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关键词： 零中频接收机   链路预算   硬件电路设计  

摘要： 随着现代无线通信系统朝着多模、多频段的方向发展,软件无线电的设计理念引起了人们的极大关注。软件无线电的基本理念是构建一个通用的硬件平台,同时使模数转换器尽可能地靠近天线,使得信号能够尽可能早地采用数字的方法来处理,可以有效地增加系统的灵活性和可扩展性。接收机射频前端是软件无线电系统中非常关键的一环,它设计的好坏直接决定着后端信号处理的难易程度。 本文完成了接收机射频前端的实现方案和样机设计。设计方案中,选用的是零中频结构的实现方法。根据接收机各部分的功能,将设计的零中频接收机分成了五个模块,分别是低噪声放大器模块、增益控制模块、混频模块、本振模块、零中频放大及滤波模块。每个模块中由一个主芯片来做对应的处理。设计中首先根据每个模块中主芯片的增益、噪声系数、线性特性等参数对接收机的整体特性做了链路预算。然后特别对低噪声放大器模块的静态工作点和稳定性做了仿真。对输入电路做了最佳噪声匹配设计,对输出电路做了最佳功率增益匹配设计。仿真结果表明低噪声放大器能够工作在预设的静态工作点处,同时在处理的频段内放大器都处于稳定状态。接下来对每个模块中电路设计的关键点做了说明,如芯片电源引脚处滤波电容和扼流电感的选择和放置、本振模块中环路滤波器的设计和仿真、锁相环参考源的选取等。设计中用FPGA(现场可编程门阵列)通过SPI(串行设备外围接口)接口来控制接收机的增益、本振的输出频率和零中频滤波器的带宽。 接收机样机用四层印制电路板设计完成。为使PCB顶层和底层中射频信号的走线有50欧姆的匹配阻抗,设计中选用了介电常数稳定性比较高的罗杰斯板材作为PCB的介质。并根据选用的板材的厚度、走线铜箔的厚度、板材的介电常数等值精确计算出走线的宽度,保证走线的阻抗为50欧姆。另外还对射频PCB布局布线过程中数字地和模拟地的划分、电源平面的分割和射频器件的布局等方面做了重点的说明。完成样机的焊接和调试后,对接收机的电源稳定性、SPI接口的输出波形和本振模块输出频率的功率及噪声等特性做了测试。测试结果表明接收机完成了设定的功能,但是接收机整体的指标特性还不够好,还需做进一步的优化。

关键词： 矢量浮标   多通道   大容量存储   OMAP-L138   SATA  

摘要： 矢量浮标作为水下定位系统的常用设备，可以实现对水声原始数据的采集，存储以及对试验结果的上传。随着水声技术的不断发展，前端探测设备性能不断提高，对存储设备的体积、容量、读写速度、稳定性与功耗等方向提出了更高的要求。本论文设计了矢量浮标存储平台系统，该系统设计目标是实时多通道，大容量存储。 本论文完成了矢量浮标存储平台的硬件设计与调试，具体的工作内容如下： 根据设计需求设计并完成了基于OMAP-L138的矢量浮标存储平台硬件电路，包括原理图设计与PCB制作。硬件电路包括模数转换电路、数字信号处理电路、网络通信电路与电源电路。随后对电源模块、模数转换模块、MCASP接口、EDMA接口、SATA接口与网口进行了调试，编写了硬盘读写程序，实现了对硬盘的成功读写。本设计通过CPLD控制AD芯片的采样;对三路实时数据进行缓存与传输，再经过MCASP接口与EDMA完成对数据的传输;而后将数据通过SATA接口以文件的形式存储到硬盘中。 本论文最后对矢量浮标的存储平台进行了验证与测试，包括系统的采集模块与存储模块，并对存储速度与系统功耗进行测试，总结了本论文的工作内容并提出了不足与待改进的地方，为今后矢量浮标存储系统的进一步研究做准备。

