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关键词： 可重构波形   数模转换器   电路设计   直接数字合成   卫星导航  

摘要： 随着卫星导航应用的范围越来越广泛，建设北斗卫星导航系统及发展北斗卫星导航终端，对于提高我国的国际地位、促进经济社会的发展、保障国家安全等许多方面都具有重大特殊的影响。其中，设计一款高带宽与高分辨率的复杂波形产生器是提高北斗卫星导航终端抗干扰性能及研发新一代导航终端的关键一步。论文研究了一种基于动态可重构波形产生技术的复杂波形产生基带硬件系统。论文完成的主要工作如下:\n 首先，给出了基于动态可重构波形产生技术的系统整体设计架构，分析了实现各个模块的多种方案，并从中选择了合适的方案。同时，介绍了应用最为广泛的复杂波形产生技术——直接数字合成(DDS)技术的原理及基本结构。\n 其次，分模块对复杂波形发生器基带硬件电路设计及FPGA逻辑设计进行了介绍。其中，电路设计包括PXI总线接口电路设计、FPGA电路设计、数模转换器(DAC)电路设计、DDR2 SDRAM电路设计;FPGA逻辑设计包括时钟产生模块、DDR2 SDRAM嵌入式控制器、数据缓存FIFO、上位机命令及数据接收模块、规则信号产生模块、DDR2及FIFO读写逻辑控制模块设计。\n 最后，完成了复杂波形产生基带硬件系统的测试以及测试结果的分析。主要包括FPGA配置模块测试、PXI总线模块测试、DAC模块测试、DDR2 SDRAM模块测试和产生复杂波形测试。测试表明基带硬件模块工作正常，产生的波形性能良好，达到设计要求。

关键词： 航天技术   星载视频压缩系统   硬件设计   数字信号处理  

摘要： 随着航天技术的不断发展和空间活动的日益频繁，视频在航天领域中的应用和需求越来越广。星载视频数据量巨大，在进行存储或下行之前必须进行有效的压缩。\n TMS320C64x系列DSP是TI公司的高性能DSPs，数据处理能力强，同时有MIL38535 Q级产品，为星载实时视频编码器的应用提供了有效的解决方案。DM642是TI公司推出的一款基于C64x内核的面向数字多媒体的高性能DSP，可以方便、无缝对接视频解码器件和以太网数据传输接口。在720MHz主频时，运算能力可达5760MIPS，是现实视频压缩系统的理想平台。\n 本文以DM642为核心，详细分析和设计了星载视频压缩系统的硬件平台。首先描述了整个系统硬件框架和系统与上下级的通信接口;接着针对各个模块进行原理设计，绘制电路原理图，最终设计出PCB电路板;然后编写了主要模块的驱动程序，同时提出了应用程序的二次引导加载和烧写方案;最后结合软硬件对系统进行了调试与测试。\n 本文给出的硬件平台能够满足空间应用的要求，研究的成果能为DSP在空间领域的其他应用提供一定的经验和技术积累，有很好的指导和借鉴意义。

