一种基于FPGA的水声通信调制解调系统EDA设计
基于FPGA的实时声音处理系统设计与优化
基于FPGA的实时声音处理系统设计与优化随着科技的不断进步，声音处理技术在音乐、通信、娱乐等领域中扮演着重要角色。
而基于可编程逻辑器件（FPGA）的实时声音处理系统，由于其高性能和灵活性，成为了研究和应用的热点之一。
本文将探讨基于FPGA的实时声音处理系统的设计与优化。
首先，我们来了解一下FPGA的基本原理和特点。
FPGA是一种可编程逻辑器件，它由大量的可编程逻辑单元（CLB）和可编程互连资源（IOB）组成。
通过对FPGA内部逻辑单元的编程，可以实现各种不同的功能。
与传统的硬件设计相比，FPGA具有灵活性高、可重构性强的特点，能够满足不同应用场景的需求。
在实时声音处理系统中，关键的一环是信号采集和预处理。
为了实现高质量的声音采集，我们可以使用高速模数转换器（ADC）将模拟声音信号转换为数字信号，并通过FPGA进行处理。
在信号预处理阶段，我们可以使用滤波器对信号进行降噪、增益控制等处理，以提高声音的质量和清晰度。
接下来，我们需要设计和优化声音处理算法。
在声音处理系统中，常见的算法包括降噪、混响、均衡器等。
这些算法需要通过FPGA实现，并且需要考虑算法的复杂度和实时性。
为了提高系统的性能，我们可以采用并行计算的方式，将算法拆分为多个子模块，并通过FPGA的并行计算能力实现高速处理。
此外，为了提高系统的效率和性能，我们还可以对FPGA的资源进行优化。
首先，我们可以通过资源共享的方式减少FPGA的资源占用。
例如，将多个子模块共享同一个资源，以减少逻辑单元和互连资源的使用。
其次，我们可以使用流水线技术来提高系统的吞吐量。
通过将算法划分为多个阶段，并将数据流经过这些阶段，可以实现并行处理，提高系统的处理速度。
另外，我们还可以考虑使用优化的编码方式来减少FPGA的资源占用。
例如，使用定点数表示数据，而不是浮点数，可以减少逻辑单元的使用。
此外，我们还可以使用压缩算法来减小数据的存储空间，从而减少FPGA的存储资源占用。
基于FPGA的水声信号采集与存储系统设计
基于FPGA的水声信号采集与存储系统设计摘要：为实现对水声信号的多通道同步采集并存储，提出了一种基于FPGA的多通道信号同步采集、高速大容量实时存储的系统设计方案，并完成系统的软硬件设计。
该系统的硬件部分采用模块化设计，通过FPGA丰富的外围接口实现模块间的数据交互，软件部分采用Verilog HDL硬件描述语言进行编程，能够灵活的实现信号的采集及存储。
实际应用表明，该设计具有功耗低，可高速实时存储，存储容量大，通用性强，易于扩展升级等特点。
水声信号采集存储系统是海洋环境调查仪器的重要组成部分。
开展水声环境调查所使用的海洋仪器要求设备通道多、同步性好、采样率高、数据存储容量大。
市场上常见的数据采集器多是采集某些固定种类的信号，动态范围比较小，通道数一般也比较少，有些还要求与主机进行接口等，这些都限制了其在水声信号采集中的应用。
为满足需要，本文设计了适合于水声数据采集存储的较为通用的系统，系统单板具有8个采集通道，多个单板级联可实现多通道同步采集、USB高速存储。
1 总体设计该系统总体结构如图1所示，上级电路通过级联接口发送采集指令，单片机初始化控制FPGA，控制FPGA首先判断单板是否为级联单板，再初始化相应的FPGA。
采集模块的FPGA 向需要同步采集的通道对应的A/D芯片提供统一的时钟，使得A/D同步的选择相应的通道进行数据的同步采样和转换，其结果传给负责缓存的FPGA，缓存在DDR对应的存储空间，然后由ARM控制存储模块的FPGA从DDR空间读取数据进行本地存储。
2 系统硬件设计系统硬件主要由控制模块、数据采集模块、缓存模块、存储模块几部分组成，系统硬件结构图如图2所示。
单片机功耗低、接口丰富、可靠性高，被系统用做上电引导芯片;FPGA 器件具有集成度高、内部资源丰富、特别适合处理多路并行数据等明显优于普通微处理器的特点，所以系统采用XILINX公司不同型号的FPGA作为不同模块的主控芯片。
基于FPGA嵌入式设计的水声信号采集系统
总第273期舰船电子工程Vol. 37 No. 3 2017年第3期Ship Electronic Engineering 135基于FPGA嵌入式设计的水声信号采集系统马雪(昆明船舶设备研究试验中心昆明650051)摘要通过对水声信号采集，实现水声测量、回波模拟和多通道的水声数据记录分析，为进行水下兵器的试验分析提 供数据基础。
