毕业设计（论文）-基于fpga的遥测系统设计

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1、南昌航空大学学士学位论文1绪论1.1引言随着数字通信的广泛应用,可编程逻辑器件容量、功能的不断扩大,集成电路的设计已经进入片上系统(SOC)和专用集成电路(ASIC)的时代。由于硬件描述语言VHDL可读性、可移植性、支持对大规模设计的分解和对已有设计的再利用等强大功能,迅速出现在各种电子设计自动化(EDA)系统中,先进的开发工具使整个系统设计调试周期大大地缩短。设计者的主要工作是利用硬件描述语言(如VHDL)来完成对系统硬件功能的描述,在EDA工具的帮助下通过波形仿真得到时序波形,这样就使得对硬件的设计和修改过程软件化,提高了大规模系统设计的自动化程度[1]。本文针对传统的PCM

2、编码方案,提出一种基于FPGA的PCM编码新方案。该方案相对于传统的设计方法更适合于现代数字通信系统,不但大大减少了周边的设备,也使系统设计更加灵活,稳定性更好,性价比更高,可以满足多种环境下的遥测系统的要求。1.2遥测技术1.2.1遥测技术发展概况遥测技术起源于19世纪初叶，航空、航天遥测技术则分别开始于20世纪30年代和40年代。此后，遥测广泛用于飞机、火箭、导弹和航天器的试验，也极大地促进了遥测技术的发展。50～60年代，随着通信理论、通信技术和半导体技术的发展，遥测技术在调制体制、传输距离、数据容量、测量精度以及设备小型化等方面都取得了很大的进展。60年代以来，遥测技术发

3、展的显著特点是：遥测设备的集成化、固态化、模块化和计算机化，出现了可编程序遥测和自适应遥测[2]。1.2.2遥测技术的组成遥测是通过遥测系统进行的。遥测系统由三部分组成：１）输入设备，包括传感器和变换器。传感器把被测参数变成电信号，变换器把电信号变换成适合于多路传输设备输入端要求的信号[3]。２）传输设备，是一种多路通信设备。它可以是有线通信或无线电通信，既可传输模拟信号也可传输数字信号。目的是把输入设备输入的信号不失真地传到终端。３）终端设备，它的功能是接收信号，对信号进行记录，显示和处理，以获得测量结果。31南昌航空大学学士学位论文1.2.3遥测技术基本原理航空航天遥测系统可

4、分为飞行器遥测设备（系统）和地面遥测设备（系统），前者主要由传感器、多路组合调制器、发射机和天线组成，后者主要由接收机和天线、分路解调器等组成。传感器的功能是感受被测参量并转换成电信号。各传感器的输出信号(及其他需经遥测系统传送的信号)同时送入多路组合调制器，各路信号按一定体制组合起来，互不干扰地通过同一个无线电信道传送出去。多路组合调制器输出的信号调制发射机的载波，通过天线发射出去。接收端天线接收信号后送入接收机。接收机把组合信号解调出来，再经分路解调器恢复各路原始信息，加以记录、处理和显示。现代广泛应用的信号组合体制有时分制和频分制两种。　　　时分制按时间顺序来区分通道。采样

5、开关按顺序对各路信号巡回采样，形成一个综合脉冲序列。接收端的分路解调器的分路开关与发送端的采样开关同步工作，把各路信号分开。如果脉冲序列中脉冲幅度反映被测参数，则称脉冲幅度调制（PAM）。如果采样脉冲的宽度或位置反映被测参数，则称为脉冲宽度调制或脉冲位置调制(PDM、PPM)。如用一组编码来反映被测参数，则称脉冲编码调制(PCM)。这种脉冲序列调制到发射载波上的方式可以是频率调制(FM)、相位调制(PM)和幅度调制(AM)中的任何一种。时分制遥测系统常用的方式是PAM-FM和PCM-FM。时分制多用于被测信号较多而变化缓慢的缓变参数的测量。其中PCM体制的应用更为广泛。频分制按不

6、同的频率来区分通道。各路被测信号对各自的副载波调制，将这些调制后的信号相加得到图3b所示的频谱。这一组合信号再去调制载波，经天线发出，在接收端经载波解调后，用一组滤波器滤出各路副载波，再各自解调出信号。同样，组合信号对发射载波的调制也可以采用上述三种方式中的任何一种。频分制遥测系统中常用的是FM－FM体制。频分制多用于被测信号较少且变化较快的速变参数的测量。1.2.4遥测技术的目的遥测不仅为了获得数据，而是要为遥控目标物体提供实时数据，常和遥控结合在一起。遥测作为一门综合技术，随着电子技术的发展而迅速发展，应用十分广泛。1.2.5遥测的应用31南昌航空大学学士学位论文在宇宙探索中

7、，遥测技术帮助了解太阳系遥远天体上的气温、大气构成和表面情况；投放在敌方的遥测仪器能传回许多情报；取得导弹和飞机的飞行数据；收集核试验情况也要靠遥测技术。在工业上遥测技术使许多庞大的系统高效安全运行，如电力、输油、输气系统、城市自来水、煤气和供暖系统等。在研究动物的生活习性中，遥测技术也是有力的手段，动物带上有传感器的发报机后，在实验室就可研究野外动物的动态。遥测技术也用在医学上，如测定宇航员和登山队员身体情况。医术高明的大夫利用遥测技术能为偏僻地区的病人服务。1.3设计目标及方