基于MFC的考试管理系统
该资源详细的讲解了怎样开发考试管理系统的步骤以及有大部分的代码资源。有利于学习开发、对照有关的系统开发。目录摘要…ABSTRACTII目录II第I章引言1开发背景…误!未定义书签。112选题意义误!未定义书签。113研究内容第2章系统的相关技术介绍…21MFC简介22 SQL SERVER2000简介423ODBC简介24 CRECORDSET类和 CRECORDVIEW类简介+“++++++++4+++25 POWERDESIGNER1简介24本章小结第3章系统的分析与设计.··中·“·::···········:··················“···:··*······3.1需求分析32系统设计321概要设计…非着丰非非目非非自83.2.2系统总体流程图…323系统模块设计,…324菜单设计.103.3本章小结…11第4章数据库设计4I数据库的需求分析124.2数据库表设计4.3数据库建表语句1344本章小结…19第5章系统实现205.1登录模块实现*····-··········*·=·····205.2基本信息模块实现1面错误!未定义书签。2052.1管理员信息…误!未定义书签。20522系部信息错误!未定义书签。24523班级信25524学生信错误!未定义书签。26525教师信息→·+“·*错误!未定义书签。275.2.6章节信息285.3题库管理模块实现.295.3.1判断题信息29532填空题信息*→··*→···········“····“=:··*····*······*·················“·533单选题信息…错误!未定义书签。30534多选题信息错误!未定义书签。3054试卷管理模块实现,…+++++++++++++++++++…误!未定义书签。31541定制试卷中··中中·和中·,···非中…{误!未定义书签。31542试卷管理错误!未定义书签。3455备份惨改模块实现.375.3.修改密码.5.32备份数据库13956本章小结日着南·前非非非非非第6章结束语.141致谢42参考文献43第1章引1.1开发背景在各学校开始逐步引入计算机的今天,试卷作为考察教学成果的重要手段之直没有得到较好的改善,试卷的编辑、整珥工作占了很大的工作量叫传统的手工出卷过程,存在不少弊端:◆出现不必要的重复劳动,造成人力资源及时间上的浪费:◆缺乏科学的衡量、评价及统一试卷难易度、试卷质量的有效手段;◆存在自教自考,考前漏题的情况◆试卷容易出现错漏缺现象,引起不必要的麻烦在以往的教学中,老师出试卷大多由手工出卷,这样生成的试卷往往会有知识点分布太集中、难易程度不当、分值分布不均等一些缺点;这样,既增加了老师的负担,也没有达到很好考查学生学习的真实水平,造成教学上的失误。基于以上的原因,有很多从事软件开发的人员,在试卷自动生成方面做了很大的研究。本系统希望利用计算杋强大的数据处理功能,由计算机逐步代替传统的人工出卷,并且规范岀卷程序,使出卷工作更加和学化、现代化,使教育工作更上一层楼。1.2选题意义w. docIn co考试管理系统,此课题目的是在我们以往学习数据库的基础上,灵活运用数据库开发软件C艹+和结构化查询语言SQL2000,开发出能供教学使用的一套出试卷系统,以方便教学。应用所学的有关数据库的知识,更深入地学习VC+和SQL200,将所学的书面知道和实际应用结合起来,以达到学以致用的日的。在各学校开始逐步引入计算机的今天,试卷作为考察教学成果的重要手段之·,通用试卷自动生成系统升化了传统的手工出卷,解决了很多问题,例如:遥免了不必要的重复劳动:节约了人力资源及时间;使用科学的衡量、评价及统一试卷难易度、试卷质量的有效手段;大幅度降低了试卷出现错漏缺的机率;减少不必要的麻烦。1.3开发内容班级考试管理系统主要涉及的信息数据包括系统管理员信息,系部信息,班级信息,学生信息,教师信息,试卷信息和各种题库等数据,涉及的操作主要包括各种信息数据的管理,为考试定制的试卷,试卷管理等管理操作,教师密码修改,备份数据库等。经考查与分析,典型的考试管理系统主要应具有以下功能:◆基本信息管理:包括对系统管理员信息,系部信息,班级信息,学生信息,救师信息,章节信息的录入,修改和删除等功能。◆试卷管理:包括对已创建的试卷数据的删狳,定制考试试卷,选择考试试卷等功能◆题库管理:包扦对判断题,填空题,单项选择题,多项选择题等题库的管理功能。