提出一种基于FPGA嵌人式设计的水声信号采集系统设计方法,首先进行系统的总体设计构架和功能模块 分析,系统对水声信号的采样通道设置为8通道同步、异步输人,A/D分辨率大于12位,信号放大量为80dB,回放信号形式 包括CW、LFM、HFM等多种形式。
在硬件模块化设计中,主要对AD模块、复位电路、滤波电路、接收机电路等进行了详细 描述,数据采集与处理采用FPGA作为逻辑处理芯片，进行嵌人式设计，在DSP模块进行水声信号采集和实时处理。
最后 进行系统调试和测试分析，结果表明，该系统进行水声信号采集的抗干扰性较好，漂移失真较小，设计结果能满足水声信号 实时准确采集的要求。
关键词FPG A;嵌人式；水声信号；采集系统中图分类号TN911 DOI：10. 3969/j. issn. 1672-9730. 2017. 03. 033Underwater Acoustic Signal Acquisition System Based on FPGAEmbedded DesignMAXue(Kunming Shipborne Equipment Research and Test Center, Kunming 650051)Abstract By collecting the underwater acoustic signal, underwater acoustic measurement, echo simulation and multichannel acoustic data record analysis is realized, the data base is provided for underwater weapon test analysis. This paper proposes a design method of underwater acoustic signal acquisition system based on embedded FPGA design, first the overall structure design and function modules of the system are analyzed, the sampling channel system of the underwater acoustic signal is set to 8 channel synchronous, asynchronous input, A/D resolution is higher than 12, signal gain is 80dB, the playback signal includes CW, LFM, HFM form and so many forms. In the hardware module design, mainly on the AD module, reset circuit, filter circuit, receiver circuit are described in detail, data acquisition and processing use FPGA as the logic chip to carry out embedded design, acoustic signal acquisition and real-time processing are carried out in DSP. Finally, the system debugging and test analysis results show that the system anti-interference acoustic signal acquisition can drift less distortion, the design results can meet the requirements of real-time and accurate acoustic signal acquisitionKey Words FPGA, embedded, underwater acoustic signal, acquisition systemClass Number TN911i引言水声信号主要表现为声_信号、水下目标的回 波信号、目标舰船的辐射噪声和海洋噪声信号等，需要通过电子测量方式进行水声信号采集，为水下 目标识别和信息处理系统提供输入参量[1]。
