基于FPGA的ODU监控系统设计与开发

摘要

室外单元（Out Door Unit，ODU）是卫星通信系统地球站的主要设备之一。在卫星通信链路上，其主要功能是对卫星信号的收发。目前在我国民航 C波段电话地球站（Telephony Earth Station，TES）系统中均使用ODU设备，其主要使用外国产品，依赖进口。本文旨在设计ODU射频单元的监控系统。
　　本文首先介绍了课题来源与发展态势，提出了课题的任务与目标。在简要介绍ODU射频单元工作原理后，结合具体指标要求，分析讨论了监控系统的硬件结构，以及使用基于可编程门阵列（FPGA）的设计原理及具体实现方案。随后具体叙述了各部分硬件电路的设计方案以及使用的器件特性。根据设计工作的重点和难点，详细阐述了FPGA内部数据流处理、模拟采样电路的控制逻辑设计、压控晶振控制逻辑设计、片上存储逻辑设计以及通信模块工作原理与控制逻辑。此外，对于监控系统的上位机软件与调试过程做了简要叙述，并总结了在调试中出现的问题以及解决方案。
　　ODU监控系统采用成熟的电子元器件，使用FPGA完成开发，成本低廉，电路板体积小，并且易实现程序升级与功能定制等二次开发要求。在通过仿真、模块独立调试、硬件整体调试、硬件与软件联合调试、设备整机调试等环节后，表明该监控系统能够在上位机软件的控制下实现对ODU控制与监测的目的，达到设计指标要求，并已得到实际应用。

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第一章 绪 论

1.1 课题的来源及意义

1.2 课题的研究现状及发展态势

1.3 课题任务

1.4 本文结构安排

第二章 ODU监控系统总体方案设计

2.1 ODU射频单元工作原理

2.2需求分析

2.3 ODU监控系统总体方案

第三章 ODU监控系统硬件电路设计

3.1 模拟信号采集电路设计

3.2 数字信号采集电路设计

3.3 控制接口电路设计

3.4 压控晶振微调控制电路设计

3.5 片上存储器及实时时钟电路设计

3.6 通信接口电路设计

3.7 告警LED电路设计

3.8 电源电路设计

3.9 时钟电路设计

第四章 FPGA控制逻辑设计

4.1 FPGA控制逻辑总体结构设计

4.2 数据采集逻辑设计

4.3 压控晶振控制逻辑设计

4.4 片上存储逻辑设计

4.5 UART通信控制逻辑

第五章 监控单元调试

5.1上位机控制软件介绍

5.2 监控单元硬件调试

5.3 调试中出现的问题和解决方法

第六章 结论

致谢

参考文献

附 录

攻硕期间取得的研究成果