关键词： 嵌入式   实时系统   通风系统  

摘要： 嵌入式实时系统能够在规定的时间之内来控制生产过程或对处理系统作出快速响应，因此广泛应用于工业控制、军事设备、航空航天等领域。

关键词： 示波器   FPGA   S5PV210   Android   DDR2  

摘要： 随着科技不断发展，各类电子产品越来越小型化、精密化，信号的频率越来越高，随着而来信号完整性对电子设备正常工作的影响因素越来越大。作为信号测量的必需品，示波器的应用范围不仅仅局限于实验室，同时传统的台式示波器因体积受到限制，不适合工作人员外部作业，这就导致了小型化的手持式示波器的需求越来越大。 与此同时传统示波器的信号测量功能过于单一，已经不能满足人们的需求，更加数字化、智能化的多功能示波器才是工程师青睐的对象。除了信号测量，对测试数据存储，数据分析比对，数据建模，远程数据交互及云计算等一系列功能都是示波器的发展方向。Android作为风靡全球的开放式操作系统，具有功能强大，易于开发等特点，适于多功能示波器的软件需求。 本项目旨在设计一款Android系统的便携式数字示波器，本文主要工作为示波器的硬件设计。本文的研究内容主要分两部分： （1） Android核心板的硬件设计。本设计中Android核心板采用三星公司的S5PV210芯片作为核心处理器，主频高达1GHz。使用1GB DDR2和256MBFLASH组成最小系统，为整个系统提供了强大的硬件处理能力。核心板采用7寸LCD液晶显示器，使用电容式触摸屏。核心板上还设计了USB接口，串口，以太网口，SDIO等众多接口，能够与多种外设进行组合实现扩展功能。 （2）数据采集板的硬件设计和FPGA逻辑设计。本文采用ALTERA公司的EP3C16F256为数据采集板的核心FPGA，使用AD9286为A/D转换器。外部波形进入示波器后，经过数字衰减，差分放大，AD采样等最终以数字信号形式进入FPGA。通过对FPGA进行逻辑设计，完成对数据进行抽样，缓存，控制触发通道，配置外围器件等一系列功能。

关键词： TMS320DM368   EMIF   FPGA   MVB   广播系统  

摘要： 地铁语音系统为乘客提供高质量的广播服务和紧急情况应对服务,是轨道交通车载服务系统的重要组成部分,随着地铁安全级别和服务质量的提升,语音系统控制器需要进一步完善功能并提高处理能力。 本文采用TI公司的TMS320DM368作为语音系统控制器的中央处理器,利用视频后端驱动LCD实现语音系统控制信息的可视化;使用McBSP连接TLV320AIC23音频编解码芯片,实现数字音频广播;采用EMIF将FPGA的寄存器映射为存储外设,完美地实现DSP+FPGA的架构。该控制器通过MVB列车总线与系统交互信息,以Xilinx公司的Spartan-3A系列FPGAXC3S400A作为MVB协议栈的处理单元,并且为了适应不同语音系统功能需求,利用TMS320DM368丰富的外设接口扩展以太网、USB以及隔离RS232接口。 本文首先介绍了车载广播系统技术以及发展方向,根据现代地铁语音系统的功能需求描述了语音系统控制器的作用和研究意义。然后根据现代地铁语音系统控制器的需求提出DSP+FPGA的处理器方案。选取TI公司高性能音频和视频处理器TMS320DM368, Xilinx公司的XC3S400A和专用音频编解码芯片TLV320AIC23,实现了LCD显示、数字音频、按键控制、标准以太网接口等功能。接着,根据方案需求和所选器件确定整体设计框架,按功能模块完成该控制器原理图和PCB的设计。接下来,论文描述了板卡各硬件功能的测试过程和系统调试过程,并对调试结果进行分析。最后总结全文工作,并提出未来研究方向。