基于FPGA的水声信号通信系统_卜文强
分：包络 提 取、包 络 形 成、脉 冲 形 成。比 较 器 负 责 判断信号是否到，只 要 被 检 测 出 的 同 步 码 元 包 络 大 于 一 定 的 电 平 门 限 ，则 输 出 高 电 平 ，再 将 该 信 号 送入 ＦＰＧＡ 的可重触发 单 稳 态 电 路 中 形 成 包 络， 脉冲形成电路不断地检测单稳态电路中的包络信 号，检测到包络信号上升沿之后，加入 ３０％ｔ的修 正产生脉冲。根据高 Ｑ 窄 带 滤 波 器 特 性，同 步 信 号到来并通过高 Ｑ 窄带滤波后其信号包络呈斜 率上升和下 降，且 Ｑ 值 越 高 斜 率 越 平 缓，发 展 和 拖尾时间也 越 长。 因 此，比 较 器 的 门 限 电 平 设 置 要合理，以保证能 尽 量 在 同 步 码 元 时 间 内 超 过 该 门限并准确生成 中 断，唤 醒 控 制 器 进 行 下 一 步 工 作。根据实验观 察 的 结 果，组 成 同 步 捕 获 的 各 模 块形成的效果波形如图７所示。
第３期
卜文强，等：基于 ＦＰＧＡ 的水声信号通信系统
３０３
发送信号经过 水 声 信 道 后，在 接 收 端 信 号 的 幅度会有很大的 起 伏，这 是 由 于 声 波 在 海 水 中 传 播 ，信 号 幅 度 与 距 离 成 指 数 衰 减 关 系 ，且 随 频 率 的 不同受到的衰减 也 不 一 样，这 种 信 号 的 衰 落 随 时 间、空间和频率的不同其衰落 深 度 可 以 达 到 ２０～ ８０ｄＢ。加之换能 器 在 信 号 带 宽 内 的 幅 频 响 应 不 平 坦 ，也 会 导 致 转 换 产 生 的 电 信 号 幅 度 变 化 很 大 。 信号幅度的强烈起伏会造成检测困难和同步信号 的抖动。针对这 个 问 题，本 系 统 采 用 了 一 种 自 动 增 益 控 制 （ＡＧＣ）技 术 ，其 设 计 方 案 如 图 ６ 所 示 。
基于FPGA的QPSK调制解调的仿真及相关软件设计毕业设计
1 引言1．1 研究背景自1897年意大利科学家G.Marconi首次使用无线电波进行信息传输并获得成功后，在一个多世纪的时间中，在飞速发展的计算机和半导体技术的推动下，无线通信的理论和技术不断取得进步，今天，无线移动通信已经发展到大规模商用并逐渐成为人们日常生活不可缺少的重要通信方式之一。
随着数字技术的飞速发展与应用数字信号处理在通信系统中的应用越来越重要。
数字信号传输系统分为基带传输系统和频带传输系统。
频带传输系统也叫数字调制系统，该系统对基带信号进行调制，使其频谱搬移到适合信道传输的频带上数字调制信号有称为键控信号。
在调制的过程中可用键控[1]的方法由基带信号对载频信号的振幅，频率及相位进行调制最基本的方法有三种：正交幅度调制（QAM）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）。
作为数字通信技术中重要组成部分的调制解调技术一直是通信领域的热点课题。
随着当代通信的飞速发展，通信体制的变化也日新月异，新的数字调制方式不断涌现并且得到实际应用[2]。
目前的模拟调制方式有很多种，主要有AM、FM、SSB、DSB、CW等，而数字调制方式的种类更加繁多，如ASK、FSK、MSK、GMSK、PSK、DPSK、 QPSK、QAM等。
如果产生每一种信号需要一个硬件电路甚至一个模块，那么能产生几种、十几种通信信号的通信机的电路将相当复杂，体积重量将会很大，而且要增加新的调制方式也是十分困难的。
在众多调制方式中，四相相移键控(Quadrature Phase Shift Keying，QPSK)信号由于抗干扰能力强而得到了广泛的应用[3], [4]，具有较高的频谱利用率和较好的误码性能，并且实现复杂度小，解调理论成熟，广泛应用于数字微波、卫星数字通信系统、有线电视的上行传输、宽带接入与移动通信等领域中[5]，并已成为新一代无线接入网物理层和B3G通信中使用的基本调制方式[6]。