QOc(m豆丁www.docin.com第2章系统的相关技术介绍21MFC介绍MFC( Microsoft Foundation Class Library)屮的各种类结合起来构成了一个应用程序框架,它的日的就是让程序员在此基础上来建立 Windows下的应用程序,这是一种相对SDK来说更为简单的方法。因为总体上,MFC框架定义了应用程序的轮廓,并提供了用户接口的标准实现方法,程序员所要做的就是通过预定义的接口把具体应用稈序特有的东西填入这个轮廓。 MicrosoftⅤ Visual c++提供了相应的工具来完成这个工作: App wizard可以用来生成初步的框架文件(代码和资源等);资源编辑器用于帮助直观地设计用户接口; Class wizard用来协助添加代码到框架文件;最后,编译,则通过类库实现了应用程序特定的逻辑3。MFC实现了对应用程序概念的封装,把类、类的继承、动态约束、类的关系和相互作用等封装起来。这样封装的结果对科序员来说,是一套开发模板(或者说模式)。针对不同的应用和目的,程序员采用不同的模板。例如,SD应用程序的模板,MDI应用程序的模板,规则DIL应用程序的模板,扩展DLL应用程序的模板, OLE ACTIVEX应用程序的模板,等等。这些模板都采用了以文档-视为中心的思想,每一个模板都包含一组特定的类。典型的MD应用程序的构成将在下节具体讨论。为了支持对应用程序概念的封装,MC内部必须作大量的作。例如,为了实现消息映射机制,M℃编程框架必须要保证首先得到消息,然后按既定的方法进行处理。又如,为了实现对DLL编程的支持和多线程编程的支持,MIFC内部使用了特别的处理方法,使用模块状态、线程状态等来管理一些重要信息。虽然,这些内部处理对程序员来说是透明的,但是,懂得和理解MFC内部机制有助于写出功能灵活而强大的程序。MFC借助C艹的优势为 Windows开发开辟了一片新天地,同时也借助 Application wizzard使开发者摆脱离」那些每次都必与基本代码,借助 Class Wizard和消息映射使丌发者摆脱了定义消息处理时那种混乱和冗长的代码段。更令人兴合的是利用C++的封装功能使开发者摆脱 Windows中各种句炳的困扰,只需要面对C+中的对象,这样一来使开发更接近开发语言而远离系统。正因为MFC是建立在C++的基础上,所以我强调CC+语言基础对开发的重要性。利用C++的封装性开发者可以更容易理解和操作各种窗口对象;利用C+的派生性开发者可以减少开发自定义窗口的时间和创造出可重用的代码:利用虚拟性可以在必要时更好的控制窗口的活动。而且C++本身所具备的超越C语言的特性都可以使开发者编写出更易用,更灵活的代码在MFC中对消息的处理利用了消息映射的方法,该方法的基础是宏定义实现,通过宏定义将消息分派到不同的成员函数进行处理。因此对于开发系统具有一定的优势。总之,MFC封装了Win32API, OLE APⅠ, ODBC API等底层函数的功能,并提供更高一层的接口,简化了 Windows编程。同时,MC攴持对底层API的直接调用。MFC提供了一个 Windows应用程序开发模式,对程序的控制主要是由MFC框架完成的,而且MFC也完成了大部分的功能,预定义或实现了许多事件和消息处理,等等。框架或者由其本身处理事件,不依赖程序员的代码;或者调用程序员的代码来处理应用稈序特定的事件。MFC是C++类库,程序员就是通过使用、继承和扩展适当的类来实现特定的目的。例如,继承时,应用程序特定的事件由程序员的派生类来处理,不感兴趣的山基类处理。实现这种功能的基础是C++对继承的支持对虚拟函数的支持,以及MFC实现的消息映射机制22 SQL SERVER2000介绍SQL( Structured Query Language,结构查询语言)是个功能强大的数据库语言。SQL通常使用于数据库的遥讯。ANS(美目国家标准学会)声称,SQL是关系数据库管理系统的标准话言。SQL语句通常用于完成一些数据库的操作任务,比如在数据庠中更新数据,或者从数据库中检索薮据。使用SQL的常见关系数据库管理系统有: Oracle、 Sybase、 Microsoft SQL Server、 Access, Ingres等等吊然绝大多数的数据库系统使用SQL,但是它们同样有它们自立另外的专有扩展功能用于它们的系统。