西电电子信息系统综合实验报告.docx
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西电电子信息系统综合实验报告.docx
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西电电子信息系统综合实验报告
电子信息系统综合实验报告
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学号:
实验目的
本实验是对本科期间所学课程的综合应用,对FPGA设计流程MATLAB、DSP等工具进行充分的学习,通过实际实验操作,掌握FPGA、DPS电路板的使用,增强自我动手能力,以及团队协作能力。
学习如何产生正弦信号、噪声信号、单频信号、线性调频信号等,并对其实现匹配滤波等操作。
掌握MATLAB在其中的应用。
要求学生理解脉冲压缩与匹配滤波的基本原理。
是对所学知识的一次综合考核。
实验内容
1.FPGA实验——流水灯
用Quartus II软件编写流水灯程序,学会使用VHDL/VerilogHDL语言,掌握FPGA设计流程,完成流水灯设计。
2.MATLAB实验——复杂噪声产生实验
用MATLAB软件分别产生高斯分布、均匀分布、指数分布、瑞利分布的热噪声。
3.FPGA实验——噪声产生及正弦信号产生
用Quartus II软件自带元件库实现噪声和正弦信号产生。
4.MATLAB实验——数字下变频及匹配滤波
学习FFT、滤波器设计、匹配滤波等数字信号处理流程和设计方法,利用MATLAB实现对模拟I、Q两回路回波信号的匹配滤波,并对实验结果进行分析。
5.DSP实验——匹配滤波
本实验要求学生掌握脉冲压缩与匹配滤波的基本原理,理解雷达系统的距离分辨率、作用距离、平均功率、峰值功率、多普勒频率、信号时宽带宽积等概念。
学习FFT、滤波器设计、匹配滤波等数字信号处理流程和设计方法,利用DSP实现对模拟I、Q两路回波信号的匹配滤波,并对实验结果进行分析。
6.DSP实验——中端闪灯
利用波形产生信号板,结合FPGA编程技术和程序编程器,编写测试ADSP21065L和FPGA之间硬件连接的应用程序,同时完成应用程序的加载和脱机操作,在信号指示灯HL2上产生可调周期的脉冲信号,点亮与熄灯指示灯HL2。
7.DSP实验——单频信号产生
产生一重频周期为1ms,频率为10MHz,脉冲宽度为5us的单频正弦脉冲信号,并掌握利用AD9854实现单频正弦脉冲的产生;掌握AD9854模式控制字和频率控制字的设计方法;利用FPGA控制电路,在DSP的IRQ2终端输入引脚上产生1ms的周期中断信号。
8.DSP实验——二相编码信号产生
本实验要求学生掌握用AD9854模式控制字、频率控制字和相位寄存器的设置方法,利用信号产生板产生一个由13位巴克码调制的二相脉冲信号,脉冲信号的重频周期为1ms,频率为10MHZ,码片宽度1us,脉冲信号的宽度为13us,并用示波器对波形进行观察分析。
9.DSP实验——线性调频信号产生
学会利用DPS软件产生线性调频信号,掌握线性调频原理。
10.FPGA实验——数字下变频实验
本实验要求学生掌握脉冲压缩与匹配滤波的基本原理,理解雷达系统的距离分辨率、作用距离、平均功率、峰值功率、多普勒频率、信号时宽带宽积等概念。
学习FFT、滤波器设计、匹配滤波等数字信号处理流程和设计方法,利用FPGA实现对模拟I、Q两路回波信号的匹配滤波,并对实验结果进行分析。
11.DSP实验——链路口测试实验
在DSP1的数据存储区放置一些数,通过链路口将其传送到DSP2。
实验步骤
FPGA实验——流水灯
新建工厂文件:
分配引脚:
根据相关原理图,对管脚进行分配,详细分配如下表所示:
属性
连接到FPGA上的管脚
实际电路
led[3]
Output
PIN_126
连接到HL5
led[2]
Output
PIN_127
连接到HL4
led[1]
Output
PIN_128
连接到HL3
led[0]
Output
PIN_129
连接到HL2
rst_n
Input
接高电平
sw1
Input
PIN_47
连接到拨码开关
sys_clk
Input
PIN_16
接40M时钟
按照如上所示的连接:
编译程序,连接下载器到电路板,将程序烧写进FPGA中。
MATLAB实验——复杂噪声产生实验
1.服从高斯(Guass)分布的热噪声(随机序列)
Matlab7.0本身自带了标准高斯分布的内部函数randn,调用格式如下:
Y=randn(n)
Y=randn(m,n)
Y=randn([mn])
Y=randn(size(A))
s=randn('state')
randn函数产生的随机序列服从均值为m=0,方差σ2=1的高斯分布。
Y=randn(n)产生的是一个n×n的随机序列矩阵,而Y=randn(m,n)和Y=randn([mn])产生的m×n的随机序列矩阵,Y=randn(size(A))产生的是大小与矩阵A同样大小的随机序列矩阵。
s=randn('state')返回的是一个具有两个元素的向量,该向量显示的是当前正态随机数产生器的状态。
randn('state',s)指令可以将产生器的状态设置到s,而randn('state',0)则可以将正态随机数产生器的状态恢复到初始状态。
2.服从均匀分布的热噪声(随机序列)
可以先产生一个服从(0-1)单位均匀分布的信号,然后再将其经过上式的变换,就可以得到一个服从(a-b)均匀分布的信号了。
同样Matlab本身也自带了(0-1)单位均匀分布的内部函数rand,格式如下:
Y=rand(n)
Y=rand(m,n)
Y=rand([mn])
Y=rand(size(A))
s=rand('state')
rand函数产生的随机序列服从(0-1)单位均匀分布。
