通用高速遥测接收位同步板卡设计

摘要

遥测接收系统是远距离接收动态目标信息的重要支持系统。位同步电路产生的位同步信号则起着解调处理同步基准的关键作用，是后续帧格式解调和数据处理的基础。虽然通用通信系统中的位同步技术已经比较完善，但是在各类基于PCM(脉冲编码调制)的航空、航天测控系统中，位同步技术还有很大的研究空间。目前国内还没有产品化的位同步器，而国外的产品虽然各项功能十分完备，但是价格非常昂贵，因此有必要研制我们自己的位同步板卡。 本文首先介绍了无线遥测接收系统的发展状况和位同步器在无线遥测接收系统中的地位，作为设计位同步板卡的背景。紧接着介绍了位同步器的概念和基本方法。随后介绍了基于锁相法的位同步器电路的设计，详细介绍了逻辑设计以及在指定器件上的时序仿真。本文所提出的位同步器电路包括积分滤波、码元重复频率估计和数字锁相三个部分。积分滤波部分对数据进行滤波和迟滞比较，能够滤除码元跳变沿附近的短脉冲干扰。码元重复频率估计部分采用了滑动平均的方法使电路估计出的码元重复频率更加稳定，抗干扰能力得到增强。数字锁相部分增加了超前、滞后统计电路，该电路利用已经得到的超前、滞后脉冲出现的频率对将来的超前、滞后脉冲的出现进行预测，可以提高位同步器电路的保持时间。 传统板卡都是采用PCI接口作为板卡与电脑通信的接口，但是在遥测接收系统小型化、便携化的要求下，本文选择了USB2.0接口作为位同步器板卡与电脑通信的接口。因此本文在完成位同步器电路设计后，简要介绍了USB2.0总线，然后介绍了集成USB2.0接口的控制器CY7C68013芯片的特点。然后详细介绍了CY7C68013芯片的固件编程、USB2.0接口电脑端的WDM设备驱动程序设计和电脑端的应用程序设计。 本文最后介绍了位同步板卡的硬件系统设计和硬件测试。本文最终在在Altera公司Cyclone∏系列EP2C5Q208C8型号FPGA中实现了本文所提出的位同步方法。经过硬件实际测试，位同步电路能够同步的数据码率为5Mbps到15Mbps。位同步板卡上的USB2.0接口能够传输位同步器电路恢复出的数据。电脑端的USB2.0驱动程序能够识别位同步板卡，应用程序能够操作位同步板卡，能够完成高速数据的传输。软件仿真和实际测试都表明设计达到了预期的目标。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 引言

1.1研究的现状及意义

1.2位同步技术和USB接口简介

1.3主要研究工作

第二章 位同步的方法与位同步器电路设计

2.1数字锁相位同步方法简介

2.2位同步器电路的设计

2.2.1积分滤波器和边沿检测器的设计

2.2.2频率估计电路的设计

2.2.3锁相电路的设计

2.3位同步器电路的仿真

2.4位同步器电路的性能分析

2.5本章小结

第三章位同步卡接口设计

3.1 USB总线简介

3.2 CY7C68013设备控制芯片简介

3.3 FPGA与CY7C68013芯片的接口设计

3.4 CY7C68013的固件程序设计

3.5位同步板卡驱动程序设计

3.6位同步板卡应用程序设计

3.7本章小结

第四章 系统的硬件设计

4.1硬件系统整体设计

4.2 FPGA部分设计

4.3键盘、LED显示部分和串口通信部分部分设计

4.4 USB接口部分设计

4.5电源管理部分

4.7本章小结

第五章 系统测试

5.1硬件系统测试

5.2位同步器电路部分测试

5.3位同步器电路部分测试结果分析

5.4软硬件联合测试

5.5本章小节

第六章 结束语

6.1全文总结

6.2下一步的工作展望

致谢

参考文献

作者攻硕期间所取得的成果

附录1硬件实物图