但是,标准的SQL命令,比如" Select"、" Insert"、" Update"Delete"、" Create"和"Drop"常常被用于完成绝大多数数据库的操作但是,不像其它的语言,如C、 Pascal等,SOL没有循环结构(比如 if-then-lse、do- while以及函数定义等等的功能。而且SQL只有一个数据类型的固定设置,换句话说,你不能在使用其它编程语言的时候创建你自己的数据类型。SL功能强人,但是概括起来,它可以分成以下几组◆DML( Data Manipulation Language,数据操作语言):用于检索或者修改数据◆DDL( Data Definition Language,数据定义语言):用于定义数据的结构,比如创建、修改或者删除数据库对象;◆DCI.( Data Control Language,数据控制语言):用于定义数据库用户的杈限DML组可以细分为以下的几个语句:◆ SELECT:用于检索数据。◆ INSERT:用于增加数据到数据库。◆ UPDATE:用于从数据库中修改现存的数据。◆ DELETE:用于从数据库中删除数据23ODBC介绍ODBC( Open Database Connectivity,开放数据库互连)是微软公司开放服务结构(WOSA, Windows Open Services Architecture)中有关数据库的一个组成部分,它建立了一组规范,并提供了一组对薮据庳访问的标准API(应用程序编程接口)。这些AP利用SQL来完成其大部分任务。ODBC本身也提供了对SQL语言的支持,用户可以直接将SQL语句送给ODBC。一个基于ODBC的应用程序对数据库的操作不依赖任何DBMS,不直接与DBMS打父道,所有的数据库操作由对应的DBMS的ODBC驱动程序完成。也就是说,不论是 FoxPro、Aes, MYSQL还是Oracle数据库,均可用 ODBC AP进行访问。由此可见,ODBC的最大优点是能以统一的方式处理所有的数据库。一个完整的ODBC由下列几个部件组成:应用程序( Application)ODBC管理器( Administrator),该程序位于 Windows95控制面板( Control Panel)的32位ODBC内,其主要任务是管理安装的ODBC驱动程序和管理数据源。驱动程序管理器 Driver Manager)。驱动程序管理器包含在ODBC32DLL中,对用户是透明的。其任务是管理ODBC驱动程序,是ODBC中最重要的部件数据源。数据源包含∫数据库位置和数据库类型等信息,实际上是一种数据逹接的抽象。应用程序要汸问一个数据库,首先必须用ODBC管理器注册一个数据源,管理器根据数据源提供的数据厍位置、数据厍类型及ODBC驱动程序笭信息,建立起ODBC与貝体数据库的联系.这样,只要应用程序将数据源名提供给ODBC,ODBC就能建立起与相应数据库的连接。在ODBC中, ODBC API不能直接访问数据库,必须通过驱动稈序管理器与数据库交换信息。驱动程序管理器负责将应月程序对 ODBC API的调用传递给正确的驱动程序,而驱动程序在执行完相应的操作后,将结果通过驱动程序管理器返回给应用程序。在访问ODBC数据源时需要ODBC驱动程序的支持,用 Visual++6.0安装程序可以安装SQLServer、 Access、 Paradox、 dBase、 FoxPro、 Excel、 Oracle和 Microsoft Text等驱动程序.在缺省情况下,VC6.0只会安装 SQL Server、 Access、 FoxPro和d Base的驱动程序.如果用户需要安装别的驱动程序,则需要重新运行VC6.0的安装程序并选择所需的驱动程序。ODBC使用层次的方法来管理数据厍,在数据库通信结构的每一层,对可能出现依赖数据库产品自身特性的地方,ODBC都引入一个公共接口以解决潜在的不一致性,从而很好地解决了基于数据库系统应用程序的相对独立性,这也是ODBC一绎推出就获得巨大成功的重要原因之一。24 CRecordSet类和 CRecord View类CRecordset对象代表从一个数据源选择的一组记录的集合,被称作“记录集”。CRecordset对象可以以两种形式使用:动态集和快照。动态集是与其它用户的数据更新保持同步的动态数据集。快照是数据的静态视图。