现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)是20世纪9年代发展起来的大规模可编程逻辑器件，随着电子设计自动化(ElectronDesign Automation EDA)技术和微电子技术的进步，FPGA的时钟延迟可达到ns级，结合其并行工作方式，在超高速、实时测控方面都有着非常广阔的应用前景[7]。
基于FPGA的调制解调实验平台设计
２ ０ １ ３年 ４月
泉州师 范学 院学 报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｑｕ ａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｎｏ ｒ ｍａ ｌ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ
Ｖｏ１ ． ３１ ＮＯ ． ２
Ａｐ ｒ ．２ Ｏ１ ３
基于 Ｆ Ｐ ＧＡ 的调制解调实验 平台设计
可重 构能 力成 为实 现软 件无 线 电技术 的一 种重要 技术 手段 ［ １ ］ ．
本文 以 Ａｈ ｅ ｒ ａ公 司 的“ Ｅ Ｐ ３ Ｃ ２ ５ Ｑ２ ４ ｏ ｃ ８ ” Ｆ Ｐ ＧＡ 芯片 为核 心构 建 基 于 软件 无 线 电技 术 的 调 制 、 解 调
实 验平 台 ， 拟 对 ＡＳ Ｋ、 Ｆ Ｓ Ｋ、 Ｄ Ｐ Ｓ Ｋ 等几种常见的调制 、 解 调 方 式 进 行 处 理． Ｅ Ｐ ３ Ｃ ２ ５ Ｑ２ ４ Ｏ Ｃ ８芯 片 属 于 Ａｈ ｅ ｒ ａ 公 司的 Ｃ ｙ ｃ ｌ ｏ ｎ ｅ Ｉ Ｉ Ｉ 系列处 理器 ， 相 比其 他 一 些 同类 型 Ｆ Ｐ ＧＡ 处 理器 ， Ｃ ｙ ｃ ｌ ｏ ｎ ｅ Ｉ Ｉ Ｉ 系列 具 有 更 低 的功耗 、 更 强 的数 字信 号处 理 能力 ， 同时 在单一 器件 中集 成 了 Ｓ Ｄ Ｒ（ 软 件无线 电） 信号 处理 功能 ． 因此 ， 非
Ｆｉ ｇ ． １ Ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｄ ｉ ａ ｇｒ ａ ｍ ｏ ｆ ＰＳ Ｋ ｍｏ ｄｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
１ ． １ ． ２ 系统工程 的 建立 与代码 编 写 在 ＱＵＡＲ ＴＵＳ Ｉ Ｉ 软件中， 建立 一个 名为 Ｆ ＴＺ的工 程． 然后在 Ｆ ＴＺ
吴一 天 志 毛 伟 １ 币
（ 泉州师范学院 物理与信息工程学院 ， 福 建 泉 州 ３ ６ ２ ０ ０ ０ ）
基于FPGA的水声信号记录电路设计
1 引言
进行水声研究需要进行大量的测量工作，并对 测量数据进行比对、分析。因此对测量到的原始信 号进行记录就显得格外重要。行业内存储水声信 号主要使用的是磁带机，保存经放大处理的模拟信 号。虽然磁带机有可靠性高、容量大、速度快等诸 多优点，但是对数据再次使用时需要再次把模拟信 号转换成数字信号，这给数据分析带来了不便。而 且磁带机受体积、抗冲击性能等方面因素的影响， 通常配置于地面设备，无法搭载于水下航行体中， 这使磁带机的应用受到了很大的限制。因此，设计 一种体积小，环境适应性强，可置于水下设备中的 记录电路，替代传统的数据记录设备，以满足行业 内特殊条件下水声信号记录的需要，具有重要的实 践意义和实用价值。
电路还内置电源管理电路，用于电源的自检、 上电控制和复位控制功能。同时还配有 CAN 总线接 口，便于接收上级系统的命令并将自检信息上报。
3 电路硬件设计
记录电路的硬件设计主要围绕 FPGA 电路设 计展开，同时进行接口电路部分设计、存储电路部
∗ 收稿日期：2017 年 8 月 17 日，修回日期：2017 年 9 月 21 日 作者简介：朱明骏，男，高级工程师，研究方向：水中兵器。孙现有，男，硕士，工程师，研究方向：水中兵器。
Flash 的接口相对简单，除了 8 位复用的地址、 数据线以外，有 7 个控制引脚。它们分别为 R/B、
Abstract This paper presents a design scheme of underwater acoustic signal recording circuit. The design process of the whole circuit is introduced from the aspects of design idea，hardware structure，software design.