关键词： 红外光子轴温探测器   硬件电路设计   TEC控制   PID算法   铁路安全  

摘要： 红外光子轴温探测器是基于红外温度检测技术，判别列车车轮轴承安全状态，防止列车车轮热轴、切轴的重要设备。随着我国铁路第六次大面积提速，围绕高速铁路轴温探测技术研究出可靠、稳定、误报率低的红外探测系统是当前提高铁路安全的重要举措。\n 本课题在深入分析用于高速铁路的碲镉汞光子探测器的基础上，结合红外测温、模拟信号放大、嵌入式处理器、网络通信及半导体制冷知识，为建立一个可靠、稳定的轴温探测系统，提高故障兑现率，进行了以下几方面的研究工作:\n (1)在充分了解铁路红外探测技术的发展以及研究现状的基础上，比较、分析光电探测器种类，确定采用具有高探测率的四点碲镉汞光子探测器，提出铁路红外探头的硬件设计框架，完成原理图以及PCB电路板的设计。\n (2)针对光子探测器轴温信号的输出幅值小、噪声大的特性，设计微弱信号的前级模拟放大电路、抑制高频噪声的硬件低通滤波器和提高信号幅度的二级放大电路。这些技术保证了信号的高增益、低噪声、稳定性好的特点，有利于提高轴温监测系统探测准确度。\n (3)针对光子探测器对工作环境温度及稳定性的要求，设计模拟制冷控制电路，提出了基于STM8L单片机的数字PID的制冷方案，运用Matlab等仿真工具进行PID参数整定及两种方案的制冷温度测试及分析。在数字PID设计中采用集成的开关驱动器MAX1969，简化了电路复杂度，提高了系统制冷精度效率，降低了系统功耗。\n (4)设计多样化的电源系统，依据电流、功耗、隔离等因素，采用DC-DC电源模块、线性LDO等多种电源器件。针对不同电路进行电源纹波抑制，对放大电路进行噪声分析、增益分析、阻抗分析，对参数进行调节，为轴温信号的可靠性、温度漂移的抑制提供了依据。\n 最后对温度定标及曲线分析，监测信号的漂移情况，并对制冷系统制冷能力测试。

关键词： 自动测试系统   LXI矩阵开关   ARM9处理器   硬件设计   软件设计  

摘要： 随着科学技术的发展，越来越多的领域，尤其是军事和工业领域，都对自动测试系统提出了更多的要求，而开关系统是整个自动测试系统的枢纽与核心，科研工作者在其可靠性、灵活性和自动化程度上都加大了投入，研制出高性能的开关系统是提高自动测试系统性能的一个重要条件。基于网络的LXI测试系统总线的出现，使得测试系统的灵活性和自动化程度都大大提高，尤其是B类LXI设备所具有的PTP精密时钟同步特性，是未来自动测试系统的一个重点的发展方向。\n 本文提出了一种基于S3C2410 ARM9处理器，嵌入式Linux操作，带有LXI B类功能的4×8路的矩阵开关模块的实现方案。论文首先介绍了LXI仪器和矩阵开关系统的发展现状，分析了LXI B类系统的关键技术，接着对系统的总体方案进行了论证，包括矩阵开关模块的硬件设计，LXI关键技术的实现方法。接下来对系统的硬件和软件设计进行了详细的描述，包括操作系统的选择，Linux的开发流程以及内核移植，VXI-11协议的实现，IEEE1588的软件按实现方法等。\n 最后，论文介绍了测试内容和测试方法，对本系统的性能进行了全面的测试。

关键词： LZ77算法   数据无损压缩   硬件设计   云计算   海量数据存储   现场可编程门阵列  

摘要： 云计算作为一个新兴的技术名词，近年来随着科技的不断进步也逐渐的被提上日程。然而，云计算的发展也面临着诸多的挑战，其中，海量数据存储和传输问题尤为显著。近年来，虽然数据存储和传输技术得到了飞速的发展，但是仍然无法很好的解决这两个突出的问题。为此，寻求解决海量数据存储和传输问题的方法是云计算发展的重要任务之一。通过研究发现，数据无损压缩对解决海量数据存储和传输问题具有重要作用。目前，数据无损压缩算法在数据存储和传输领域得到了广泛运用。GZIP（GNUzip的简称）是一种非常著名的数据压缩算法，算法无专利保护，复杂度适中，适合硬件设计，由LZ77算法（Abraham Lempel和Jacob Ziv在1977年提出）、静态Huffman算法及动态Huffman算法（David ***提出）组成。平均35％的数据压缩率将显著降低数据存储空间、提升数据传输效率。\n GZIP压缩算法虽然取得了较好的数据压缩率，但是在数据压缩过程中占用大量的CPU(CentralProcessing Unit，中央处理单元)资源，串行的处理过程导致处理速度比较慢。故而，本论文提出了一种全新的GZIP压缩算法硬件结构，可以释放所占用的CPU资源，提升系统性能。通过进一步研究发现，GZIP压缩算法中LZ77算法部分是其性能的瓶颈，为此，本论文提出了一种全新的LZ77算法硬件结构，并基于该硬件结构实现了多种高效的硬件加速方案，使得LZ77算法的数据吞吐率得以显著提升，进而将GZIP压缩算法的数据吞吐率相比较软件设计提升了11倍左右，并在XilinxVirtex-6 FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）ML605开发平台进行了测试和验证。\n 本论文提出了一种全新的LZ77算法硬件结构，并基于该硬件结构实现了多种数据加速方法，进而使得GZIP压缩算法不仅具有较好的数据压缩率，而且取得了较高的数据吞吐率，使其在云计算中实时的处理海量数据成为可能。