Y=rand(n)产生的是一个n×n的随机序列矩阵,而Y=rand(m,n)和Y=rand([mn])产生的m×n的随机序列矩阵,Y=rand(size(A))产生的是大小与矩阵A同样大小的随机序列矩阵。
s=rand('state')返回的是一个具有两个元素的向量,该向量显示的是当前(0-1)单位均匀随机数产生器的状态。
rand('state',s)指令可以将产生器的状态设置到s,而rand('state',0)则可以将(0-1)单位均匀分布随机数产生器的状态恢复到初始状态。
可以写出服从(a-b)均匀分布的随机序列的产生程序,如下:
a=2;%(a-b)均匀分布下限
b=3;%(a-b)均匀分布上限
fs=1e7;%采样率,单位:
Hz
t=1e-3;%随机序列长度,单位:
s
n=t*fs;
rand('state',0);%把均匀分布伪随机发生器置为0状态
u=rand(1,n);%产生(0-1)单位均匀信号
x=(b-a)*u+a;%广义均匀分布与单位均匀分布之间的关系
subplot(2,1,1),plot(x),title('均匀分布信号');%输出信号图
subplot(2,1,2),hist(x,a:
0.02:
b),title('均匀分布信号直方图');%输出信号的直方图
3.服从指数分布的热噪声(随机序列)
先产生一个服从(0-1)单位分布的信号,然后再将其经过指数变换,就可以得到一个服从参数为λ的指数分布的信号了。
4.服从瑞利(Rayleigh)分布的热噪声(随机序列)
先产生一个服从(0-1)分布的信号,然后再经过变换,可以得到一个服从瑞利(Rayleigh)分布的信号了。
产生瑞利分布的热噪声实现程序如下
sigma=2;%瑞利分布参数sigma;
t=1e-3;%杂波时间长度
fs=1e7;%采样率
t1=0:
1/fs:
t-1/fs;
n=length(t1);
rand('state',0);%把均匀分布伪随机发生器置为0状态
u=rand(1,n);
x=sqrt(2*log2(1./u))*sigma;%产生瑞利分布信号1
subplot(2,1,1),plot(x),title('瑞利分布噪声'),xlabel('t(单位:
s)');%输出信号图
subplot(2,1,2),hist(x,0:
0.1:
10),title('瑞利分布信号直方图');%输出信号的直方图
FPGA实验——噪声产生及正弦信号产生
管脚
在FPGA上的分配
FPGA上的连接
管脚说明
clk
PIN_16
40M2
系统时钟40M
da_clk
PIN_79
DACLK
DA的工作时钟一般为60M
out[0]
PIN_69
DATA0
需DA转换的10位数字信号的第0位
out[1]
PIN_70
DATA1
需DA转换的10位数字信号的第1位
out[2]
PIN_71
DATA2
需DA转换的10位数字信号的第2位
out[3]
PIN_72
DATA3
需DA转换的10位数字信号的第3位
out[4]
PIN_73
DATA4
需DA转换的10位数字信号的第4位
out[5]
PIN_74
DATA5
需DA转换的10位数字信号的第5位
out[6]
PIN_75
DATA6
需DA转换的10位数字信号的第6位
out[7]
PIN_76
DATA7
需DA转换的10位数字信号的第7位
out[8]
PIN_77
DATA8
需DA转换的10位数字信号的第8位
out[9]
PIN_78
DATA9
需DA转换的10位数字信号的第9位
计数器模块:
Rom模块:
选中信号q,右击鼠标,弹出下拉列表DisplayFormat->AnalogWaveform选中后,弹出对话框:
将其值改为5后即可得到下图
MATLAB实验——数字下变频及匹配滤波
1.用波形产生板产生一个重频周期为1ms,中心频率为10M,带宽为200k—2M,时宽为60us的线性调频脉冲信号;
2.用MATLAB语言产生高斯白噪声信号;
3.利用信号处理板对波形产生板产生的信号进行实时采集,并与前面产生的噪声数据进行叠加后,用数字信号处理算法进行处理,并将处理结果实时输出到D/A,在示波器上查看处理结果;
4.调解波形产生电路板所产生信号的幅度,连续运行,利用示波器查看不同输入信噪比情况下系统的输出
用MATLAB中产生适当的的线性调频信号,并对其进行数字正交解调,得到I,Q两路数据,同时生成匹配滤波器系数、FFT和IFFT蝶形运算系数,并将这些数据和系数保存为dat数据文件。
在DSP程序中加载I,Q两路数据,并对其进行匹配滤波,利用集成开发环境提供的画图功能观察匹配滤波的结果。
具体实验步骤如下:
(1)用MATLAB产生中心频率为10MHz,带宽为200KHz,脉冲宽度为60us的线性调频信号,对其进行正交解调,采样频率为8MHz,得到I,Q两路数据,并将数据保存为idata.dat和qdata.dat;
(2)利用MATLAB生成FFT和IFFT的蝶形运算系数,分别保存为twid1k.dat和itwid1k.dat;
(3)由I,Q两路数据生成复信号,在MATLAB中对其进行Fourier变换,再进行共轭和数据反转,得到匹配滤波器系数并保存为LFM_para.dat;
(4)按照图5.22所示匹配滤波器实现方案,在MATLAB中对上述信号进行匹配滤波,并对结果进行分析;
DSP实验——匹配滤波
本实验要求学生掌握脉冲压缩与匹配滤波的基本原理,理解雷达系统的距离分辨率、作用距离、平均功率、峰值功率、多普勒频率、信号时宽带宽积等概念
- 配套讲稿:
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- 关 键 词:
- 电子信息 系统 综合 实验 报告
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