基于FPGA和PCI-E接口的被动式噪声定位处理机设计

发布时间：2023-03-10 21:40

　　本文以水下噪声定位为运用研究背景,以被动式水声跟踪测量系统项目为应用支撑,采用基于FPGA技术、PCI-Express总线技术和USB3.0总线技术的总体架构,设计了一种基于FPGA和PCI-E总线接口的被动式噪声定位处理机。结合技术背景分析了研制数字化、集成化、通用化的被动式噪声定位处理机现实运用需求。研究了项目涉及到的被动噪声定位原理,分析了噪声定位、定向与时延估计之间的关系。在研究了水声信号数字化处理系统的基本结构及其特点后,结合项目运用需求,提出了被动式噪声定位处理机的指标要求。根据指标要求,采用软硬件协同设计的方法,提出了系统的整体设计方案,该方案以FPGA为全系统软硬件设计的核心,采用PCI-E总线和USB3.0总线的双总线数据传输模式,实现水声信号的多路同步采集、数据FIR滤波及上传计算机的功能;同时,分析了所采用的各项技术的先进性和可行性。根据整体设计方案以及系统功能实现的途径,提出了本设计的硬件方案和软件方案。基于硬件设计方案,运用模块化设计方法将系统硬件指标分解到各功能模块电路,设计的主要模块包括ADC与DAC模块、FPGA模块、计算机总线接口模块以及电源模块;通过...

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究工作的背景概述
        1.1.1 被动声呐的发展简史和现状
        1.1.2 可编程逻辑器件的发展现状
        1.1.3 计算机总线技术发展概述
        1.1.4 水声信号采集与处理系统的发展现状
    1.2 研究工作的需求分析
    1.3 本论文的主要研究内容
    1.4 本章小结
第二章 噪声定位原理
    2.1 被动双基阵噪声定位原理
    2.2 被动噪声侧向原理
        2.2.1 波束形成原理
        2.2.2 相关函数时延估计原理
    2.3 本章小结
第三章 系统方案设计
    3.1 总体方案设计
    3.2 硬件方案设计
        3.2.1 ADC及DAC芯片的选型
        3.2.2 数据总线选择
        3.2.3 FPGA芯片的选型
        3.2.4 USB3.0控制芯片的选型
        3.2.5 系统电源芯片选型
        3.2.6 硬件EDA开发工具选择
    3.3 软件方案设计
        3.3.1 FPGA软件结构设计
        3.3.2 软件EDA工具及开发语言的选择
    3.4 本章小结
第四章 系统详细设计与实现
    4.1 硬件电路设计
        4.1.1 ADC/DAC电路模块设计
        4.1.2 FPGA外围电路设计
            4.1.2.1 FPGA配置电路设计
            4.1.2.2 FPGA的PCI-E接口电路设计
            4.1.2.3 FPGA的时钟、复位及电源电路设计
        4.1.3 USB3.0接口电路设计
        4.1.4 系统电源设计
        4.1.5 系统PCB板设计
            4.1.5.1 PCB板的尺寸设计
            4.1.5.2 高速PCB布局、布线设计
    4.2 FPGA软件设计
        4.2.1 ADC、DAC控制软件设计
        4.2.2 FIR滤波器的FPGA软件设计
        4.2.3 PCI-E接口软件设计
        4.2.4 USB3.0接口软件设计
    4.3 本章小结
第五章 系统调试
    5.1 调试前的准备
    5.2 系统调试
        5.2.1 电源电路调试
        5.2.2 ADC模块和DAC模块调试
        5.2.3 FIR滤波器模块调试
        5.2.4 PCI-E接口模块调试
        5.2.5 USB3.0接口模块调试
    5.3 噪声定位处理机功能验证
    5.4 本章小结
第六章 全文总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 本论文完成的主要工作
    6.3 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读学位期间取得的成果



本文编号：3758611