关键词： OAM子层   千兆以太网   IEEE802.3标准   交换机芯片   硬件设计  

摘要： 以太网技术自诞生以来，以其简单易用、价格低廉等特点成为了局域网的主导技术，并逐渐从局域网延伸到电信网。而由于传统的以太网缺少一种高可靠的运行、管理与维护(Operations，Administration and Maintenance，OAM)机制，以太网的发展出现了瓶颈。为解决该问题，各研究团体和标准组织都积极进行以太网OAM相关的技术研究和标准制定。IEEE802.3是IEEE组织制定的以太网标准，它提出了传统以太网所没有的OAM子层，以适应可管理、易维护的网络需求。目前IEEE802.3提出的OAM主要用于解决“第一公里以太网”(Ethernet in the First Mile，EFM)中的常见链路问题。\n 本文以IEEE802.3为标准，提出了一种应用于千兆以太网二层交换机芯片内部的OAM子层的硬件设计方案。通过分析IEEE802.3标准中的OAM子层，将其分为控制模块、报文解析模块与多路复用模块三个部分:控制模块控制OAM报文的发送和接收、支持Discovery进程;报文解析模块解析接收到的数据帧并处理OAM报文、MAC帧及PAUSE帧，支持链路故障定时、支持对接收数据帧的统计、支持远端环回与对错误环回帧的丢弃;多路复用模块转发OAM报文与正常网络报文，支持对传输网络报文的统计。本文用Verilog硬件描述语言实现RTL级电路设计，并用System Verilog语言搭建验证平台进行VCS仿真，采用40nm工艺库进行DC综合，最后用FPGA进行验证,结果表明本文设计方案可以实现IEEE802.3标准中OAM子层的基本功能，达到预期指标。\n 本文基于IEEE802.3标准，根据实际应用背景对标准提出的功能进行了优化，对数据传输采用流水线技术与流量控制方法，对以太网OAM子层进行了硬件设计，其系统时钟频率可达到250MHz，传输带宽可达到1Gbps，在EFM中具有一定的工程应用价值。

关键词： 无线移动通信   降维检测算法   MIMO技术   硬件设计   模拟仿真  

摘要： 伴随着全球移动用户数量的增加和用户需求的日益多元化，频谱资源的严重不足已经成为制约无线通信行业快速发展的瓶颈。而多输入多输出(MIMO)技术能在不增加系统带宽的情况下成倍的提高频谱利用率和系统容量，已成为下一代无线通信领域研究的热点。\n 本文首先介绍了MIMO技术原理以及MIMO-OFDM系统模型，并在此基础上分别对MIMO检测以及信道译码部分进行了重点研究。在MIMO检测技术方面，主要研究了最大似然检测算法(ML)、迫零检测算法(ZF)、最小均方误差检测算法(MMSE)和降维检测算法(HPML)，并对这四种算法的检测性能进行了分析和仿真。综合考虑算法的检测性能和复杂度，本文使用降维检测算法进行硬件实现。此外，为了提高传输性能，本文还对整个系统的信道译码技术进行了研究，最终采用RS(31,15)做为本系统的信道译码方案。\n 最后，本文详细阐述了MIMO降维检测算法以及RS译码的硬件实现过程，并且给出了各模块的时序仿真波形。

