车辆动力学及控制（拉贾马尼）
本文主要介绍了车辆动力学及控制，主要内容包括车辆侧向动力学、自动车道保持的转向控制、车辆纵向动力学、车辆纵向控制、自适应巡航控制等等。汽车先进技术译从车辆动力学及控制(美) Rajesh Rajamani著王国业江发潮等译机械工业出版社本书主要讨论了足以体现车辆动力学特征的,而且能够满足设计车辆控制系统需要的车辆动力学模型,给出了这些模型的特性,和由这些模型开发出的实际汽车控制系统的基本结构。本书涵盖了巡航控制、自适应巡航控制、制动防抱死系统、车道自动保持系统、高速公路自动行驶、横摆稳定性控制、发动机控捌、被动悬架、主动悬架和半主动悬架、轮胎模型以及轮胎路面参数识别,书中特别介绍了几种目前科研中经常采用的轮胎模型。本书可供汽车行业和大专院校里从事控制系统研究的工程师和专家们参考,也可用作汽车专业研究生的教材。Vehicle Dynamics and ControlRajesh RajamaniOriginal ISBN 9780-387-26396-9Translation from the English language edition:Vehicle Dynamics and Control by Rajesh RajamaniCopyright Rajesh Rajamani 2006Published by Springer Science Business Media, InAuthorized Simplified Chinese edition is published by cmP,All Rights Reserved本书中文简体版由 Springer出版社授权机减工业出版社独家出版发行版权所有,侵权必究。北京市版权局著作权合同登记号:01-2009-3284图书在版编目(CI)数据车辆动力学及控制/(美)拉贾马尼( Rajamani,R)著:王国业,江发潮等译北京:机械工业出版社,2010.11(汽车先进技术译丛书名原文: Vehicle Dynamics and ControlIsBN9787-11l-31283-3I.①车…Ⅱ.①拉…②王…③江…Ⅲ①汽车—动力学Ⅳ.①U461.1中国版本图书馆CI数据核字(2010)第132639号机被工业出版社(北京市百万庄大街22号邮政编码10007)策划编辑:徐巍责任编辑:刘煊版式设计:霍永明责任校对:刘怡丹封面设计:鞠杨责任印制:杨曦北京中兴印刷有限公司印刷2011年1月第1版第1次印刷169mm×239mm,19印张·369千字00g1—3000册标准书号:ISBN978-7-111-31283-3定价:5900元凡购本书,如有缺页、倒页、脱页,由本社发行鄧调换电话服务网络服务社服务中心:(010)88361066销售一部:(010)68326294门户网:htp://w.cmpbook.com销售二部:(010)88379649教材网http://www.cmpedu.com读者服务部:(010)68993821封面无防伪标均为盗版译者的话本书论述了能足以体现车辆动力学特征、满足车辆控制系统设计需要的车辆动力学模型的建立方法以及车辆动力学控制系统的设计。本书较其他同学论若具有深入、系统和实用的特点,是一本既有理论研究意义又有实际应用价值的参考书。Rajamani教授是明尼苏达大学机减工程系先进控制和微型传感器实验室主任, IEEE/ ASME学报编委。我们关注 Rajamani教授的研究是从2002年他发表的“基于GPS实时识别轮胎-路面摩擦系数”的文章开始的, Rajamani教授长期从事车辆控制技术领域的研究,发表重要论文70余篇,涉及到本书内容的主要方面。2006年我们在网上查到此书,看后觉得此书具有理论研究和实际应用价值,对我国从事车辆动力学及其控制领域的科研人员会有具体指导和帮助,于是有了翻译此书的想法。翻译和出版工作得到机械工业出版社汽车分社的大力支持,在此表示由衷感谢。本书第1章、第2章、第3章、第6章、第7章、第8章由王国业翻译,第4章、第5章、第9章、第10章由江发潮翻译;第11章、第12章、第13章第14章由侯春敏翻译,李淑艳老师审译了部分章节,樊月珍老师参与了本书的部分翻译工作。