| 【中文题名】 | 基于FPGA的磁航向测量系统研究 |
| 【英文题名】 | |
| 【学科专业】 | 电路与系统 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2006-6-9 |
| 【中关键词】 | 磁航向测量系统,微处理器,FPGA,VHDL,模块化设计, |
| 【英关键词】 | Magnetic Heading Measure System,Microprocessor,FPGA,VHDL Modular Design, |
| 【分类导航】 | 工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化技术及设备>自动化系统>数据处理、数据处理系统> |
| 【论文摘要】 | 磁航向测量系统又称磁罗盘,是一种利用地球磁场测量方向的装置。本文研究了一种基于FPGA的磁航向测量系统,用FPGA解算磁航向,具有解算速度快、抗干扰能力强的特点。本文研究内容是航向解算专用集成电路的前期工作。
论文中讲述了磁航向测量系统发展情况和特点,并论述了磁航向测量的工作原理,给出了航向解算的方程式。设计了实现航向解算所需要的数字处理电路,其中包括加法器、乘法器、除法器、反正切函数和正弦函数等模块。采用了行波进位的方法设计的加法器,其具有结构工整的优点;采用简单高效的改进BOOTH算法设计了乘法器;在除法器的设计中采用了移位相减的方法;采用线性插值的方法设计反正切模块,可以将复杂的函数用简单的函数实现并获得满意的精度;用CORDIC算法设计了正(余)弦函数,这种算法极适合数字电路实现。为了验证该磁航向处理电路的功能,设计了其功能的验证系统,其中包括前端数据的加载和后端数据的显示。前端数据从PC机通过串口发送到FPGA,在FPGA中设计了一个串行数据接收和发送模块UART以接收数据;后端数据显示设计了一个显示模块以便数据在实验板上显示。
所有电路模块均采用VHDL语言进行源代码的编写... |
| 【论文题纲】 |
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摘要 |
3-4 |
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ABSTRACT |
4-5 |
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目录 |
5-7 |
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第一章 绪论 |
7-11 |
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1.1 磁航向测量系统发展情况及其特点 |
7 |
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1.2 课题来源及研究的目的和意义 |
7-9 |
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1.3 本文主要研究内容 |
9 |
|
1.4 本文的结构 |
9-11 |
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第二章 可编程逻辑器件及 FPGA设计基础 |
11-24 |
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2.1 可编程逻辑器件 |
11-13 |
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2.2 FPGA的原理和结构及其设计流程 |
13-19 |
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2.2.1 FPGA的结构和原理 |
13-16 |
|
2.2.2 FPGA的设计流程 |
16-19 |
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2.3 Xinlinx FPGA开发软件介绍 |
19-23 |
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2.3.1 特点综述 |
19-20 |
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2.3.2 ISE5.x的集成工具及其基木功能 |
20-23 |
|
2.4 小结 |
23-24 |
|
第三章 磁航向测量系统的总体设计 |
24-29 |
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3.1 磁航向系统及基本测量原理 |
24-25 |
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3.2 微处理器的模块化设计方法 |
25-27 |
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3.2.1 模块化设计方法的基本概念 |
25-26 |
|
3.2.2 模块化设计方法的设计流程 |
26-27 |
|
3.3 磁航向测量系统的总体设计 |
27-28 |
|
3.4 小结 |
28-29 |
|
第四章 磁航向系统的外围接口电路设计 |
29-39 |
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4.1 磁航向解算系统的外围接口电路设计 |
29 |
|
4.2 串口通信的设计及其实现 |
29-35 |
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4.2.1 UART的外部信号及内部结构 |
30 |
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4.2.2 串行数据通信协议 |
30-32 |
|
4.2.3 UART接收器的同步控制机构 |
32-34 |
|
4.2.4 UART的发送器的同步控制机构 |
34 |
|
4.2.5 波特率发生器 |
34-35 |
|
4.3 显示模块的设计及其实现 |
35-38 |
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4.3.1 显示模块的硬件构成 |
35-36 |
|
4.3.2 显示模块的结构设计 |
36-38 |
|
4.3.2.1 频率变换子模块的设计 |
36-37 |
|
4.3.2.2 移位控制显示子模块的设计 |
37-38 |
|
4.4 小结 |
38-39 |
|
第五章 各模块的设计方法及其实现 |
39-56 |
|
5.1 加法器设计及其实现 |
39-42 |
|
5.2 乘法器的设计及其实现 |
42-47 |
|
5.2.1 乘法器结构 |
43-44 |
|
5.2.2 Booth算法 |
44-46 |
|
5.2.3 Wallace树 |
46-47 |
|
5.3 除法器的设计及其实现 |
47-49 |
|
5.3.1 除法器原理 |
47-48 |
|
5.3.2 除法器架构 |
48-49 |
|
5.4 反正切函数的设计方法及其实现 |
49-51 |
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5.4.1 线性插值原理 |
49-50 |
|
5.4.2 误差的计算及分段点的选择 |
50-51 |
|
5.5 航向解算模块 |
51-52 |
|
5.6 正弦/余弦模块的设计 |
52-55 |
|
5.6.1 CORDIC算法原理 |
52-54 |
|
5.6.2 函数的设计的过程 |
54-55 |
|
5.7 小结 |
55-56 |
|
第六章 仿真与实验结果分析 |
56-63 |
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6.1 仿真工具和环境 |
56 |
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6.2 磁航向解算系统及其各个模块的功能仿真 |
56-60 |
|
6.3 延时仿真和程序下载 |
60 |
|
6.4 结果分析 |
60-62 |
|
6.5 小结 |
62-63 |
|
第七章 结论 |
63-65 |
|
7.1 本文小结 |
63 |
|
7.2 本文工作 |
63-64 |
|
7.3 需进一步开展的工作 |
64-65 |
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参考文献 |
65-67 |
|
攻读硕士学位期间参加的科研项目和发表的论文 |
67-68 |
|
致谢 |
68-69 |
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西北工业大学学位论文知识产权声明书 |
69 |
|
西北工业大学学位论文原创性声明 |
69 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.378473 |
