基于FPGA的IRIG-B码解码设计

论文摘要

时间信息是一个非常重要的物理参量,随着现代科学技术的发展,通信、电力、导航、武器试验等诸多领域都对高精度授时、校时提出了要求。在水声学试验中,往往需要高精度的时间信号做为标记和参考。IRIG-B格式时间码（简称B码）是国际通用的时间同步标准,采用B码作为授时手段完全满足水声学试验的要求。近年来,现场可编程门阵列（FPGA）得到了飞速发展,它具有相当强大的实时性和并行处理能力。论文采用了FPGA作为核心处理器件,实现了基于FPGA的B码实时解算系统的硬件设计与调试。论文首先研究了B时间码的概念,阐述了B码的基本格式和标准接口。分别研究了直流B码和交流B码的码元特征和各项参数。通过软件仿真,模拟了两种B码信号的生成和解码过程；重点研究了B码解码的FPGA实现方法,主要包括直流B码和交流B码的解码方法以及1pps信号的生成方法。通过AD转换模块、FPGA、通信模块、接口转换模块的芯片选型,完成了B码解码系统的硬件设计,绘制了电路原理图并设计、制作了电路板,完成了整个解码系统的焊接和调试,并对测试结果进行了简要分析,并给出了改进的建议。根据对电路板的测试,论文中的B码解码硬件电路基本达到了设计要求,实现了预期目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究的背景
• 1.2 FPGA发展历程
• 1.4 论文的设计要求
• 1.5 论文的主要研究内容
• 第2章 IRIG-B时间码的标准制式
• 2.1 IRIG-B码的码制
• 2.3 IRIG-B码标准化接口
• 2.4 IRIG-B码的特点
• 2.5 正弦幅度调制及解调推导
• 2.6 直流码与交流码波形图
• 2.7 交流码解调后的滤波结果
• 2.8 本章小结
• 第3章 IRIG-B解码硬件设计与实现
• 3.1 IRIG-B码解码硬件总体设计
• 3.1.1 主要功能及技术指标
• 3.1.2 解码电路总体设计
• 3.2 AD转换模块
• 3.2.1 ADS8361构造及外围电路设计
• 3.2.2 ADS8361的采样规格
• 3.2.3 ADS8361的输入输出模式
• 3.3 FPGA芯片选型
• 3.4 FPGA与主机通信芯片
• 3.5 通信接口
• 3.5.1 RS232接口
• 3.5.2 RS422接口
• 3.6 电源设计
• 3.7 电路板设计与调试
• 3.7.1 多层电路板设计
• 3.7.2 FPGA硬件系统调试方法及步骤
• 3.8 本章小结
• 第4章 FPGA程序设计
• 4.1 FPGA开发环境
• 4.2 直流B码解码模块
• 4.2.1 脉宽鉴别模块
• 4.2.2 码元时间解算模块
• 4.3 交流B码解码模块
• 4.3.1 AD及带通滤波模块
• 4.3.2 交流解调滤波模块
• 4.3.3 门限检测及解码模块
• 4.3.4 1pps信号同步模块及时间模块
• 4.4 实验结果
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录A