基于FPGA的数字信号发生器

论文摘要

数字信号发生器是数字信号处理中不可缺少的调试设备。在某工程项目中,为了提供特殊信号,比如雷达信号,就需要设计专用的数字信号发生器,用以达到发送雷达信号的要求。在本文中提出了使用PCI接口的专用数字信号发生器方案。该方案的目标是能够采录雷达信号,把信号发送到主机作为信号文件存储起来,然后对这个信号文件进行航迹分离,得到需要的航迹信号文件。同时,信号发生器具有发送信号的功能,可以把不同形式的信号文件发送到检测端口,用于设备调试。在本文中系统设计主要分为硬件和软件两个方面来介绍:硬件部分采用了FPGA逻辑设计加上外围电路来实现的。在硬件设计中,最主要的是FPGA逻辑设计,包括9路主从SPI接口信号的逻辑控制,片外SDRAM的逻辑控制,PCI9054的逻辑控制,以及这些逻辑模块间信号的同步、发送和接收。在这个过程中信号的方向是双向的,所选用的芯片都具有双向数据的功能。在本文中软件部分包括驱动软件和应用软件。驱动软件采用PLXSDK驱动开发,通过控制PCI总线完成数据的采录和发送。应用软件中包括数据提取和数据发送,采用卡尔曼滤波器等方法。通过实验证明该方案完全满足数据传输的要求,达到SPI传输的速度要求,能够完成航迹提取,以及数据传输。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 课题任务
• 1.3 本文主要工作
• 1.4 本人的工作
• 第二章 设计方案和指标
• 2.1 信号发生器的技术指标
• 2.2 方案比较、选择
• 2.3 方案总体指标
• 2.3.1 传输要求
• 2.3.2 数据要求
• 2.3.3 实时数据的采录和重放
• 2.3.4 多航迹状态下的航迹分选
• 2.4 系统总体方案设计
• 2.4.1 系统硬件方案
• 2.4.2 系统软件方案
• 2.5 小结
• 第三章 PCI 总线
• 3.1 引言
• 3.2 PCI 总线简介
• 3.2.1 PCI 总线操作
• 3.2.2 PCI 总线的编址
• 3.2.3 PCI 的配置空间
• 3.3 PC19054 介绍
• 3.3.1 PC19054 工作方式
• 3.3.2 PC19054 的内部寄存器
• 3.3.3 PC19054 的地址映射
• 3.3.4 PC19054 传输操作及时序分析
• 3.3.4.1 Target 传输
• 3.3.4.2 DMA 传输
• 3.3.5 PC19054 的上电配置
• 3.4 小结
• 第四章 数字信号发生器系统硬件方案
• 4.1 引言
• 4.2 传输实现
• 4.2.1 SPI 接口介绍
• 4.2.2 差分芯片对
• 4.3 缓存芯片
• 4.3.1 SDRAM 简介
• 4.3.2 初始化操作
• 4.3.3 SDRAM 的基本读写操作
• 4.4 FPGA 器件分析，逻辑模块
• 4.4.1 FPGA 器件分析
• 4.4.2 逻辑模块设计
• 4.4.2.1 传输模块/采录模块控制逻辑
• 4.4.2.2 SDRAM 接口逻辑
• 4.4.2.3 PCI 接口逻辑
• 4.5 时序分析
• 4.5.1 时间检查
• 4.5.2 时序优化
• 4.6 小结
• 第五章 数字信号发生器系统软件开发
• 5.1 引言
• 5.2 驱动开发工具的选择
• 5.3 基于PLX SDK 的程序开发
• 5.3.1 驱动程序的开发
• 5.3.2 应用程序的开发
• 5.4 多航迹信号环境中的航迹分选
• 5.4.1 卡尔曼滤波简介
• 5.4.1.1 卡尔曼滤波公式
• 5.4.1.2 观测矩阵H 的计算
• 5.4.1.3 初始协方差矩阵的计算
• 5.4.2 航迹起始和基于K 近邻准则的航迹建立
• 5.4.2.1 初始状态的获得
• 5.4.2.2 样本点与航迹的关联
• 5.4.2.3 距离度量
• 5.4.3 航迹分选结果
• 5.5 小结
• 第六章 调试与实验
• 6.1 实验调试过程以及解决的问题
• 6.2 实验结果
• 6.3 本章小节
• 结束语
• 致谢
• 附录
• 参考文献
• 攻硕期间的研究成果