每一种形式都代表打开记录集吋定的组记录,但是当滚动到动态集中的个记录时,动态集将反怏后来由其它用户或由应用程序巾其它记录集对此记录所做的改变。要使用任何一种记录集,通常需要从 CRecordset派生一个应用程序指定的记录集类。记录集从一个数据源中选择记录,然后用户就可以◆在这些记录中滚动更新记录并指定一种加锁模式。过滤记录集,以获得那些从数据源中选择出来的可利用的记录排序记录集。◆参数化该记录集以定制它的具有要直到运行时才知道的信息的选项。CRecord view对象是在控件中显小数据库记录的视这种视是一种直接连接到一个〔 Recordset对象上的格式视。此视是从一个对话框模板资源创建的,并将CRecordSet对象的字段显示在对话框模板的控件中。 CRecordview对象利用对话框数据交换(DDX)和记录字段交换(RFX)机制,使格式上的控件和记录集的
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锁相环技术原理及FPGA实现
高清扫描版PDF，含章节书签。本书既有锁相环原理又有工程实现，值得一看。尤其是关注数字锁相环的同学，可以了解一下。内容简介本书全面阐述了典型锁相环技术的工作原理及FPGA设计方法,结合 System View仿真实例,详细分析了锁相环技术的基本概念。按照从理论到实践,再从实践到理论的思路,以 Altera公司的FPGA器件为开发平台,采用 MATLAB及 Verilog HDL语言为开发工具,详细阐述了锁相环技术的FPGA实现原理及仿真测试过程,逐步深入地讲解锁相环技术在工程应用中的技术细节。本书思路清晰、语言流畅、分析透彻,在简明阐述设计原理的基础上,追求对工程实践的指导性,力求使读者在较短的时间内掌握锁相环技术的FPGA设计知识和技能。本书的配套网络光盘收录了完整的 System View、 MATLAB及 Verilog HDL实例工程代码,有利于技术人员参考学习,读者可登录华信教育资源网(www.hxedu.com.cn)免费注册后下载。本书适合从事数字通信和数字信号处理领域的设计工程师、科研人员,以及相关专业的研究生、高年级本科生使用未经许可,不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容版权所有,侵权必究。图书在版编目(C|P)数据锁相环技术原理及FPGA实现/杜勇编著.一北京:电子工业出版社,2016.6ISBN978-7-121-28738-1I.①锁…ⅡI.①杜…Ⅲ①锁相环一研究Ⅳ.①TN9118中国版本图书馆CIP数据核字(2016)第095248号责任编辑:田宏峰印刷:北京京师印务有限公司装订:北京京师印务有限公司出版发行:电子工业出版社北京市海淀区万寿路173信箱邮编10006开本:787×10921/16印张:18.25字数:465千字版次:2016年6月第1版印次:2016年6月第1次印刷印数:3000册定价:6800元凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题,请向购买书店调换。若书店售缺,请与本社发行部联系,联系及邮购电话:(010)88254888,88258888质量投诉请发邮件至zs@Dphei.com.cn,盗版侵权举报请发邮件至dbq@phei.com.cn本书咨询联系方式:tianhf@phei.com.cn。前言为什么要写这本书1965年,英特尔联合创始人戈登·摩尔( Gordon moore)预测,计算机芯片的处理能力每两年就会翻一番。尽管已经过去50多年,摩尔定律仍然有效。半导体行业的发展速度,以及摩尔定律的精准性预测一度连摩尔本人都感到无比惊奇!2015年6月1日,英特尔宣布将以每股54美元的价格收购 Altera,以此计算,此交易总价将达到167亿美元,创造了英特尔并购历史上金额最大的纪录。一时间,传闻四起,业内专家和媒体开始讨论,FPGA计算机是否将成为可能?无论你是否愿意,只要从事的是与电子及信息处理相关的行业,FPGA的地位已显得越来越重要,它已成为电子行业的基本设计平台之一!无论多么高大上的技术,工程师要能够熟练应用到自己的工程项目中,都必须深入了解每一个技术实现细节。所谓“九层之台,起于垒土:合抱之木,生于毫末”。对于繁杂的技术实现方法,“各个击破”是有效学习应用的不二法门。