高性能FPGA在通信系统中的调制解调应用研究
高性能FPGA在通信系统中的调制解调应用研究随着通信系统的发展和进步，高性能FPGA（Field Programmable Gate Array）在通信领域的调制解调应用越来越受到关注。
本文将探讨高性能FPGA在通信系统中的调制解调应用研究，并分析其在提高通信系统性能方面的优势。
一、调制解调的基本概念在深入研究高性能FPGA在通信系统中的应用之前，我们首先需要了解调制解调的基本概念。
调制是将要传输的信号转化为适合传输介质传输的信号的过程，而解调则是将传输介质上接收到的信号还原为原始信号的过程。
调制解调在通信系统中起着至关重要的作用，对信号的传输质量和系统性能有重要影响。
二、高性能FPGA在调制解调中的应用高性能FPGA作为一种可编程逻辑器件，广泛应用于通信系统中的调制解调过程。
它具有可配置性强、处理速度快等优势，能够满足通信系统对高性能和灵活性的需求。
1. 调制模块的实现高性能FPGA可以根据通信系统的需求，通过编程实现各种调制算法的模块化设计。
例如，可以利用FPGA实现常用的调制方式，如BPSK、QPSK、16QAM等。
这种模块化设计不仅提高了系统的灵活性，还能够方便地进行调试和升级。
2. 解调模块的实现除了调制模块，高性能FPGA还可以用于解调模块的实现。
解调模块的功能是将接收到的调制信号转化为原始信号。
FPGA可以通过编程方式实现解调算法，提取出原始信号中的有效信息。
这种灵活的解调算法设计方式，为通信系统的性能提升提供了更多的空间。
3. 码型选择和优化在通信系统中，码型选择和优化对传输质量有着重要影响。
高性能FPGA能够通过灵活的编程方式实现各种码型选择和优化算法。
通过对编码和解码算法进行优化，可以提高传输效率和系统的抗干扰能力。
4. 算法升级和更新由于通信系统的特性和要求不断变化，调制解调算法也需要进行升级和更新。
高性能FPGA的可编程性使得算法的升级变得更加方便。
通过软件更新FPGA的编程代码，可以快速实现调制解调算法的升级，提高系统的性能和适应性。
OFDM水声通信定时同步的FPGA实现
典型的OFDM水声通信系统原理框图如图1所示。
输入的数据符号经过DQPSK映射成一个复数数据序列X[0]，
X[1]，，X[N-1]，经过串并转换后将N个并行符号调制到N个子载波上，经
过IFFT后成为时域抽样值x[n]：
再经过添加循环前缀(CyclicP最后经水声换能器转换成声信号在水声信道中传输。在接收
端，信号经接收换能器转换成电信号，经信号调理以及A/D采集、FFT等一
系列逆过程，即可完成数据符号的解调。
为了正确恢复数据符号，本系统利用LFM信号较好的自相关特性，
将其作为OFDM符号的定时同步信号。OFDM水声通信系统发送信号的帧结
构如图2所示。在接收端采用滑动相关检测的方法，获得相关峰的位置，实
现定时符号的准确同步，然后经过发送端的逆过程即可实现OFDM信号的解
调，最后恢复出原始的数据符号。
基于FPGA的水声信号高速采集存储系统设计
基于FPGA的水声信号高速采集存储系统设计代明清;冯西安;耿云辉;李晓花【摘要】介绍了一种基于FPGA的水声信号数据采集与存储系统的设计与实现，给出了系统的总体方案，并对各部分硬件和软件的设计进行了详细描述。
系统以FPGA作为数据的控制处理核心，以存储容量达2GB的大容量NAND型Flash作为存储介质。
该系统主要由数据采集模块、数据存储模块和RS～232串行通信模块组成，具有稳定可靠、体积小、功耗低、存储容量大等特点，实验证明该系统满足设计要求。
%The design and implementation of underwater acoustic signals data acquisition and storage system based on FPGA is introduced in this paper. It describes the overall design, hardware design and software design of the system. The control and processing core of the data is FPGA, and NAND Flash is the storage medium whose storage capacity can reach 2GB. The system is consisted of data acquisition module, data slorage module and RS232 serial communication module. The system is reliable and stable, small, and has low consumption and large capacity. The experiment shows that the performance of the system can meet the design requirements.【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2011(030)023【总页数】4页(P34-37)【关键词】水声信号;数据采集与存储;FPGA;Flash【作者】代明清;冯西安;耿云辉;李晓花【作者单位】西北工业大学航海学院,陕西西安710072;西北工业大学航海学院,陕西西安710072;西北工业大学航海学院,陕西西安710072;西北工业大学航海学院,陕西西安710072【正文语种】中文【中图分类】TP274数据采集与存储是信号处理的一个重要环节，已被广泛应用于雷达、声纳、语音识别、图像处理等领域。
基于FPGA的水声定位系统数字信号处理平台设计
基于FPGA的水声定位系统数字信号处理平台设计
吴雷;李志刚;邓小轩;刘沄
【期刊名称】《通信电源技术》
【年(卷),期】2017(34)4
【摘要】海洋工程开发对水声定位技术提出了新的要求,为了提高系统定位精度,综合定位系统逐渐成为研究热点.文中针对于水声定位系统介绍了如何使用FPGA+ DSP的结构搭建水声定位系统的数字信号处理平台.
