感应装定系统中FPGA的应用与研究
发布时间：2021-09-29 16:35
科学技术的发展在如今这个高速的社会,发展速度十分迅猛。国防科技的发展对于一个国家来说至关重要,国防武器装备方面也一直随着科技的进步,进行着不断的提升。其中引信的装定技术对于弹丸的精度有着极大的提升,并且使得弹丸的作战方式也变得多样化,更加易于适应多变的战场。本文的应用背景为大口径火炮,基于FPGA芯片对感应装定系统进行设计。该系统分为装定器与接收器两部分,在弹链装弹的过程中实现感应装定。其中装定器部分通过USB转串口模块与上位火控计算机进行连接。数据从上位机中传输到装定系统的装定器中,经过装定器的一系列编码、调制和功率放大加载到初级线圈上,通过电磁感应的形式传输到接收器中的次级线圈上,然后接收器对数据经过解调和解码进行还原并校验,无误后对数据进行存储。本文首先构建感应装定系统的总体设计方案,主要功能由FPGA芯片进行实现,使用FPGA可以对感应装定器的部分硬件电路进行集成,并提高数据传输速率。芯片内部代码采用自上而下的设计模式,根据功能需求对架构及对各功能模块逐层进行设计。装定器和接收器部分均采用Altera公司的EP4CE10F17C8N型号的FPGA芯片作为控制芯片。本文中对感应装...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
感应装定系统总体设计
中北大学学位论文14数据。振幅键控（2ASK）：ASK是通过振幅的不同来传递制信息，在2ASK中波形的波幅变化只有两种，分别对应二进制中的0和1，如图2-9所示。图2-92ASK调制示意图Figure.2-9Schematicdiagramof2ASKmodulation感应装定器的工作环境比较恶劣，因此需要较强的抗干扰能力。在三种调制方式中频移键控的抗干扰能力要明显的弱与其他两者。在调制的过程中，相移键控和振幅键控的调制方式和难度区别不大，但是在解调过程中，振幅键控的解调更加易于实现。故在本系统中的调制方式采用振幅键控的模式。振幅键控的常用解调方法有两种，分别为相干解调和包络检测法。相干解调是接收端要有与发送端载波频率相位相同的本地载波，与接收到的信号相乘的处理，然后经过滤波和采样判决得到原始信息。但是对于感应装定系统来说，给接收端提供与发送端载波频率相位相同的波形并不容易。包络检测则是通过带通滤波器，包络检测，低通滤波和抽样判决后得到原始信号。相较而言包络检测更加适合感应装定系统。2.3本章小节本章对感应装定系统的总体结构进行了设计，并对其关键编码解码和调制的相关技术进行了对比选择。包括选用汉明码编码进行差错控制，选用曼彻斯特编码将电平携带信息转化为电沿携带信息，选用振幅键控的方式对数据进行调制，包络检测对数据进行解调。
中北大学学位论文17FPGA的配置，我们在综合器QuartusⅡ完成布局布线并综合完成之后，生成(.sof)文件，通过JATG口对芯片进行配置，并且JATG口的配置方式在所有的配置方式里优先级最高。JATG口原理图如图3-1所示。图3-1JTAG口管脚分布Figure.3-1JTAGportpindistribution如图3-1所示，TCK为PC和FPGA芯片的测试时钟信号接口，其他的信号都必须与之同步。TDI用于测试数据的输入，在TCLK上升沿触发，写入数据。TDO用于测试数据的输出，在TCK下降沿触发，输出数据。TMS是模式控制管脚，在JTAG芯片内部，有一个16位状态机对TAP进行控制，TMS则是TAP的控制信号。图3-2W25Q16的引脚排列图Figure.3-2PinarrangementdiagramofW25Q16（2）Flash芯片的选择与设计当我们需要FPGA的数据掉电以后仍然能使用，我们就需将程序固化到掉电不丢失数据的存储器上。固化一般分为主模式和从模式两种。主模式都是FPGA芯片上电后控制外部存储器（掉电不丢失数据），对自身进行配置。从模式则需要上位机或者其它的微控制器来引导配置过程。为了减少装定器的体积，选择主模式进行配置。Flash芯片作为配置芯片，也有两种配置模式，分别是主串模式和主并模式。主并模式是八位或更多位数据并行传输，速度大大提高，但是基于成本和空间这里使用主串模式，数据串行传输。这里选择Flash芯片W25Q16作为配置芯片。存储空间为16M,高性能串行闪存，
