一种基于FPGA随机脉冲信号发生器的研制

发布时间：2023-02-25 17:38

　　在人类社会向着工业化、信息化社会迈进的信息社会里,随机信号的发展与应用已越来越受重视。随机信号已广泛应用在不同学科的各个领域中。论文介绍了一种基于FPGA随机脉冲信号发生器的设计方案,其中包括随机脉冲信号发生模块以及DDS信号发生模块的硬件实现方法和软件实现方法,并对输出波形进行了仿真与检测,得到了统计特性符合设计需求的随机脉冲信号。 随机脉冲信号发生器设计的理论依据是核衰变本身所具有的随机性而出现的统计涨落特性,使得核信号在时间上的统计特性服从泊松分布,在幅度上的统计特性服从高斯分布。本设计的关键就是要实现输出信号在时间上和幅度上有较好的统计特性。设计选用EP2C5Q208作为核心控制芯片,结合Verilog硬件编程语言的特点,采用自上而下分层的模块化设计方法,在开发集成环境Quartus Ⅱ下对随机脉冲信号发生器的各个功能模块进行综合、优化、布局布线和时序仿真验证。 论文取得的主要成果有：①根据核脉冲的分布特征和随机性理论,建立了随机脉冲信号的数理模型；②设计了随机信号发生器的外围电路,开发了随机信号发生器配套软件,研制了随机信号发生器试验样机；③设计实现随机信号和基本信号波形输出...

【文章页数】：54 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
    1.1 选题依据及研究意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 论文结构介绍
第2章 随机脉冲信号的设计理论基础及设计依据
    2.1 射线与物质作用的随机性
        2.1.1 γ射线与物质的相互作用
        2.1.2 α粒子与物质的相互作用
        2.1.3 β射线与物质相互作用
    2.2 核脉冲信号的时域特性
        2.2.1 核衰变计数率的分布特性
        2.2.2 核信号幅度上的分布特性
        2.2.3 核信号时间上的分布特性
    2.3 随机数发生机制
        2.3.1 均匀分布的随机数实现方法
        2.3.2 高斯分布的随机数实现方法
        2.3.3 指数分布的随机数实现方法
第3章 系统设计方案
    3.1 系统整体设计方案
        3.1.1 随机脉冲发生模块
        3.1.2 DDS模块
    3.2 系统选型
        3.2.1 FPGA芯片选型
        3.2.2 电平转换芯片选型
    3.3 系统主要性能指标
    3.4 设计开发环境及编程语言
        3.4.1 FPGA结构特点
        3.4.2 FPGA设计流程
        3.4.3 Verilog硬件描述语言
        3.4.4 FPGA硬件开发工具
第4章 随机脉冲信号发生器的硬件设计
    4.1 系统电源电路
    4.2 时钟和复位电路
    4.3 系统配置电路
    4.4 系统信号输出电路
    4.5 设计需注意事项
第5章 随机脉冲信号发生器的软件设计
    5.1 随机脉冲发生器软件模块
        5.1.1 均匀分布随机数发生模块
        5.1.2 指数分布随机数的发生模块
        5.1.3 高斯分布随机数的发生模块
    5.2 DDS模块的软件实现
        5.2.1 DDS模块设计
        5.2.2 相位累加器的设计
        5.2.3 累加器的设计
        5.2.4 DDS模块编程实现
第6章 系统调试与指标测定
    6.1 系统程序下载与配置
    6.2 随机信号发生模块波形仿真及测试
        6.2.1 随机信号发生模块波形仿真
        6.2.2 随机脉冲信号发生模块波形的统计分布特性检验
    6.3 DDS模块波形仿真
结论
致谢
参考文献
攻读学位期间取得学术成果



本文编号：3748894