全书终稿由中国农业大学余群教授审阅,叶阳、曾蔚英、付燕荣、李元、章娟丽、刘恩托、朱妮、付晓丹、肖龙等参与了本书的部分翻译整理工作,在此表示感谢由于水平所限,本书难免有翻译不当之处,欢迎读者提出宝贵意见。译者言作为一名车辆工程专业研究生的指导教师,我经常觉得需要一本对有关汽车控制系统的研究成果及其应用进行总结,以及建立开发这些系统所需的车辆动力学模型的论著。已经出版的为数不多的几本介绍车辆动力学的论著已远远不能满足当今车辆控制系统工程师的需要。车輛控制系统工程师们需要既简单又足以体现车辆动力学特征的,最主要地还要满足设计车辆控制系统需要的车辆动力学模型。本书将试图介绍这样的模型,以及由这些模型开发出的实际汽车控制系统。本书涵盖了巡航控制、自适应巡航控制、制动防抱死系统、车道自动保持系统、高速公路自动行驶、横摆稳定性控制、发动机控制、被动悬架、主动悬架和半主动悬架、轮胎模型以及轮胎一路面参数识别。本书特别介绍了几种在文献中经常采用的轮胎模型。随着汽车在全球范围内应用日广,发展能够更好地适应公路系统,更节能、更舒适、更安全,同时对环境的破坏达到最小的交通体系就显得更加重要。为了达到这诸多方面的,甚至互相冲突的要求,现代汽车越来越倚重于综合应用传感器、调节器和反馈控制的电子控制系统。本书适合供那些在汽车行业和大专院校里从事这类控制系统研究的工程师和专家们参考,同时也适合作为车辆动力学和控制方向的研究生教材。在本书出版后如果发现有排版错误和其他错误将会在下面的网址上及时改Eohtlp://www.menet,utmulledu/wrajamani/vde.htrula如果读者发现了这些错误能够告知我们,我们将会很感激。Rajesh Rajamani译者的话前言第1章概论画画画画画画画b画面晶面量垂西酯面鲁1.1驾驶员辅助系统n■t非自聊t·虚章。售日·申量F·鲁,,·鲁费鲁日···。里自甲日····翻1.2主动稳定性控制系统……1.3平顺性……1.4用于解决交通堵塞的技术着福日画_a自面a自ma曲自at_幽由■面。■1虚自面_虚虚曲自鲁1.4.1自动化公路系统……··。如口·着。中自··由·非·“非·自非abt·士;普1.4.2“交通友好”的自适应巡航系统1.4.3窄型工勤车辆倾斜控制日章∮,面P鲁曹鲁鲁·音·曾1.5排放和燃油经济性……画··。画看·画翻福而福藤·酯番酯串■着昌■备晶鲁音看串看非。着自着即息是t自自1.5.1混合动力汽车…1.5.2燃料电池汽车咖_物鲁咖D自t曲自电P翻4567888参考文献第2章车辆侧向动力学画“面垂“垂画“由音晋音画面音“请普非音番自面音“普普香F;新鲁音曹鲁鲁鲁鲁2.1商业应用开发中的汽车侧向运动控制系统2.1.1车道偏离预警系统2.1.2车道保持系统122.1.3横摆稳定控制系统132.2车辆侧向运动的运动学模型……………………………………………142.3两轮车辆侧向动力学的模型…2.4相对旋转坐标系中点的运动222.5关于路面误差力学模型的讨论……………………………;……232.6动力学模型中的横摆角速度和侧偏角的讨论………2627从车辆坐标系到地面坐标系………………272.8路面模型中:要幽妻脂中着康曹垂萨曹萨者要p曹普鲁,中曹沿。围自·看_“翻d垂垂更吾道垂音自垂曹业函,2.9本章小结参数表参考文献32Ⅵ车辆动力学及控制第3章自动车道保持系统的转向控制·着费·新单和着群;音「+吾吾吾请·非非自音343.1状态反馈343.2动力学方程的稳态误差……………………363.3稳态转向…………………………………393.3.1稳态转向的转向角393.3.2方向角误差能否达到零值…423.3.3非零方向角误差的影响=“m“++..=4·:.:.;4:·:···罗3.4考虑不同的纵向速度433.5输出反馈3.6全反馈闭环系统………………………443.7比例控制闭环系统分析473.8带超前补偿器的回路分析……523.9带超前补偿器的仿真性能……553.10闭环系统性能分析……………………………………563.10.1随车速的性能变化…563.10.2随传感器位置的性能变化…583.1I带超前传感器测量的补偿器设计………593.12本章小结…………………………………………………………60参数表61参考文献∵…………………62第4章车辆纵向动力学4.1整车纵向动力学644.1.1空气阻力■■面654.1.2轮胎纵向力……………………………………………………………664.1.3纵