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基于FPGA的IRIG-B码解码设计

作　者: 张明迪
导　师: 张殿伦
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 水声工程
关键词: IRIG-B码解码可编程逻辑器件高精度授时
分类号: TN791
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

时间信息是一个非常重要的物理参量,随着现代科学技术的发展,通信、电力、导航、武器试验等诸多领域都对高精度授时、校时提出了要求。在水声学试验中,往往需要高精度的时间信号做为标记和参考。IRIG-B格式时间码(简称B码)是国际通用的时间同步标准,采用B码作为授时手段完全满足水声学试验的要求。近年来,现场可编程门阵列(FPGA)得到了飞速发展,它具有相当强大的实时性和并行处理能力。论文采用了FPGA作为核心处理器件,实现了基于FPGA的B码实时解算系统的硬件设计与调试。论文首先研究了B时间码的概念,阐述了B码的基本格式和标准接口。分别研究了直流B码和交流B码的码元特征和各项参数。通过软件仿真,模拟了两种B码信号的生成和解码过程；重点研究了B码解码的FPGA实现方法,主要包括直流B码和交流B码的解码方法以及1pps信号的生成方法。通过AD转换模块、FPGA、通信模块、接口转换模块的芯片选型,完成了B码解码系统的硬件设计,绘制了电路原理图并设计、制作了电路板,完成了整个解码系统的焊接和调试,并对测试结果进行了简要分析,并给出了改进的建议。根据对电路板的测试,论文中的B码解码硬件电路基本达到了设计要求,实现了预期目标。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-15
  1.1 论文研究的背景  9-11
  1.2 FPGA发展历程  11-13
  1.4 论文的设计要求  13-14
  1.5 论文的主要研究内容  14-15
第2章 IRIG-B时间码的标准制式  15-23
  2.1 IRIG-B码的码制  15-17
  2.3 IRIG-B码标准化接口  17-18
  2.4 IRIG-B码的特点  18
  2.5 正弦幅度调制及解调推导  18-19
  2.6 直流码与交流码波形图  19-21
  2.7 交流码解调后的滤波结果  21-22
  2.8 本章小结  22-23
第3章 IRIG-B解码硬件设计与实现  23-40
  3.1 IRIG-B码解码硬件总体设计  23-25
    3.1.1 主要功能及技术指标  23
    3.1.2 解码电路总体设计  23-25
  3.2 AD转换模块  25-27
    3.2.1 ADS8361构造及外围电路设计  25-26
    3.2.2 ADS8361的采样规格  26
    3.2.3 ADS8361的输入输出模式  26-27
  3.3 FPGA芯片选型  27-30
  3.4 FPGA与主机通信芯片  30-32
  3.5 通信接口  32-36
    3.5.1 RS232接口  33-34
    3.5.2 RS422接口  34-36
  3.6 电源设计  36-37
  3.7 电路板设计与调试  37-39
    3.7.1 多层电路板设计  37-38
    3.7.2 FPGA硬件系统调试方法及步骤  38-39
  3.8 本章小结  39-40
第4章 FPGA程序设计  40-54
  4.1 FPGA开发环境  40
  4.2 直流B码解码模块  40-43
    4.2.1 脉宽鉴别模块  40
    4.2.2 码元时间解算模块  40-43
  4.3 交流B码解码模块  43-51
    4.3.1 AD及带通滤波模块  43-47
    4.3.2 交流解调滤波模块  47-48
    4.3.3 门限检测及解码模块  48-51
    4.3.4 1pps信号同步模块及时间模块  51
  4.4 实验结果  51-53
  4.5 本章小结  53-54
结论  54-55
参考文献  55-57
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  57-58
致谢  58-59
附录A  59

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