【总页数】3页(P138-140)
【作者】吴雷;李志刚;邓小轩;刘沄
【作者单位】中海石油深海开发有限公司,广东珠海519050;中海石油深海开发有限公司,广东珠海519050;哈尔滨工程大学水声工程学院,黑龙江哈尔滨150001;中海石油深海开发有限公司,广东珠海519050
【正文语种】中文
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用FPGA实现水声MFSK信号的同步接收及解码
用FPGA实现水声MFSK信号的同步接收及解码
张文艳;陈立强;程方;程刚
【期刊名称】《探测与控制学报》
【年(卷),期】2004(026)004
【摘要】提出了一种用FPGA实现水声MFSK信号的同步接收及解码的设计思想,利用FPGA编程的特点,用软件编程方法,很好地解决了水声信号在频域的同步接收和解码.更吸引人的是采用FPGA器件可以将原来的电路板级产品集成为芯片级产品,从而降低了功耗,尝试了FPGA在低功耗、低数据率系统的应用.
【总页数】5页(P30-33,37)
【作者】张文艳;陈立强;程方;程刚
【作者单位】西北工业大学,陕西,西安,710072;西北工业大学,陕西,西安,710072;东方航空西北公司,陕西,西安,710082;西北工业大学,陕西,西安,710072
【正文语种】中文
【中图分类】TN911.23
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OFDM水声通信系统FPGA实现初探及多普勒频移补偿研究的开题报告
OFDM水声通信系统FPGA实现初探及多普勒频移补偿研究的开题报告一、选题背景水声通信是一种介质为水的通信方式，其具有传输距离远、抗干扰性强等特点，在军事、海洋勘探等领域有着广泛应用。
而正交频分复用（OFDM）技术则是一种有效的调制方式，在无线通信领域已经得到广泛使用。
将OFDM技术应用于水声通信系统中，将会增加该系统的可靠性和抗干扰性。
本论文旨在研究OFDM水声通信系统的设计与实现，以及多普勒频移对OFDM 系统的影响和相应的补偿技术研究。
二、研究内容1. OFDM水声通信系统的设计与实现OFDM水声通信系统需要进行多个模块的设计和实现，包括信号源、射频前端、数字信号处理等模块。
在设计过程中需要考虑水声信道的特点，如高传输延迟、高传输损耗等，寻求相应的解决方案，以提高系统的可靠性和抗干扰性。
2. 多普勒频移对OFDM系统的影响多普勒频移是由于传输介质的运动导致信号频率的变化。
在水声通信系统中，多普勒频移由水流的流动和通信设备本身的移动引起。
多普勒频移会导致相邻OFDM子载波之间的相位差发生变化，影响系统性能。
3. 多普勒频移补偿技术研究针对多普勒频移对OFDM系统性能的影响，需要研究相应的补偿技术。
多普勒频移补偿技术主要包括预测法、插值法、卷积等。
需要进行比较和评估，选取最优的多普勒频移补偿技术并进行实验验证。
三、研究方法本文采用FPGA实现OFDM水声通信系统。
在此基础上，通过搭建水声信道模拟实验平台进行OFDM信号传输实验，并进行多普勒频移对系统性能的影响分析。
在此基础上，研究不同多普勒频移补偿技术的性能并进行比较和评估。
四、研究意义本文研究OFDM水声通信系统的设计与实现，以及多普勒频移补偿技术，对水声通信系统的改进和优化具有重要意义。
该研究可以提高水声通信系统的通信可靠性和抗干扰性，为相关行业提供更好的通信服务。