自作者于4年前开始陆续出版数字通信技术的FPGA实现相关著作以来,通过邮件或博客的方式收到了广大读者的很多反馈意见。一些读者直接通过邮件告知书中的内容对工作中提供的直接或间接的帮助;一些读者提出了很多中肯的、有建设性的意见和建议;更多的读者通过邮件或博客交流书中的相关设计问题。归纳起来,不少读者的问题集中在数字锁相环技术的设计及实现方面。在前几本著作中,限于书中内容编排,对通信系统中最困难的锁相环技术阐述得还不够系统全面。目前市场上讲解锁相环技术的图书,主要集中在讲解锁相环的基本工作原理,或介绍一些专门的锁相环集成芯片,因此,将锁相环的工作原理与FPGA实现结合起来讨论,显得十分必要作者在写作本书的过程中,兼顾锁相环技术的理论,以及工程设计过程的完整性,重点突出FPGA设计方法、结构、实现细节,以及仿真测试方法。在讲解理论知识的时候,结合 System View、 MATLAB软件仿真实例,重点从工程应用的角度进行介绍,主要介绍工程设计时必须掌握和理解的知识点,便于读者尽快地找到理论与工程实现之间的结合点。在讲解实例的FPGA实现时,不仅对所有实例给出了完整的程序代码,并且从思路和结构上进行了详细的分析和说明。根据作者的理解,针对一些似是而非的概念,结合工程实例的仿真测试加以阐述,希望能对读者提供更多有用的参考。相信读者按照书中讲解的步骤完成一个个工程实例时,会逐步感觉到理论与工程实现之间完美结合的畅快。随着读者掌握的工程实现技能的提高,对锁相环理论知识的理解也必将越来越深刻,当重新阅读以前学过的原理时,头脑里就更容易构建起理论知识与工程实践之间的桥梁。前言Ⅲ本书的内容安排第1章首先介绍了FPGA的基本知识,以及 Altera公司的主要器件。本章在介绍了FPGA的发展历程、结构及工作原理等基本知识后,对本书所用到的设计语言及工具软件进行了简要介绍,主要包括 Verilog ldl语言、 Quartus、 MATLAB和 System View软件。所谓“工欲善其事,必先利其器”。之所以说是简要介绍,因为这些开发工具本身的功能十分强大,每一种工具都有种类繁多的专门著述进行阐述。随着工程师设计经验的积累,设计水平的提高,越能更全面地掌握设计工具的特点,从而更好地发挥设计工具的性能,以最小的代价设计出理想的产品。好比一把宝剑,只有握在高手的手中才能发挥出最大的威力。第2章介绍了FPGA数字信号处理基础知识。数字信号在FPGA等硬件系统中实现时,因受寄存器长度的限制,不可避免地会产生有效字长效应。设计工程师必须了解字长效应对数字系统可能带来的影响,并在实际设计中通过仿真来确定最终的量化位数、寄存器长度等内容。本章在详细分析了字长效应在FPGA设计中的影响后,对几种常用的运算模块P核进行介绍,讨论了各P核控制参数的设置方法。IP核在FPGA设计中的应用十分普遍,尤其是在数字滤波器等信号处理领域,采用设计工具提供的IP核进行设计,不仅可以提高设计效率,而且可以保证设计的性能第3章从锁相环的组成讲起,深入细致地探讨锁相环关注的信号特性,全面阐述VCO和乘法鉴相器的工作方式。随后借用最简单的反馈电路等基础知识,逐步揭开锁相环跟踪信号相位的神秘面纱。最后通过 System View软件工具,详细仿真分析了一阶锁相环的工作过程,全方位地了解锁相环的工作机理。第4章讨论了一阶锁相环的FPGA实现方法。根据作者的学习经验,这个阶段最期望的一定不是再去理解什么原理公式,学习什么方法思路。好比初次接触到羽毛球时,在网上看了一段中规中矩的教学视频,又刚好买回一支炫丽的球拍,走进球场,实在没有心情再听老师讲什么挥拍动作和击球技巧,只想痛痛快快地上球场打上几拍了。这一章,我们将完成一个完整的一阶锁相环电路的FPGA设计及仿真测试过程第5章又回到理论知识上来。学习的过程通常是学习(理论)一实践(工程)一学习理论)一实践(工程)的循环反复过程,每一次循环都会带来一次提高。前几章,我们主要从环路基本概念的角度,对环路进行了分析和仿真,从而初步建立起对锁相环路工作机理的认识。要深入硏究锁相环技术,必须建立环路的系统模型,而后采用数学方法对模型进行精确的分析。这一章我们从最基本的线性时不变系统知识开始,逐步建立起锁相环路的数学模型,为后续的分析打下坚实的基础。在建立模型的过程中,我们会发现,所有的知识,所有的公式其实都是在大学的一些基础课程中学习过的。第δ章深入讨论锁相环中最关键的组成电路——环路滤波器。