【参考文献】：
期刊论文
[1]状态机的模块化设计[J]. 石惠敏,方振国,陈建国,董坤,胡锋. 长春师范大学学报. 2019(12)
[2]对通信系统中调制技术与解调技术的研究[J]. 李卓然. 电子世界. 2019(06)
[3]基于FPGA与W5100的高频发射机数据传输系统设计[J]. 韩小东,许哲,丛岩,李世龙,张瑞锋,仪孝平. 原子核物理评论. 2018(03)
[4]FPGA芯片设计及其应用分析[J]. 谢帅,李秀强,李茜,刘小宝,戴昭. 数字技术与应用. 2018(08)
[5]CH340T模块的程序下载电路故障及解决方法[J]. 黄韦,王忠,杨卫军,王鑫. 单片机与嵌入式系统应用. 2017(09)
[6]基于射频识别（RFID）的物联网发展与应用研究[J]. 李琳. 山西电子技术. 2016(06)
[7]基于近场通信技术的引信感应装定方法[J]. 吴向臣,吴茂林,刘玉. 探测与控制学报. 2016(03)
[8]基于FPGA的曼码编解码模块实现[J]. 张儒,李敏. 仪器仪表用户. 2016(03)
[9]基于RFID的非接触式引信感应装定系统[J]. 余燕文. 水雷战与舰船防护. 2015(04)
[10]FPGA器件设计技术发展综述[J]. 徐思燕. 通讯世界. 2015(19)
博士论文
[1]多管火箭弹引信感应装定技术与飞行时间修正方法[D]. 杨会军.南京理工大学 2007
硕士论文
[1]基于FPGA载波频率跳变技术的研究[D]. 杨敏.中北大学 2019
[2]基于FPGA的无线通信系统设计[D]. 李宁宁.北华航天工业学院 2018
[3]基于软件无线电的UHF RFID读写器的FPGA设计与实现[D]. 黄东东.杭州电子科技大学 2018
[4]感应装定系统中信息传输研究[D]. 马振兴.中北大学 2017
[5]专用可移动无线高清视频实时传输系统设计与实现[D]. 杨健乐.华东师范大学 2017
[6]非共轴式电磁感应装定技术研究[D]. 刘强.南京理工大学 2016
[7]感应装定系统数据传输技术研究[D]. 杨茹.中北大学 2016
[8]基于FPGA的NFC数据采集系统设计与实现[D]. 张武科.西安电子科技大学 2016
[9]感应装定数据传输技术研究[D]. 张志.中北大学 2014
[10]基于FPGA数字调制的RFID读写器的研究与设计[D]. 张洪华.长沙理工大学 2013
本文编号：3414056
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
感应装定系统总体设计
中北大学学位论文14数据。振幅键控（2ASK）：ASK是通过振幅的不同来传递制信息，在2ASK中波形的波幅变化只有两种，分别对应二进制中的0和1，如图2-9所示。图2-92ASK调制示意图Figure.2-9Schematicdiagramof2ASKmodulation感应装定器的工作环境比较恶劣，因此需要较强的抗干扰能力。在三种调制方式中频移键控的抗干扰能力要明显的弱与其他两者。在调制的过程中，相移键控和振幅键控的调制方式和难度区别不大，但是在解调过程中，振幅键控的解调更加易于实现。故在本系统中的调制方式采用振幅键控的模式。振幅键控的常用解调方法有两种，分别为相干解调和包络检测法。相干解调是接收端要有与发送端载波频率相位相同的本地载波，与接收到的信号相乘的处理，然后经过滤波和采样判决得到原始信息。但是对于感应装定系统来说，给接收端提供与发送端载波频率相位相同的波形并不容易。包络检测则是通过带通滤波器，包络检测，低通滤波和抽样判决后得到原始信号。相较而言包络检测更加适合感应装定系统。2.3本章小节本章对感应装定系统的总体结构进行了设计，并对其关键编码解码和调制的相关技术进行了对比选择。包括选用汉明码编码进行差错控制，选用曼彻斯特编码将电平携带信息转化为电沿携带信息，选用振幅键控的方式对数据进行调制，包络检测对数据进行解调。