关键词： 矿用微型电动机   短路故障   运行维护   电机保护   硬件电路设计   Matlab仿真  

摘要： 矿用微型电动机是矿井生产的主要动力设备，并且电动机故障是影响煤矿安全生产的主要因素之一，因而微型电动机保护与故障诊断问题一直是矿井电动机运行维护人员需要面对的重要课题。\n 本文以矿用微型电动机为研究对象，通过Matlab/Simulink仿真了矿用微型电动机在发生常见故障时的故障特征，并分析了应该采用的保护措施。论文重点对矿用微型电动机短路故障进行了理论分析及Matlab仿真，为采用合适的算法和判据来进行保护提供理论基础。\n 论文在同时仿真分析的基础上，设计了一种采用C8051F021单片机作为微处理器的矿用微型电动机综合保护装置;并对装置应采用的抗干扰措施进行了分析，同时进行了实验室的调试，并对调试结果进行分析。

关键词： 嵌入式系统   远程监控   硬件设计   可移植性  

摘要： 近年来嵌入式、互联网技术迅速发展，远程监控领域出现了新的发展趋势，远程监控系统以其性能高、功耗低、简单易用、成本低廉等特点，加上应用了计算机网络等多种前沿科技，在当今社会中具有非常宽阔的应用前景。\n 本设计系统是以ARM11处理器嵌入式网络远程监控系统可以满足各种基本需要。人们利用网络可以进行远程监控，避免了一些恶劣环境下，工作人员到现场完成控制和操作给工作带来的不变和危险。这种监控方式正在成为工业工程控制过程中的一种趋势和方向，可以为开发新产品提供有益的技术参考。\n 本设计应用了多种计算机技术，主要研究了以S3C6410芯片为处理器，完成了通过Internet与嵌入式设备结合，使用本地计算机通过Internet对现场设备信息进行远程监控，具体包含:系统的软硬件介绍[45]，嵌入式系统软件平台的搭建。系统的硬件设计包括硬件核心开发板的硬件分析，监控站点传感器硬件设计和制作。视频采集模块的设计，实现了网页视频监控。系统总体软件的设计，用户可以在PC机上直接输入相应网址，打开登陆界面，输入正确的用户名和密码进入监控界面，进行现场多种环境数据、视频数据的远程监控，并对监控站点采集到的数据进行分析、处理，发现环境设备出现异常情况，则在监控站点与客户端发出相应报警信号。\n 在本文的后面，以实际的实验室测试数据给出了该系统的监控操作结果。以此结果证明了整个设计功能实现的完整性和合理性。该系统具有可移植性强、成本低、实时性好等优点，有很好的市场应用价值。

关键词： 航模直升机   飞行操纵器   硬件设计   结构参数   印制电路板   摇杆校准  

摘要： 航模飞行操纵器是一种用来远程控制航模飞机的机械装置，主要是由集成电路和用来产生不同信号的按钮所组成，一般是用无线电波传送操作者对航模动作的指令，然后航模根据指令作出各种飞行姿态。航模飞行操纵器在现代航模飞机控制中占有极其重要的地位，它性能的好坏直接影响了航模遥控器技术的发展以及操作者的使用感受。目前，国内已经有了不少航模遥控产品生产厂家，但在加工技术，外形性能、操作舒适度以及使用感受上都存在一定的困难和不足，为了弥补这些缺陷，本文设计了一款新型飞行操纵器，它具有结构简单、可靠性高和实用性强等特点。它可以取代传统的航模遥控器，为航模操作者带来舒适的、全新的操作感受。\n 本文以航模直升机为操纵对象，详尽叙述了飞行操纵器系统的总体设计方案，然后对结构和硬件进行详细的设计，在结构方面，将操纵器分成了摇杆子系统、视频显示系统、安装架部分和肩托架部分，对摇杆部分进行了功能设计，并运用Pro/E软件对操纵器各部分组成结构进行了设计；硬件方面，在Protel99SE开发平台下完成了电路原理图设计和印制电路板版图的设计，以STC12C5A60S2为主控处理器和CC2500为射频芯片，用简单的硬件电路，实现了高性能的航模飞行操纵器，对印制电路板进行了电磁抗干扰分析、射频电路的布局并加以实践上的改进，并给出了系统软件流程图和描述了摇杆校准过程，最后给出了航模飞行操纵器的三维装配图和摇杆的调试结果。\n 本课题是一次对传统航模遥控器改造的尝试，思路新颖，开辟了操纵器发展的另一方向。该系统性能可靠，操作舒适、抗干扰性强，具有较高的实用价值。