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～ 一 一 一 一 一 一 ～ 一 一 一 一 ～ 一 ～ ～ 一 ～ 一 一 一 一 一
的逻辑功能全部用硬件 电路实现，故所有 的延迟只来源于门 电路 ， 而 一 般 门 电路 的延 迟 都 在 ｎ ｓ 级 别 。Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 不 同逻 辑 可 以并行执行 ， 可 以同时处理不 同任务， 这就导致 了Ｆ Ｐ Ｇ Ａ工作 更有效率 。 ２ ． ２ Ｆ Ｐ Ｇ Ａ管脚多， 容 易实现 大规模 系统 单片机 Ｉ Ｏ 口有 限， 而Ｆ Ｐ Ｇ Ａ动辄数百 Ｉ Ｏ， 可 以方 便 连 接 外设 。比如一个系统有 多路 ＡＤ、 Ｄ Ａ， 单片机要进行仔细的资 源分配 ， 总线隔离， 而Ｆ Ｐ ＧＡ 由于 丰 富 的 １ ０ 资源 ， 可 以很 容 易 用不 同 １ ０连接各外设 。 ２ － ３ Ｆ Ｐ Ｇ Ａ有大量软核 ， 可以方便 进行二 次开发 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ甚 至 包含 单 片机 和 ＤＳ Ｐ软核 ， 并且 １ ０数 仅 受 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 自身 Ｉ Ｏ限制 ， 所 以， Ｆ Ｐ Ｇ Ａ又是单片机和 ＤＳ Ｐ的超 集， 也就是 说， 单片机和 ＤＳ Ｐ能实现的功能， Ｆ Ｐ ＧＡ一般 都能实现 。 ３系 统 设 计 为了能够实现水声信号的 Ａ ／ Ｄ、Ｄ ／ Ａ转换 以及数字信号 的调制 、 解 调处理 ， 本系统主要集成 了Ａ／ Ｄ转换芯 片、 Ｄ ／ Ａ转 换芯片和 Ｆ Ｐ ＧＡ芯片等， Ｆ Ｐ Ｇ Ａ采用 Ｅ Ｐ ３ Ｃ１ ０芯片 ， Ａ／ Ｄ转换 芯 片采 用 ＡＤＳ ７ ８ ０ ０ Ｊ Ｕ芯片， 而Ｄ ／ Ａ转 换 芯 片为 Ｔ Ｌ Ｖ５ ６ ３ ９芯 片， 另外还使用 了 Ｌ ＶＴ ２ ４ ５电平转换芯片， ＭＡ ｘ２ ３ ２芯片等。
１ 水声通信简介 水声通信就是以声波为载体在水下传输信息的技术。在 水下 ， 电磁波 的吸收很大 ， 在水中的也衰减很快 ， 并且波 长越 短， 损失越大， 即使用大功率的大型天线 发射低频 电磁波 ， 也 只能传播几十米的距离。最新发展起来 的蓝绿激光技术，由 于其造价昂贵， 而且作用距 离小， 也不适用于大规模和长距 离 的水 下 通 信 中 。 而 声 波 在水 中传 播 的衰 减 就 非 常 小 ，低 频 的 声 波 甚 至 可 以穿 透 海 底 几 千 米 的地 层 ， 获 得 其 中信 息 。 ２ Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 简 介
蓬
ห้องสมุดไป่ตู้
图２ ： Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 部 分 电路 原 理 图
换 能 器 接 收 来 的信 号 是模 拟 的形 式 的 ， 要使用 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 对 接 收 到 的信 号 进 行 解 调 ，首先 应 该 把 模 拟 信 号 转 变 成 数 字 信 号。 市场上的 Ａ ／ Ｄ转换器种类繁 多， 性能不一， 需要合理 的进 行选择 。从误差控制 的角度来看， Ａ ／ Ｄ转换器的位 数越 高， 精 确度越高 ， 一般 ８位 以下 的 Ａ ／ Ｄ转 换 器 为 低 分 辨 率 转 换 器 ， 转 换误差较大 ， 而 １ ３位 以上 的 Ａ ／ Ｄ转换器为高分辨率转 换器 ，
