的稳定跟踪。　　其次本文将平台的硬件设计与软件设计划分模块进行设计，从而便于测试与排障，并详细介绍了各模块的具体硬件设计与软件设计包括微型控制器模块、姿态检测模块和电机模块。STM32微型控制器通过采集姿态传感器数据并进行解析，从而输出相应的动作指令给伺服电机进行运动，从而保证平台天线对跟踪目标的精确对准。　　最后本文对三轴稳定跟踪平台中跟踪无人机过程中存在的过顶问题和位置跟踪问题给出了解决方法并进行了详细阐述，之后对该平台使用的三环控制策略进行了simmulink建模并进行了仿真调试。

关键词： 图像传感器   SerDes   硬件设计   IMAGE TEST  

摘要： 公路交通运输业是联系各个行业的重要纽带,是推动社会经济发展的关键动力。经过近几年的快速发展,我国公路运输基础设施建设速度明显加快,全国货车保有量明显增大,物流运输能力得到巨大提升。但是货车的高油耗和运输途中存在的众多安全问题成为限制公路运输业发展的两大阻碍,所以研发一款车载高清后视摄像系统势在必行。以其替代传统的玻璃后视镜可以减小汽车行驶中的风阻,达到减小油耗的目的。根据本车载高清后视摄像系统的技术要求,选取OX01A10图像传感器为核心器件,负责对外部环境信息的采集,内部集成数字图像处理芯片的设计进一步减少了生产成本。以MAX96705紧凑型串行器作为POC(Power Over Coaxial Cable)传输线路的发送端,配合接收端MAX9296组成SerDes构架组,可以达到15米的图像信息传输。本文首先对车载高清后视系统的总体构架做出说明,介绍CMOS图像传感器、MAX96705串行器、POC接口等系统主要组成模块的技术特性。其次,对系统的硬件电路设计做了重点阐述,包括电源系统设计、时钟系统设计、信号系统设计的原理图和PCB设计。并且对电路抗干扰设计做出了说明,介绍了本系统设计中为保证信号完整性做出的设计方案。最后对硬件进行调试并根据系统输出信息的要求对图像的中心进行调整,在完成调试工作后利用IMAGE TEST软件进行图像质量测试,将测试结果与行业要求指标相比较,确保系统的各项技术参数达到设计要求。综上所述,车载高清后视摄像系统能适应不同光源环境,实时输出高质量行车环境信息。

关键词： 分布式电源   继电保护   硬件设计  

摘要： 电力系统在新时代发展之下,已经得到了具有智能化特征的发展,而相应的电力系统智能化发展也使得整体分布式电源在发展过程中得到较高程度的创新型改变.将分布式电源予以并网处理后,整体分布式电源将会对主网产生相互性影响,进而使整体电源在具体的应用过程中出现一定程度的创新性问题,从而对使用分布式电源的各类设备造成现实性威胁.此外,当主网出现诸如短路等诸多故障时,如若不能将相应的分布式电源予以清除将使孤岛现象发生,从而对整体电力设备与电力系统造成较为严重的负面后果.基于以上情况,文章对分布式电源的相应功能,进行研究并对相应的分布式电源监控保护设备进行有效的设计,希望能够为我国的分布式电源开发与监控工作提供有效的现实性参考.

关键词： 便携式(微型)光谱仪   FPGA   近红外   探测系统   逻辑设计  

摘要： 近几十年来,近红外光谱技术得到了极大的发展,并在此基础上衍生了各种各样的近红外光谱仪器。因其定性和定量检测的独特优势,在农业生产、食品安全、石油化工、国家安全等领域被广泛使用。但传统的近红外光谱仪器有着体积较大,功耗较高以及价格昂贵等问题,限制了其应用环境。而MEMS技术的出现让近红外光谱仪器的光学结构得到了极大的优化,使得近红外光谱仪器的微型化得以实现。目前国内自产的微型近红外光谱仪器成本较高,因此研发一款高性价比的近红外光谱仪尤为重要。本课题对近红外光谱分析技术进行了研究,基于近红外光谱分析技术,研制了高速、高精度的数据采集系统,同时基于项目组自主研发的近红外光谱仪,设计和开发了多功能、高性能的近红外微型光谱仪并实现了近红外光谱检测,论文的主要研究内容和成果综述如下:1.介绍了本课题的研究背景,分析了近红外光谱仪研究的意义,并在此基础上阐述了近年国内外微型光谱仪的类型以及发展现状。2.介绍了光谱仪及近红外光谱分析技术的基本原理,近红外光谱分析技术的具体步骤及其优势。3.搭建了探测系统的整体框架,通过采用FPGA+ARM的硬件架构,实现了数据协同处理一体化的集成设计理念。基于近红外微型光谱仪的应用与元器件价格的考量,选用了高云GW1N系列FPGA芯片,滨松公司C14384MA的CMOS光电探测器件,亚德诺公司LTC2368CMS的AD转换器件以及意法半导体STM32系列微处理器。逐步完成了C14384MA的驱动电路设计,并根据CMOS器件输出信号分析设计了LTC2368CMS驱动电路、设计了FPGA配置电路、FPGA时钟电路、微处理器的最小电路系统及其外部设备电路设计和FPGA系统的电源电路设计。4.基于GOWIN软件对FPGA进行开发设计,包括:驱动模块、模拟前端接口模块、数据存储和处理模块以及控制模块。利用Verilog语言编写源文件设计驱动脉冲时序,ModelSim（Questa Sim）等软件进行仿真,最后通过Synplify pro软件生成资源报告。5.将FPGA配置文件下载到FPGA芯片中进行板级验证,通过对大豆光谱的检测验证了光谱仪系统的功能性,实现了光谱仪的微型化。