关键词： 水声通信   信号处理平台   DSP   FPGA   信号完整性  

摘要： 随着人类对海洋资源的深入开发，人们迫切需要解决水下环境中的远距离无线通信问题。由于声波是人类迄今为止已知的唯一一种能在水中进行长距离传播的能量形式，因此水声通信技术近年来得到了快速的发展，远距离高速水声通信技术也成为了研究热点。 水声信道环境复杂，水声信号在传播过程中容易受到多径干扰。水声信道参数、传播损耗和多普勒频移等因素均会对水声通信造成影响，尤其在水深较浅的区域，直达声和反射声混合后会形成复杂信号从而导致码间干扰。为了实现高速可靠的远距离水声通信，现代水声通信系统多采用数字通信方式，引入了高效的调制解调模式、高级的编码方式、复杂的信道估计和均衡手段，普通的数字处理平台无法满足上述需求，因此开发具有高速数字信号处理能力的水声通信信号处理平台具有十分重要的意义。 本文以高性能数字信号处理器TMS320C6455和高密度FPGA EP3C120为主处理器，设计并实现了一种具有高速数字信号处理能力的水声通信信号处理硬件平台。文中介绍了信号处理平台的功能需求和工作流程，并对平台各功能模块的硬件设计进行了方案论证和器件选型。该平台的主要功能模块包括：高速数字信号处理模块、5路高精度同步采样A/D通道、DDR2存储器、SRAM乒乓缓存器、带有死区控制的PWM发生器、CAN总线、实时时钟、串行通信接口等。论文详细描述了各个功能模块的硬件电路设计和实现过程，并总结了设计中需要注意的关键问题。 为了验证硬件设计的正确性，本文对信号处理平台的各个功能模块进行了调试，包括DSP程序加载方式分析、DDR2存储器测试、SRAM乒乓缓存器的FPGA设计和验证、DSP与FPGA之间高速数据交换的软件设计与验证、ADC性能测试、PWM信号发生器的FPGA设计、CAN总线控制器的软件设计、实时时钟模块的软件设计、串行通信模块的功能验证、平台功耗测试等内容，使信号处理平台具有数据采集、内部数据搬移、信号处理、信号生成、与外部设备通信等功能，可应用于复杂水声通信系统。 最后，总结全文的主要研究成果和不足，明确信号处理平台需要改进之处，规划下一步工作的计划。

关键词： 双通道任意波形发生器   PXI   DDS   模拟通道  

摘要： 在现代测试系统中，任意波形发生器是一种常用信号源，它不仅可以产生标准波形和调制波形，而且可根据用户需求产生任意波形。随着航空航天、生物医疗等高科技产品复杂性日益增加，双通道或多通道任意波形发生器因其能提供更加复杂的波形，能更方便快捷的满足多测试目标的需求而得到更广泛的应用。 任意波形发生器从结构上可分为台式仪器和模块化仪器。基于PXI总线的双通道任意波形发生器具有模块化、小型化的特点，更适合用于组建自动测试系统。本文研究PXI总线3U单槽双通道任意波形发生器的硬件电路，设计工作主要包括PXI接口电路、波形合成电路和模拟通道电路三个部分。论文主要内容如下： 1.模块小型化设计。针对模块小体积、高密度的特点，从功能集成化出发，采用现场可编程逻辑器件（FPGA）完成模块的主要功能设计，采用PCB叠层结构设计、芯片小型化封装选择、紧凑的PCB布局布线等措施，保证所设计模块的体积符合3U单槽尺寸。 2.功能电路设计。根据模块的指标要求，确定模块的总体硬件方案。其中，以PLX公司的PLX9054芯片为核心，设计了PXI接口电路，完成仪器控制命令、数据消息的传送。以DDS原理为基础，采用“FPGA+RAM+DAC”的架构，实现了波形合成电路，该电路不仅可产生常规波形和任意波形，还可以数字化的方式实现调幅、调频等调制波形，双通道的载波、调制波均可为任意波形，载波频率、调制波频率均可单独控制。在分析波形合成电路输出信号的特征的基础上，完成了模拟通道电路的设计，保证模块输出的幅度、偏移等指标。根据输出信号频谱特性确定滤波器的设计方案，并给出滤波器的指标分析和设计方法;根据信号幅度特性设计“精调+粗调”的幅度控制和偏移控制方案，并对高精度直流电平产生、阻抗匹配等问题进行分析;在分析DDS技术直接产生方波信号的优缺点的基础上，采用迟滞比较器来产生方波信号，最后对模块的定标方法进行阐述。 3.测试与验证。针对模块指标设计测试方法，选取相关设备构建测试平台，对功能指标和性能指标进行验证，并对测试结果进行分析，验证设计的合理性。 测试结果表明，本文研究的3U单槽PXI双通道任意波形发生器采样率为40MSa/s，具有16位垂直分辨率和128k点存储深度，正弦最高输出频率15MHz，最高输出幅度为10Vpp（50欧姆负载），达到目前国内PXI双通道任意波形发生器产品的领先水平。