向轮胎力和滑动率之间的依赖关系684.1.4滚动阻力∴………………--4694.1.5法向载荷的计算…………………………………………………714.1.6轮胎有效半径计算4.2传动系统动力学…………………734.2.1变矩器………………………………………………………744.2.2传动系的动力学模型754.2.3发动机动力学…………………74.2.4轮胎动态性能774.3本章小结………………"78參数表目录Ⅶ参考文献自要面世曾曾t世d百哥;,.79第5章车辆纵向控制815.1引言……………………………………………………815.1.1自适应巡航控制系统…815.1.2避撞系统…画福音画看新面晶825.1.3自动化公路系统5.2纵向自动控制的优点……………………835.3巡航控制系统士由…845.4巡航控制系统的上层控制器…………855.5巡航控制系统的下层控制器e:曹e4吾垂普看!串·垂事当星量■看『四■鲁875.5.1根据期望加速度计算发动机转矩…8755.2发动机控制………………鲁量吾日8956防抱死制动系统……895.6.I目的…………………曹音一t自普曹晋普推會鲁量曾·曹曾曹鲁·中·香5.6.2ABS的功能925.6.3基于减速度门限值的算法……………………………………………935.6.4其他ABS控制算法………9656.5关于ABS的近期研究出版物…975.7本章小结…………………………………………97参数表………………………………………………………97参考文献第6章自适应巡航控制…11006.1引言1016.2车辆跟随准则…………1026.3控制系统结构……………………………1036,4车队的稳定行驶1046.5固定车距与自主控制…1046.6固定时距控制策略的自主控制…曹曹看鲁费普音·中自鲁音曹鲁鲁鲁鲁鲁吾平6.6.1基于CTG车距控制策略的车队稳定行驶……1076.6.2典型的延迟值1096.7过渡控制……………………11167.1过渡控制器的必要性…………………………………………………11167.2通过R-R图设计转换控制器…1126.8下层控制器…11569本章小结………………………………………116Ⅷ蠡车辆动力学及控制参数表鲁翻…116参考文献…………………………………117第6章附录…………………………………118第7章车队的纵向控制………………1217.1自动化髙速公路系统……………………12172自动化高速公路系统中的车辆控制……………………1217.3纵向控制结构…1227.4车辆跟随准则……………………1237.4.1单个车辆的稳定行驶…1237.4.2车队的稳定行驶1247.5信号及系统范数的背景2447.5.1信号的范数………………………1247.5.2系统的范数……………………………1257.5.3利用诱导范数矸究信号放大257.6保证车队稳定行驶的设计方法………1277.7固定车距的自主控制…………………………………………………1277.8采用无线通信的固定车距控制策略7.9实验结果………b。都…………1317.10下层控制器………………………………………………………1327.11参数未知车辆的自适应控制13311.1重新定义符号…………………………1337.11.2自适应控制器………………………………………1347.12本章小结………………………………………………………………136参数表··,·翻·137参考文献…………138第7章附录…垂最车·………………139第8章电子稳定性控制………………………1418.1引言……………………141音·非·。·。。非4··非·。非非m中··,·即··量着,··音章·8.1.1稳定性控制原理1418.1.2汽车厂商开发的稳定性控制系统1428.1.3稳定性控制系统的种类…………………………………………………1428.2差动制动控制系统…s………14382.1车辆动力学模型……1438.2.2控制系统架构………………………………………………1458.2.3理想的横摆角速度中自鲁··即··中·鲁··中·更·鲁·鲁助··使曹·中兽,46
- 2021-05-07下载
- 积分：1
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
- 2021-05-06下载
- 积分：1
