基于fpga的卡爾曼濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(存儲(chǔ)版)
【正文】 現(xiàn)所有通道的同時(shí)采樣與轉(zhuǎn)換功能，適合于多路采集系統(tǒng)的需要。 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果為 16 位，最高位為符號(hào)位，數(shù)據(jù)輸出方式很靈活，分別由 BYTE, ADD 與地址線 A A A0 的組合控制。下圖所示為 AD采樣控制模塊與分頻模塊的圖元文件的連接。 (3)通過 Altera DSP Builder中的 SignalCompiler模塊把Matlab/Simulink的設(shè)計(jì)文件 (本設(shè)計(jì)采用層次化設(shè)計(jì)，依據(jù)卡爾曼濾波算法分解的等式，利用 DSP Builder庫(kù)中的加減乘除模塊以及端口模塊來實(shí)現(xiàn)建模。 基于 FPGA的卡爾曼濾波器各功能模塊設(shè)計(jì) modelsim 仿真結(jié)果（續(xù)） 利用 Modelsim進(jìn)行功能仿真。本設(shè)計(jì)基于 FPGA器件和 AD轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為硬件平臺(tái)，進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集及卡爾曼濾波算法設(shè)計(jì)，尤其對(duì)基于 DSP Builder卡爾曼濾波器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳述。 圖 14 LA1032邏輯分析儀讀取數(shù)據(jù) 基于 FPGA的卡爾曼濾波器各功能模塊設(shè)計(jì) 利用 LA1032邏輯分析儀驗(yàn)證總體設(shè)計(jì)的正確性 卡爾曼濾波器在多領(lǐng)域中有重要的作用。 Simulink 仿真結(jié)果（續(xù)） ● modelsim 仿真結(jié)果 在 Simulink中進(jìn)行的仿真是屬于系統(tǒng)驗(yàn)證性質(zhì)的，是對(duì) *.mdl文件進(jìn)行的仿真，并沒有對(duì)生成的VHDL代碼進(jìn)行過仿真。在本設(shè)計(jì)中，卡爾曼濾波算法的 5個(gè)方程可以分解成如下的形式。 基于 FPGA的卡爾曼濾波器各功能模塊設(shè)計(jì) 使用 DSP Builder設(shè)計(jì)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的流程為 : (1)在 Matlab/Simulink中建立一個(gè) *.mdl模型文件 ,用圖形方式調(diào)用Altera DSP Builder和 Simulink其他庫(kù)中的圖形模塊 進(jìn)行數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì) 。 圖 5 AD 采樣控制模塊與分頻模塊的圖元文件連接圖 本設(shè)計(jì)以一通道的數(shù)據(jù)采樣為例，狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)定為 22個(gè)（ 20個(gè) AD轉(zhuǎn)換狀態(tài)， 2個(gè)讀數(shù)據(jù)狀態(tài)），狀態(tài)機(jī)的輸出控制位為 16位。 圖 3 ADS8364與 FPGA連接示意圖 基于 FPGA的卡爾曼濾波器各功能模塊設(shè)計(jì) ADS8364的工作原理 三個(gè)保持信號(hào) (HOLDA,HOLDB,HOLDC)啟動(dòng)指定通道的轉(zhuǎn)換。 圖 2 分頻模塊時(shí)序仿真圖 基于 FPGA的卡爾曼濾波器各功能模塊設(shè)計(jì) ＊ AD 控制模塊 ADS8364 的簡(jiǎn)介與工作原理 采用 ADS8364芯片對(duì)輸入信號(hào)數(shù)據(jù)采樣。 FPGA的主要任務(wù)是控制 AD轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，并從 AD芯片中讀取轉(zhuǎn)換輸出數(shù)據(jù)，進(jìn)行卡爾曼濾波處理并輸出。設(shè) k時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值為： ?卡爾曼
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