中北大学学位论文17FPGA的配置，我们在综合器QuartusⅡ完成布局布线并综合完成之后，生成(.sof)文件，通过JATG口对芯片进行配置，并且JATG口的配置方式在所有的配置方式里优先级最高。JATG口原理图如图3-1所示。图3-1JTAG口管脚分布Figure.3-1JTAGportpindistribution如图3-1所示，TCK为PC和FPGA芯片的测试时钟信号接口，其他的信号都必须与之同步。TDI用于测试数据的输入，在TCLK上升沿触发，写入数据。TDO用于测试数据的输出，在TCK下降沿触发，输出数据。TMS是模式控制管脚，在JTAG芯片内部，有一个16位状态机对TAP进行控制，TMS则是TAP的控制信号。图3-2W25Q16的引脚排列图Figure.3-2PinarrangementdiagramofW25Q16（2）Flash芯片的选择与设计当我们需要FPGA的数据掉电以后仍然能使用，我们就需将程序固化到掉电不丢失数据的存储器上。固化一般分为主模式和从模式两种。主模式都是FPGA芯片上电后控制外部存储器（掉电不丢失数据），对自身进行配置。从模式则需要上位机或者其它的微控制器来引导配置过程。为了减少装定器的体积，选择主模式进行配置。Flash芯片作为配置芯片，也有两种配置模式，分别是主串模式和主并模式。主并模式是八位或更多位数据并行传输，速度大大提高，但是基于成本和空间这里使用主串模式，数据串行传输。这里选择Flash芯片W25Q16作为配置芯片。存储空间为16M,高性能串行闪存，
【参考文献】：
期刊论文
[1]状态机的模块化设计[J]. 石惠敏,方振国,陈建国,董坤,胡锋. 长春师范大学学报. 2019(12)
[2]对通信系统中调制技术与解调技术的研究[J]. 李卓然. 电子世界. 2019(06)
[3]基于FPGA与W5100的高频发射机数据传输系统设计[J]. 韩小东,许哲,丛岩,李世龙,张瑞锋,仪孝平. 原子核物理评论. 2018(03)
[4]FPGA芯片设计及其应用分析[J]. 谢帅,李秀强,李茜,刘小宝,戴昭. 数字技术与应用. 2018(08)
[5]CH340T模块的程序下载电路故障及解决方法[J]. 黄韦,王忠,杨卫军,王鑫. 单片机与嵌入式系统应用. 2017(09)
[6]基于射频识别（RFID）的物联网发展与应用研究[J]. 李琳. 山西电子技术. 2016(06)
[7]基于近场通信技术的引信感应装定方法[J]. 吴向臣,吴茂林,刘玉. 探测与控制学报. 2016(03)
[8]基于FPGA的曼码编解码模块实现[J]. 张儒,李敏. 仪器仪表用户. 2016(03)
[9]基于RFID的非接触式引信感应装定系统[J]. 余燕文. 水雷战与舰船防护. 2015(04)
[10]FPGA器件设计技术发展综述[J]. 徐思燕. 通讯世界. 2015(19)
博士论文
[1]多管火箭弹引信感应装定技术与飞行时间修正方法[D]. 杨会军.南京理工大学 2007
硕士论文
[1]基于FPGA载波频率跳变技术的研究[D]. 杨敏.中北大学 2019
[2]基于FPGA的无线通信系统设计[D]. 李宁宁.北华航天工业学院 2018
[3]基于软件无线电的UHF RFID读写器的FPGA设计与实现[D]. 黄东东.杭州电子科技大学 2018
[4]感应装定系统中信息传输研究[D]. 马振兴.中北大学 2017
[5]专用可移动无线高清视频实时传输系统设计与实现[D]. 杨健乐.华东师范大学 2017
[6]非共轴式电磁感应装定技术研究[D]. 刘强.南京理工大学 2016
[7]感应装定系统数据传输技术研究[D]. 杨茹.中北大学 2016
[8]基于FPGA的NFC数据采集系统设计与实现[D]. 张武科.西安电子科技大学 2016
[9]感应装定数据传输技术研究[D]. 张志.中北大学 2014
[10]基于FPGA数字调制的RFID读写器的研究与设计[D]. 张洪华.长沙理工大学 2013
本文编号：3414056
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