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基于FPGA的PCM正变换设计

作　者: 黄薇
导　师: 李丽; 曾兵
学　校: 成都理工大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 通信 PCM FPGA 正变换
分类号: TN914.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 22次
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内容摘要

近年来数字通信技术被广泛应用到各个领域,包括话音通信、图像通信、电报通信、计算机通信、遥测、遥控、遥感、雷达等多个领域,相关技术的发展日后必会影响到数字通信的发展。但是面对日益复杂化的帧结构,传统的数字电路难以实现具备较高码速率、实时可重构以及处理复杂帧结构能力的通信系统。拥有硬件密度高、加密性强、结构灵活、可编程等良好性能的FPGA (Field-Programmable Gate Array)现场可编程门阵列是近几年逐渐发展起来的硬件可编程芯片,它为高码速率PCM (Pulse Code Modulation)脉冲编码调制的发展实现,提供了有效的途径,在高速信号的处理领域中起着关键的作用。通过对PCM通信的特点研究,针对传统数字电路信抗干扰性差,安全性低,不易分支转接,难以支持实现高码速率的PCM功能等问题,本文提出了基于FPGA的PCM数据流正变换的通信设计。采用FPGA技术实现PCM信号的正变换,不但有较强的抗干扰性、较好的抗噪声性、差错可控、易加密、易与现代技术结合,并且误码率较低,增加了系统的抗干扰性、灵活性和适应性,还可以将整个PCM通信系统设计成可编程序系统,用户只要稍加变更程序,则系统的被测路数、帧结构、码速率、标度等均可改变以适应任何场合。本设计以Altera公司的Cyclone Ⅲ系列的FPGA EP3C5E144为主要控制器件进行设计,信号调理电路选用AGC芯片VCA810,采样电路选取LTC2294,外部SDRAM选用Hynix公司的HY57V641620。在FPGA内部采用Verilog语言实现PCM输入、输出、码型转换、控制等模块。这种正变换设计能够从PCM码流中恢复出位时钟信号,从而与发送端保持位同步和帧同步。以此对PCM码流可靠地解调、缓存,并且可以对PCM码流进行反变换,恢复出原码数据。最后,为了测试系统准确性与可靠性,本设计进行了大量的软件仿真验证。结果证明,该方案相对于传统的设计方法更适合于现代数字通信系统,将大大减少周边的设备,也使系统设计更加灵活、稳定,性价比更高,可以满足多种环境下的通信系统的要求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章引言  9-14
  1.1 本课题研究背景  9
  1.2 数字通信的发展概况及趋势  9-11
  1.3 国内外发展现状  11-12
  1.4 研究内容  12-13
  1.5 论文章节安排  13-14
第2章简述理论基础背景  14-26
  2.1 PCM编解码原理  14-22
    2.1.1 抽样  15-18
    2.1.2 量化  18-21
    2.1.3 编码  21-22
  2.2 PCM数据流码型  22-24
    2.2.1 码型  22-24
    2.2.2 码速率  24
  2.3 PCM数据格式  24-25
  2.4 本章小结  25-26
第3章 PCM正变换硬件电路设计  26-35
  3.1 信号调理电路  26-28
  3.2 ADC采样电路  28-29
    3.2.1 LTC2294介绍  28
    3.2.2 LTC2294驱动电路设计  28-29
  3.3 SDRAM电路  29-31
  3.4 FPGA逻辑控制电路  31-32
  3.5 电源设计电路  32-34
  3.6 本章小结  34-35
第4章 FPGA内部模块化设计  35-60
  4.1 FPGA的简介  35-38
    4.1.1 FPGA的基本原理及特点  35-37
    4.1.2 FPGA的设计流程  37-38
  4.2 软件开发  38-41
    4.2.1 Quartus Ⅱ设计工具  39-40
    4.2.2 Modelsim设计工具  40
    4.2.3 Verilog HDL语言  40-41
  4.3 FPGA逻辑设计  41-59
    4.3.1 时钟分频模块  42-43
    4.3.2 ADC采样模块  43-44
    4.3.3 pcm_input(PCM输入)模块  44-49
    4.3.4 decode_in(解码)模块  49-52
    4.3.5 pcm_receiver(PCM数据流接收)模块  52-53
    4.3.6 SDRAM控制模块  53-56
    4.3.7 pcm_out(PCM输出)模块  56-59
  4.4 本章小结  59-60
第5章验证方法及仿真结果  60-65
  5.1 验证方法  60
  5.2 仿真结果分析  60-64
  5.3 本章小结  64-65
结论  65-66
致谢  66-67
参考文献  67-69
攻读学位期间取得学术成果  69

基于FPGA的PCM正变换设计

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