西南科技大学通信原理实验

SPI (Serial Peripheral Interface) 是一种常见的串行通信协议，常用于微控制器如 ARM 和 FPGA 之间的数据传输。在本文中，我们将深入探讨 ARM 通过 SPI 协议与 FPGA 进行通信的细节，包括管脚分配、依赖性、中断处理以及 SPI 寄存器的配置。 1. SPI 背景知识 SPI 是一个同步串行接口，由主机（Master）控制数据传输速率和时序，从机（Slave）按照主机的指令进行数据发送或接收。SPI 协议通常包含四个信号线：MISO（主机输入/从机输出）、MOSI（主机输出/从机输入）、SCK（时钟）和 SS（片选信号），在某些配置中可能还包括额外的 CS（芯片选择）信号。 2. ARM 的 SPI 功能设计 在 ARM 设备中，SPI 功能通常集成在片上系统（SoC）中，允许与外部设备（如 FPGA）建立通信。以下是关键的设计方面： 2.1 管脚分配 在实现 SPI 通信时，需要正确地分配 ARM 的 SPI 端口到相应的 I/O 引脚。例如，MISO、MOSI、SCK 和 SS 需要连接到 FPGA 上相应的 SPI 接口。 2.2 与其他组件的依赖性 2.2.1 I/O 线 确保 I/O 线路正确配置，具有正确的电平转换和驱动能力，以适应 FPGA 的接口要求。 2.2.2 能量管理 SPI 通信可能受制于 ARM 内部电源管理策略，如低功耗模式或时钟门控，需要确保在通信过程中供电和时钟是激活的。 2.2.3 中断 中断是提高系统效率的关键，当传输完成或出现错误时，ARM 可以通过中断通知处理器进行后续处理。 2.3 SPI 寄存器详解 SPI 控制寄存器（SPI_CR）、模式寄存器（SPI_MR）、传输数据寄存器（SPI_TDR）、片选寄存器（SPI_CSR）和外围时钟使能寄存器（PMC_PCER）等是用来配置和控制 SPI 模块的。 2.3.1 SPI Control Register（SPI_CR） SPI_CR 用于启动或停止 SPI 传输，设置传输模式，以及处理其他控制功能。 2.3.2 Mode Register（SPI_MR） SPI_MR 用来设置 SPI 工作模式，如主模式或从模式，数据宽度，时钟极性和相位等。 2.3.3 Transmit Data Register（SPI_TDR） SPI_TDR 用于写入待发送的数据，并在传输完成后自动清空。 2.3.4 Chip Select Register 0（SPI_CSR0） SPI_CSR0 用于配置特定从机的片选信号，如延迟时间、数据校验等。 2.3.5 Peripheral Clock Enable Register（PMC_PCER） PMC_PCER 用于启用或禁用 SPI 模块的时钟，确保在操作前 SPI 接口已激活。 2.4 SPI 寄存器配置 2.4.1 管脚复用 配置 ARM 的 GPIO 管脚为 SPI 功能，可能需要在系统级的配置寄存器中设定。 2.4.2 SPI 使能 在 SPI 控制寄存器中设置适当的标志来启用 SPI 接口。 2.4.3 时钟 通过模式寄存器设置 SPI 时钟的速度和相位，以匹配 FPGA 的时序要求。 调试 SPI 通信时，需关注信号的同步性、数据完整性、时钟速度匹配以及片选信号的正确管理。通过理解并精确配置这些参数，可以有效地建立 ARM 与 FPGA 之间的 SPI 通信链路，从而实现高效的双向数据传输。

