基于FPGA的水下远程遥控解码电路的设计与研究
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随着计算机和集成电路技术的不断发展,基于EDA技术的芯片设计正在成为电子系统设计的主流。现场可编程门阵列(FPGA)作为一种可编程专用集成电路(ASIC)已经广泛应用于计算机、通信、航空航天等各个领域。一般来讲,FPGA多用于高速通信和高速信号处理领域,以发挥其处理速度快的特点,本文将其应用于一低速低功耗系统——某水下远程遥控接收系统,主要用其在频域来实现水下远程遥控的解码,取得了令人满意的效果。 本文主要做了以下几方面的工作。首先,深入研究和分析了在频域实现水下远程遥控解码的原理并进行了遥控指令编码设计;其次,用ALTERA公司的CYCLONE系列FPGA芯片完成了水下远程遥控FPGA解码芯片的设计工作,包括硬件描述语言(VHDL)编码、电路前后仿真、综合和布局布线工作,并对设计的FPGA解码芯片进行了初步的功耗估算;最后设计制作了一块FPGA解码芯片电路验证测试板,并完成了电路调试和测试。 实验测试结果表明,用FPGA实现水下远程遥控解码电路的方案是可行的,可以有效地缩小系统体积、提高系统可靠性,在保证系统性能情况下做到更低的功耗,还可以实现在系统配置和编程,使得系统的调试、升级和维护更加灵活方便。
第一章 绪论 | 第9-15页 |
1.1 研究背景及意义 | 第9-13页 |
1.2 本文的研究内容 | 第13-15页 |
第二章 水下远程遥控系统工作原理分析 | 第15-42页 |
2.1 水下远程遥控系统基本原理 | 第15-17页 |
2.1.1 水下远程遥控系统信号传输模型 | 第15-16页 |
2.1.2 水下远程遥控系统采用的方案 | 第16-17页 |
2.2 水下远程遥控系统关键参数分析 | 第17-24页 |
2.2.1 信道参数 | 第17-19页 |
2.2.2 发射部分技术参数 | 第19-22页 |
2.2.3 接收部分技术参数 | 第22-24页 |
2.3 遥控指令编码及其纠错 | 第24-28页 |
2.3.1 指令编码 | 第24-26页 |
2.3.2 纠错编码 | 第26-28页 |
2.4 时间分集和频率分集 | 第28-30页 |
2.4.1 时间分集技术 | 第29页 |
2.4.2 频率分集技术 | 第29-30页 |
2.5 水声遥控信号检测技术 | 第30-38页 |
2.5.1 周期图法及其改进 | 第31-35页 |
2.5.2 恒虚警(CFAR)处理 | 第35-37页 |
2.5.3 双门限检测 | 第37-38页 |
2.6 帧位同步 | 第38-42页 |
第三章 遥控解码电路的FPGA实现 | 第42-81页 |
3.1 FPGA设计基本概念和设计流程 | 第42-46页 |
3.1.1 FPGA设计基本概念 | 第42-45页 |
3.1.2 FPGA设计流程 | 第45页 |
3.1.3 基于多种EDA工具的FPGA设计 | 第45-46页 |
3.2 FPGA解码芯片的顶层结构设计 | 第46-52页 |
3.2.1 解码芯片功能及其输入输出端口 | 第47-48页 |
3.2.2 解码芯片的顶层结构和模块划分 | 第48-50页 |
3.2.3 子模块功能及其设计思路 | 第50-52页 |
3.3 FPGA解码芯片关键模块设计 | 第52-74页 |
3.3.1 快速傅立叶变换(FFT)的FPGA实现 | 第52-66页 |
3.3.2 平方器的FPGA实现 | 第66-68页 |
3.3.3 帧位同步控制器的FPGA实现 | 第68-74页 |
3.4 FPGA解码芯片设计实现与电路仿真 | 第74-77页 |
3.4.1 FPGA解码芯片的设计实现结果 | 第74-75页 |
3.4.2 FPGA解码芯片的电路仿真结果 | 第75-77页 |
3.5 FPGA解码芯片功耗估算 | 第77-81页 |
3.5.1 FPGA芯片功耗估算方法 | 第78-80页 |
3.5.2 FPGA解码芯片的功耗估算结果 | 第80-81页 |
第四章 遥控解码FPGA芯片测试电路设计与调试 | 第81-92页 |
4.1 测试电路设计 | 第81-88页 |
4.1.1 原理框图 | 第81-82页 |
4.1.2 时钟产生电路 | 第82-83页 |
4.1.3 电源管理及复位电路 | 第83-84页 |
4.1.4 采样电路 | 第84-86页 |
4.1.5 FPGA配置电路 | 第86-88页 |
4.2 测试电路调试 | 第88-92页 |
4.2.1 调试仪器和设备 | 第88页 |
4.2.2 调试步骤 | 第88-89页 |
4.2.3 测试输入信号产生 | 第89-90页 |
4.2.4 调试结果 | 第90-92页 |
第五章 全文总结 | 第92-93页 |
附录A | 第93-94页 |
附录B | 第94-95页 |
附录C | 第95-96页 |
附录D | 第96-99页 |
参考文献 | 第99-102页 |
致谢 | 第102-103页 |
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