关键词： 频谱分析仪   数字中频   命令/数据接口驱动   嵌入式系统  

摘要： 频谱分析仪是研究无线电信号频谱特性的测量仪器，是电子测量仪器中应用最广泛的仪器之一，被广泛的应用于科学教育、生产研发等诸多领域中。便携式的频谱分析仪具有体积小、重量轻、性价比高等特点，具有很好的市场前景。 论文首先介绍了便携式频谱分析仪的一般原理，进一步给出了一种基于嵌入式系统的数字中频式频谱分析仪的整体设计方案。文中重点介绍了数字中频和显控硬件平台的设计方法，并按照设计要求完成了全部硬件平台的设计。数字中频电路的设计任务是指除了中频处理逻辑模块之外的硬件平台设计工作，包括模拟中频信号调理、测试数据传输、底层控制命令接收及分发等任务;显控电路设计任务主要包括显示及控制、数据接口与驱动、键盘交互，以及仪器通信接口等设计。 论文所述数字中频电路硬件是基于软件无线电硬件平台方式实现的，采用了ADC+FPGA+DSP式基本硬件结构。它对射频前端输出的中频信号进行增益及带宽调理，并量化得到数字中频序列;对中频数字处理逻辑模块输出的频谱数据加以传输，送至频谱仪显控电路;同时建立了频谱仪底层控制链路。显控电路设计是基于嵌入式系统来实现的，文中完成了频谱命令/数据传输接口及其驱动程序的设计，频谱仪显示单元设计及开机LOGO的显示设计，频谱仪标准键盘设计，以及谱仪仪器接口设计等。 论文通过对硬件电路调试和整机系统的测试，验证了设计的可行性，硬件平台性能达到预期设计需求。目前论文介绍的数字中频及显控模块已应用在一款便携式频谱仪中，该频谱分析仪已产品化，推向市场。

关键词： 3D视频处理   平滑滤波   深度图   相关度   边缘检测  

摘要： 该文研究了一种2D转3D处理中深度图超平滑处理算法,本算法在加权平均滤波器的基础上引入像素相关度,对平滑窗内的像素点进行选择,减少了区域外的点对中心像素的影响,有效解决了均值滤波器能引起区域边缘模糊的问题。同时,使用verilog语言实现了此算法,并且通过modelsim仿真软件进行了仿真。

关键词： 可穿戴技术   维修辅助设备   人机交互技术   嵌入式技术  

摘要： 现代设备尤其是飞机等大型高科技设备的维修，通常需要复杂的工序与较高的维修技术，现有的维修辅助设备难以提高维修效率保障维修质量。可穿戴技术拥有独特的人机交互模式，与维修辅助工具结合后能够释放用户的视线与双手，维修人员可以专注于维修任务提高效率。 本文设计了可穿戴维修辅助终端的硬件平台，课题来源于国家重大专项“民用飞机XXX技术研究”。可穿戴维修辅助终端以维修任务为中心，以提高维修人员效率作为目标，在设计时充分考虑了维修现场的特殊性，通过人机自然交互的方式弱化了机器结构形态，将人机交互上升到人机融合层面。本文主要研究与设计工作概括总结为： 1.讨论了可穿戴维修系统架构，确立了无线通信连接前、后台的工作方式。前台由维修人员与可穿戴维修辅助终端组成，位于工作现场。后台由本地服务器与远程服务器组成，为前台提供交互式电子技术手册查询与专家技术指导等服务。 2.完成了可穿戴移动维修辅助终端硬件平台设计，包括技术方案论证，单元电路及总体电路设计，六层电路板PCB设计与样机试制，对电路进行了信号完整性分析，探讨了人机交互模式，同时还进行了可穿戴系统集成设计。 3.针对单目显示器要求，设计了VGA信号转换电路并移植了VGA视频驱动程序。针对可穿戴系统的低功耗需求，分别从硬件与软件角度进行低功耗设计，延长了设备使用时间。设计了姿态检测电路与程序。 4.对设计完成后的样机系统进行了总体调试，并对温度、功耗等重要技术指标以及功能进行了测试，技术手册浏览、语音技术支持与图像采集等应用程序均可以在硬件平台上正常运行，测试结果表明，设计达到了指标要求。