### 车载通信天线仿真 #### 一、引言 随着汽车行业的快速发展，特别是自动驾驶技术的进步，车载通信系统的重要性日益凸显。其中，车载通信天线作为关键部件之一，在确保车辆之间或车辆与基础设施之间的有效通信方面发挥着至关重要的作用。在高频段如38GHz的工作频率下，天线的设计变得更为复杂且对性能的要求更高。本文将详细介绍在38GHz下，采用CST、HFSS以及FEko等软件进行车载通信天线仿真的过程与结果，并对比不同仿真工具的效果。 #### 二、喇叭天线+介质透镜（38GHz） **1.1 天线结构设计** 首先介绍的是基于38GHz工作频率的喇叭天线加介质透镜的设计方案。该方案通过在喇叭天线前端添加介质透镜来改善天线的辐射特性，提高方向性并减少旁瓣电平。图1展示了天线的三维模型及其方向图，可以看到在圆极化馈入的情况下，天线具有良好的方向性和较低的旁瓣。 **1.2 波束宽度分析** 图2给出了俯仰面和方位面上的3dB波束宽度分别为7.6度。这表明天线在两个主要方向上均能实现较窄的波束宽度，有助于增强目标区域内的信号强度并减少对其他方向的干扰。 #### 三、喇叭天线+介质透镜+赋形反射板（38GHz） **3.1 改进设计** 在此基础上，进一步引入赋形反射板来优化天线的辐射特性。图3显示了改进后的天线模型及其三维方向图，可以看出反射板的加入使得天线的方向性得到了显著提升。 **3.2 方位面与俯仰面分析** 通过图4和图5可以观察到，在方位面上，天线的方向图变得更加集中，轴比也得到了明显改善，这意味着天线在主波束方向上的极化特性更佳。而图6和图7则展示了在俯仰面上类似的变化趋势，进一步验证了反射板的有效性。 #### 四、FEKO仿真结果（38GHz） **4.1 远场源仿真** 为了进一步验证上述设计方案的有效性，本节使用FEko软件进行了额外的仿真。其中，远场源采用了由HFSS仿真得到的结果，并将其作为点源馈入，模拟其距离反射板300mm的位置关系。图8展示了反射板与远场源结合时的波束形状，可以看出波束更加集中，证明了设计方案的可行性。 #### 五、仿真工具对比分析 在本研究中，我们使用了三种不同的仿真工具：CST、HFSS和FEko。这些工具各有特点： - **CST**：以其精确的电磁场仿真能力著称，尤其适合于高频和微波器件的设计。 - **HFSS**：是Ansys公司的一款高级三维全波电磁仿真软件，广泛应用于射频和微波领域，能够提供准确的电磁场仿真结果。 - **FEko**：是一种多功能的电磁仿真软件，特别适用于解决复杂的电磁兼容问题。 通过对比不同软件的仿真结果，可以发现它们在处理相同问题时存在一定的差异，但总体趋势保持一致。这表明在实际应用中可以根据具体需求选择合适的工具进行仿真。 #### 六、结论 通过对车载通信天线在38GHz下的仿真研究，我们不仅验证了喇叭天线加介质透镜以及反射板设计方案的有效性，还探讨了不同仿真工具的应用效果。未来的研究可进一步探索更多新型材料和技术，以期在更高频段下实现更优的通信性能。

内容概要：本文档详细介绍了基于STM32F103C8T6的体脂秤开发方案，涵盖了硬件架构设计、核心代码实现、关键外设驱动以及开发注意事项。硬件部分包括HX711体重测量模块、AD5933生物阻抗分析模块、OLED显示屏和WiFi数据上传模块。软件部分实现了体重测量、生物阻抗测量、体脂率和肌肉量计算等功能。通过主程序框架将各个模块有机结合起来，实现了完整的体脂秤功能。此外，还提供了滑动平均滤波等优化措施，确保数据准确性。最后，文档还提到了一些扩展功能，如蓝牙连接、语音播报和多用户管理等。 适合人群：具有嵌入式开发基础，尤其是对STM32平台有一定了解的研发人员。 使用场景及目标：①学习STM32平台下的传感器融合技术；②掌握体重、生物阻抗等数据的采集与处理方法；③理解体脂率计算模型及其应用。 其他说明：文档提供完整C++源码及校准参数配置文档，适合希望深入了解体脂秤工作原理并进行二次开发的技术人员。阅读时建议结合实际硬件进行调试和验证。