换 以及数 字信号 的调制与解调， 达到水下信息传 输的 目的。 关键词 水声通信 Ｆ Ｐ ＧＡ Ｅ ＤＡ设计
文献标识码 ： Ａ 系 统 组成 框 图如 图 １ 所示 。 发送端 ， 由上位机将需要传输的数据 通过 串 口传送进来 ， 直接送到 Ｆ Ｐ ＧＡ进 行处理， 调制好 的数字信号再 由 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 发 送到 ＤＡ转换模块 ，转换成模拟信号之后 由模拟输出端发出 到下位机进行进一步 的模拟放大和发送 。接收端，下位 机将 模拟信号通过模拟输入端送入 ＡＤ转换模块转换成数字信号 ， 再经 过 电平 转 换 后 进 入 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 进 行 解 调 ，之后 通 过 串 口送 入 上位机， 完成信号的接收。 Ｅ Ｐ ３ Ｃ１ ０属 于 Ａ ｌ ｔ ｅ ｒ ａ的 Ｃ ｙ ｃ ｌ ｏ ｎ ｅ Ｉ Ｉ Ｉ 系列 ， 具有 ２ ０ ０ Ｋ 逻 辑 单元 （ Ｌ Ｅ ） 、 ８ － Ｍｂ ｉ ｔ ｓ 存 储器 ， 而 静 态 功耗 不到 １ ／ ４ 瓦， 该 系 列 设 立 了功耗标准 。采用 台积 电（ Ｔ ｓ Ｍｃ ） 的低功耗（ Ｌ Ｐ ） Ｉ艺技术进行 制造 ， 无论是通信设备、 手持式消费类产 品， 还是软件无线 电设 备， 都可 以胜任 。 Ｅ Ｐ ３ Ｃ１ ０芯片作为主控芯片 ， 主板上 的大部分 芯片都与其相连， 该芯片使用 Ｔ Ｑ Ｆ Ｐ 封装， 共有 １ ４ ４个引脚 ， 所 有引脚 的功能可以分为五大类： 供 电及参考 电压引脚、 配置专 用引脚、 时钟和锁相环引脚 、 两用可选配置引脚和外部接 口引 脚。 在原理 图设计中应根据各个引脚 的功能 ， 将其与其它元件 合理的连接起来。图 ２所示为 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ部分 电路 原理 图。 中 图分 类 号 ： Ｔ Ｎ９ １ １ ． ３
一
种基于 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 的水声通信
调制解 调 系统 Ｅ Ｄ Ａ设 计
秦端振
（ 青岛科技大学 山东 ・ 青岛 ２ ６ ６ ０ ６ １ ）
摘 要 人类对海洋 的探索、 开发和利用 活动不断深入 ， 很 多水下作业的潜艇 、 潜水器 、 水下机器人 等对水下信息传输
的需求 曰益增加。 声波在水 中传播 的衰减小 ， 传 输距离远 ， 本文所设计的电子板 ， 可 以实现水声信号的 Ａ／ Ｄ与 Ｄ／ Ａ 转
图ｌ ： 系统 组 成 框 图
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一
但是对误差 降低有限 ，同时对器件本 身要求过高 。特别是在 水下通信 中， 噪声干扰 比较严 重， 受外在噪声的影响， 高分辨 率转换器并不能对系统的性能有所提高， 所 以本系统采用 １ ２ 位 的中分辨率 Ａ ／ Ｄ转换器 ， 既能够满足应用 中精确度的要求， 又控制 了成本 。本系统 中的 Ａ ／ Ｄ转 换芯 片使用 了 ｂ ｕ ｒ ｒ － ｂ ｒ ｏ ｗ ｎ 公司的ＡＤＳ ７ ８ ０ ０ Ｊ Ｕ， 这是一种 １ ２ 位 并行模数（ 下转第 １ ３ ８页）