我们从最简单的环路滤波器——RC低通滤波器开始,逐步理解环路滤波器对锁相环路性能的决定性作用,并引出本书所研究的重点——由有源积分滤波器组成的理想二阶环路。为了直观说明环路滤波器对锁相环路性能的影响,以及锁相环路参数的设计方法,我们再次采用 System View搭建了锁相环路模型,并通过翔实的仿真数据来说明一些看似深奥的理论知识。第7章开始讨论工程上应用最多的理想二阶环路的FPGA实现。前两章讲了一大堆枯燥的锁相环原理,本质是说理想二阶环具有相当优异的性能。我们在第4章已经对一阶锁Ⅳ锁相环技术原理及FPGA实现相环的FPGA实现进行了详细的讨论,有了前面章节的基础,就可以开始设计二阶环的FPGA电路了,并且要通过FPGA设计后的仿真来验证理论的正确性。二阶锁相环路相比一阶环路来讲,仅仅是多了一个环路滤波器。正是这个环路滤波器,尤其是理想环路滤波器,极大地改善了锁相环路的性能。当我们深刻理解了环路的工作原理,并动手设计出传说中的理想二阶锁相环电路时,会发现整个设计过程原来如此!第8章再次回过头来,静心硏究前面设计过程中还没有解决的一些问题。经过第7章的学习,我们己经可以完成一个完整的理想二阶锁相环路的设计。但在设计过程中,仍有一些参数的取值没有明确的依据,例如环路的固有振荡频率ωn该如何取值?环路的捕获带宽与捕获时间如何设计?当环路中存在噪声时(前面章节的设计都还没有涉及这个问题,但噪声又是电子系统中无法避免的),又该如何设计并计算环路的抗干扰性能呢?因此,在完成数字二阶环的FPGA初步设计之后,我们需要再回过头来更深入分析一下锁相环路性能,最终找到锁相环路参数的设计依据。第9章是一个完整的应用锁相环实现信号解调的工程应用实例。经过前面章节的讨论,我们对锁相环的理论知识、仿真、设计及FPGA实现都有了比较充分的认识。在无线通信技术中,在接收端,应用锁相环获取相干载波是最为广泛的应用之一。本章以锁相环解调PSK调制信号为例,应用前面章节讨论得出的结论,完整地给出锁相环的参数设计、仿真测试,以及FPGA实现过程关于FPGA开发环境的说明众所周知,目前两大商 Xilinx和 Altera的产品占据全球90%以上的FPGA市场。可以说,在一定程度上正是由于两家FPGA公司的相互竞争态势,有力地推动了FPGA技术的不断发展。虽然HDL的编译及综合环境可以采用第三方公司所开发的产品,如 Modelsim、Synplify等,但FPGA器件的物理实现必须采用各自公司开发的软件平台,无法通用。 Xilinx公司目前最新的开发工具为 Vivado Design Suite套件, Altera公司目前的主流开发平台是Quartus系列套件。与FPGA开发平台类似,HDL也存两种难以取舍的选择:VHDL和Verilog hdl。如何选择开发平台以及HDL语言呢?其实,对于有志于从事FPGA技术开发的技术人员,选择哪种平台及HDL语言并不重要,因为两种平台具有很多相似的地方,精通一种HDL语言后,再学习另一种HDL语言也不是一件困难的事。通常来讲,可以根据周围同事朋友、同学或公司的主要使用情况进行选择,这样在学习的过程中,可以很方便地找到能够给你指点迷津的专业人士,从而加快学习进度。本书采用的是Aera公司的FPGA器件作为开发平台,采用 QuartusⅡ2.1作为开发环境,采用 Verilog hDl语言作为实现手段。由于 Verilog hdl语言并不依赖于某家公司的FPGA产品,因此本书的 Verilog HDL程序文件可以很方便地移植到 Xilinx公司的FPGA产品上。如果程序中应用了P核资源,两家公司的P核通常是不能通用的,这就需要根据IP核的功能参数,在另外一个平台上重新生成IP核,或编写 Verilog HDl代码来实现。有人曾经说过,“技术只是一个工具,关键在于思想。”将这句话套用过来,对于本书来讲,具体的开发平台以及HDL语言只是实现数字通信技术的工具,关键在于设计的思路和方法。因此,读者完全不必要过于在意开发平台的差别,相信只要掌握本书所讲述的设前言计思路和方法,加上读者已经具备的FPGA开发经验,采用任何一种FPGA平台都可以很快地设计出满足用户需求的产品。如何使用本书木书在讨论锁相环的基木概念及工作原理时,主要用到了 System View5.0版本软件。关于 System View5.0软件的特点及使用方法在本书第1章进行了简要介绍。 System View软件使用起来非常简单,书中的实例也只用到了一些基本功能。