信号采集与频谱分析系统设计(新)

摘    要
数字信号处理是信息科学中近几十年来发展最为迅速的学科之一。常用的实现高速数字信号处理的器件有DSP和FPGA。FPGA具有集成度高、逻辑实现能力强、速度快、设计灵活性好等众多优点，尤其在并行信号处理能力方面比DSP更具优势。
    在信号处理领域，经常需要对多路信号进行采集和频谱分析，为解决这一问题，本文介绍了基于FPGA的信号采集和频谱分析系统设计。本文以MAX+PLUS Ⅱ软件为平台，采用VHDL语言，设计了时钟产生模块、信号控制模块，完成频谱分析，并采用MAX+PLUS Ⅱ仿真工具进行相关的时序仿真。
现场可编程门阵列FPGA有集成度高，体积小、灵活可重配置、实验风险小等优点，在复杂数字系统中得到了越来越广泛的应用。随着FPGA技术的成熟和不断飞速发展，数字电路的设计只需一片FPGA器件、一些存储设备和一些电气接口匹配电路的解决方案已成为主流选择方案。

关键词： FPGA；信号采集；MAX+PLUS Ⅱ；频谱分析 
 
Spectrum Signal Acquisition and Analysis System Design

Abstract
Digital signal processing is one of the most rapidly disciplines of information science in the recent decades. Today the devices commonly used to achieve high-seed digital signal processing are DSP and FPGA. FPGA with high integration, logic capability, high seed and flexibility has greater advantages over DSP, especially in parallel signal processing.
In the field of signal processing, it is often needed to acquire and Spectrum analysis . To solve the problem, this paper brings Spectrum Signal Acquisition and Analysis System Design based on FPGA. Signal processing modules design is achieved basing on MAX+PLUS Ⅱ, applying the VHDL language . The whole signal processing unit consists of a clock module, a data-sliding module, a signal control module. Besides, this design uses the ModelSim simulation tools to simulate the timing. Finally, we use the MAX+PLUS Ⅱ prove the design and find that the design meets the technical requirements.
Scene programmable gate array FPGA has the integration rate to be high, the volume small, nimble may the reshuffle, the experimental risk small and so on the merits, obtained the more and more widespread application in the complex number system. Mature and rapidly develops unceasingly along with the FPGA technology, Spectrum analysis the digital circuit design only needs a piece of FPGA component, some storage device and some electrical connection match circuit solution has become the mainstream choice plan.

Key Words： FPGA; Signal acquisition; MAX+PLUS Ⅱ; Spectrum analysis

目    录  23000字
摘   要 I
Abstract II
引    言 1
1  绪论 2
1.1  研究背景 2
1.2  研究目的和意义 2
1.2.1  研究目的 2
1.2.2  研究意义 2
2  信号采集与频谱分析系统设计方案论证 3
2.1  单片机系统实现方案 3
2.2  DSP实现方案 4
2.3  FPGA实现方案 5
3  FPGA器件的结构和特点 7
3.1  FPGA的基本结构 7
3.2  使用FPGA 进行电路设计的优越性 8
3.3  FPAG在计算机领域的运用 9
3.4  FPGA的开发流程 9
4  A/D转换器 10
4.1  A/D转换的基本原理 10
4.2  A/D转换器的应用知识 11
4.2.1  主要技术指标的正确理解和选择 11
4.2.2  输入模拟量的通道数目和量程 11
4.2.3  输出，输入数码的三态锁存器和逻辑电平 12
4.2.4  参考电压与工作电压的要求 12
4.2.5  工作环境的考虑 12
4.3  A/D转换器TLC5510的特点及应用 12
5  EDA设计平台及工具 14
5.1  MAX+PLUS II软件介绍 14
5.1.1  MAX+PLUS Ⅱ的安装 15
5.1.2  设计处理 16
5.1.3  设计检验 16
5.1.4  器件编程 17
5.2  VHDL语言介绍 17
5.2.1  VHDL语言基本结构 17
5.2.2  VHDL的特点及其设计方法 18
6   RS-232接口 19
(毕业设计)
6.1  RS-232接口描述 19
6.2  RS-232的由来 20
6.3 RS-232串行接口标准 21
6.4  RS-232接口定义及连线 21
6.5  RS-232-C接口介绍 21
7  用FPGA实现信号采集的模块设计 24
7.1  UART简介 24
7.2  FPGA UART 系统组成 25
7.3  模块设计 25
7.3.1  顶层模块 25
7.3.2  波特率发生器 26
7.3.3  UART 接收器 26
7.3.4  UART 发送器 27
7.4  程序设计与仿真 29
7.4.1  波特率发生器程序与仿真 29
7.4.2  UART发送器程序与仿真 30
7.4.3  UART接收器程序与仿真 36
结    论 42
参 考 文 献 43
致    谢 45

电(13)