如果读者以前没有使用过这款软件的话,建议先用几个小时了解一下其基本用法,这样就可以动手对本书提供的实例程序运行仿真。当然,由于 System View仅用来说明锁相环的工作原理,因此,读者也可以完全不去运行这些实例程序,只要理解书中提供的仿真结果即可。相信大部分工科院校的学生和电子通信的从业人员对 MATLAB软件都会有一个基本的了解。由于它的易用性及强大的功能,已经成为数学分析、信号仿真、数字处理必不可少的工具。由于 MATLAB具有大量专门针对数字信号处理的常用函数,如滤波器函数、傅里叶分析函数等,十分有利于对一些通信的概念及信号进行功能性仿真,因此,在具体讲解某个实例时,通常会采用 MATLAB作为仿真验证工具。虽然书中的 MATLAB程序相对比较简单,主要应用一些数字信号处理函数进行仿真验证,如果读者没有 MATLAB的知识基础,建议最好还是先简单学习一下 MATLAB的编程概念及基本语法。考虑到程序及函数的兼容性,书中所有 MATLAB程序的开发验证平台均为 MATLAB R2014a版软件。在讲解具体的FPGA工程应用实例时,通常会先采用 MATLAB对所需设计的工程进行仿真,一方面仿真算法过程及结果,另一方面生成FPGA仿真所需要的测试数据;然后在QuartusⅡ平台上编写 Verilog hDL程序对实例进行设计实现,为便于讲述,通常会先讨论程序的设计思路,或者先给出程序清单,再对程序代码进行分析说明;完成程序编写后,需要编写 Test Bench测试激励文件,根据所需产生输入信号的种类,可以直接在 TestBench文件中编写代码来产生输入信号,也可以通过读取外部文本文件的方式来产生输入信号;接下来就可以采用 Modelsim工具对 Verilog HDL程序进行仿真,查看 Modelsim仿真波形结果,并根据需要将仿真数据写入外部文本文件中,通常还会对仿真波形进行讨论,分析仿真结果是否满足要求;如果 Modelsim波形不便于精确分析测试结果,则需要再次编写MATLAB程序,对 Modelsim仿真结果数据进行分析处理,最终验证FPGA设计的正确性。本书主要以工程应用实例的方式讲解锁相环技术的原理及FPGA实现方法和步骤。书中所有实例均给出了完整的程序清单,限于篇幅,不同工程实例中的一些重复或相似的代码没有完全列出,随书配套的网络光盘上收录了本书所有实例的源程序及工程设计资源并按章节序号置于光盘根目录下。本书在编写工程实例时,程序文件均放置在“D: PllPrograms”的文件夹下,读者可以先在本地硬盘下建立“D: PllPrograms”文件夹,而后将配套网络光盘中的程序压缩包解压至该文件夹下,大部分程序均可直接运行。需要说明的是,在部分工程实例中,需要由 MATLAB产生FPGA测试所需的文本数据文件,或者由 MATLAB读取外部文件进行数据分析,同时FPGA仿真的 TestBench文件通常也需要从指定的路径下读取外部文件数据,或将仿真结果输出到指定的路径下。对于 Modelsim仿真来讲,作为测试输入的文本文件必须放置在当前FPGA工程目录下的“ simulationmodelsim”路径下。因此,读者在用 MATLAB生成测试数据后,需要将生成的文件复制到指定的路径Ⅵ|锁相环技术原理及FPGA实现下,以获取正确的仿真结果。致谢有人说,每个人都有他存在的使命,如果他的使命迷失了,也就失去了他存在的价值。不只是每个人,每件物品也都有其存在的使命。对于一本书来讲,其存在的使命就是被阅读,并给阅读者带来收获作者在写作本书的过程中查阅了大量的资料,在此对资料的作者及提供者表示衷心的感谢。由于写作本书的缘故,重新阅读一些经典的数字通信理论书籍时,再次深刻感受到前辈们严谨的治学态度和细致的写作作风。在此,感谢父母,多年来一直陪伴在我的身边,由于他们的默默支持,使得我能够在家里专心致志地写作;感谢我的妻子刘帝英女士,她不仅是一位尽心尽职的优秀母亲,也是一位严谨细致的科技工作者,同时也是本书的第一位读者,在工作之余对本书进行了详尽而细致的校对;四年前初次编写数字通信的FPGA设计与实现系列图书时,女儿才刚上小学,转眼她已经上五年级了,她最爱看书和画画,小脑袋里装着越来越多的她自己的想法。FPGA技术博大精深,本书虽尽量详细讨论了锁相环技术的原理及FPGA实现相关内容,仍感觉到难以详尽阐述所有技术细节。相信读者在实际工程应用中经过不断的实践、思考及总结,一定可以快速掌握其工程设计方法,提高应用FPGA进行工程设计的能力。由于作者水平有限,不足之处在所难免,敬请读者批评指正。欢迎大家就相关技术问题进行交流,或对本书提出改进意见及建议为便于读者交流,并及时发布相关资料及信息,本书特开设了交流博客,读者也可以通过邮件与作者进行技术交流。交流空间:http://duyongcn.blog163.com,作者邮箱:duyongcn@sina.cn。杜勇2016年4月前言目录Contents第1章设计环境及开发平台介绍1.1FPGA基础知识····+1.1.基本概念及发展历程……………·,··,,2241.1.2FPGA的结构和工作原理……1.1.3FPGA在数字信号处理中的应用“·““““““………121.2 Altera器件简介…1213 Verilog HDL语言简介………………………………………151.3.1HDL语言简介…………151.3.2 Verilog HDL语言特点161.3.3 Verilog HDL程序结构…卡““为“节“““”““牛……………………1714 QuartusⅡ开发套件…………1814. I Quartus I开发套件简介……………………………………………………1814.2 Quartus II软件的用户界面191.5 Modelsim仿真软件…221.6 MATLAB软件……………………………………………………·241.6.1 MATLAB软件介绍………2416.2 MATLAB工作界面………………………………………241.6.3 MATLAB的特点及优势……251.64 MATLAB与 Quartus的数据交互………2717 System View软件…2817.1 System View简介……281.7.2 System View工作界面……291.8小结——欲善其事先利其器…32第2章FPGA数字信号处理基础……332.1FPGA中数的表示…2.1.1莱布尼兹与二进制……………………………………………………………342.1.2定点数表示352.1.3浮点数表示…………·444,4·,,+3622FPGA中数的运算……02.2.1加/减法运算…………………………………4022.2乘法运算……4322.3除法运算22.4有效数据位的计算目录IX23有限字长效应4723.1字长效应的产生因素4723.2AD转换的字长效应4823.3系统运算中的字长效应………………………………………………4924FPGA中的常用处理模块24.1加法器模块…………………………………………………5124.2乘法器模块……2.4.3除法器模块……4.44444、562.4.4浮点运算模块572.5小结—四个过桥人………59第3章锁相环为什么能够跟踪相位613.1锁相环的组成…………623.1.1关注信号的相位分量……………………………………623.1.2VCO是一个积分器件3.1.3正弦鉴相器还是余弦鉴相器653.1.4环路滤波器的作用…………683.2从负反馈电路理解锁相环…693.2.1反馈电路的概念3.2.2负反馈电路的控制作用703.2.3锁相环与基本负反馈电路的区别…………………………………713.2.4分析锁相环的工作状态…33最简单的锁相环………………………1733.3.1一阶锁相环的 System View模型733.3.2确定VCO输出的同相支路434锁相环的基本性能参数………………………………………………773.4.1捕获及跟踪过程3.4.2环路的基本性能要求..,…………………………783.5分析一阶环的基本参数…3.5.1数学方法求解一阶环…………………………793.5.2图解法分析一阶环工作过程……813.53工程设计与理论分析的差异…3.54遗忘的参数一鉴相滤波器截止频率……………………3.6小结——千条路与磨豆腐87第4章一阶锁相环的FPGA实现4.1一阶环的数字化模型…………4.1.1工程实例需求……………………………………………………………904.1.2数字鉴相器914.1.3数控振荡器…4.1.4计算环路增益…………944.2数字鉴相滤波器设计………………………………X锁相环技术原理及FPGA实现
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