红外通信的基本原理是利用950nm近红外波段的红外线作为信息的载体，将二进制信号调制为若干脉冲信号，最后驱动红外线发射元件(如红外发光二极管) 发射红外信号．红外接收端收到红外脉冲信号后，将红外信号转换为电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，还原为二进制数字信号后输出．红外信号的调制方法比较常用的有两种：通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制(Pulse Width Modulation, PWM) 和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉冲位置调制码(Pulse Position Modulation, PPM) 两种方法．换句话说，红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制和解调，以便利用红外进行传输，红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器． 红外通信是一种利用红外线作为载体进行数据传输的技术，其在无线通信领域占有重要地位。红外通信主要基于两种波段，分别是近红外波段和远红外波段，其中近红外波段（如950nm）用于短距离通信较为常见。红外通信的基本原理是将二进制信号调制为一系列的脉冲信号，再通过红外线发射元件（例如红外发光二极管）来发射红外信号。接收端通过红外接收元件接收红外脉冲信号，并将其转换为电信号，经过放大、滤波等处理后，送入解调电路进行解调，还原为原始的二进制数字信号。 在红外通信中，调制方法对于信号传输的质量至关重要。常用的调制方法有脉宽调制（PWM）和脉冲位置调制（PPM）。脉宽调制通过改变脉冲宽度的方式来调制信号，而脉冲位置调制则是通过调整脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制。通过这些调制手段，可以在红外通信中实现信息的准确传输。 红外通信中，发送端和接收端是构成通信过程的两个核心部分。发送端通常由单片机组成，负责将待发送的二进制信号编码并调制为特定频率的脉冲串信号，然后通过红外发射管发射出去。发送端的核心组件包括单片机、键盘、红外发光二极管以及用于显示发送键值的7段数码管。通过键盘输入指令，单片机检测按键状态并调制红外信号，最后由红外二极管发射出去。 红外接收端则完成对红外信号的接收、放大、检波和整形，并解调出遥控编码脉冲。红外接收端常使用一体化红外接收头（例如HS0038），它接收特定频率的红外信号，同时进行放大、检波和整形处理，将处理后的信号转换为TTL电平的编码信号，并送给单片机进行解码，最终执行相关控制指令。接收端的主要组件包括单片机、一体化红外接收头HS0038和7段数码管。 在编码和解码的过程中，红外通信还需要考虑减少干扰的问题。为了有效地防止多个设备之间的干扰，通常会采用PPM编码方式。PPM编码方式通过特定的编码脉冲序列来传输数据，其中包含前导码、地址码和操作码。为了增强系统的可靠性，编码后面还会附加上编码的反码，用于检验编码接收的正确性，防止误操作。前导码作为遥控码的起始部分，包括一个高电平和一个低电平组成的准备脉冲。 在实际应用中，单片机会采用外部中断INT0管脚和红外接收头的信号线相连，采用边沿触发方式中断，以便于区分前导码、二进制的“1”和“0”码。单片机通过计算中断的间隔时间来实现这些区分，并将操作码提取出来在数码管上显示。 从程序实现的角度来看，红外通信的发送程序通常涉及单片机编程，需要设置定时器和外部中断来精确控制红外信号的发射时机和脉冲宽度。发送端程序需要使用特定的库函数，如reg52.h，以及定义与硬件相关的引脚和变量。例如，发送程序中可能会使用静态变量和位变量来存储控制状态、计数器和标志位等信息。 红外通信技术广泛应用于遥控器、无线鼠标、智能手机、医疗器械等领域，为短距离无线通信提供了便利。然而，由于红外信号不能穿透障碍物，因此它的应用范围受到了一定限制。尽管如此，红外通信以其低成本、低功耗、高安全性、不易受无线电干扰等特点，仍然是当前短距离无线通信的重要选择之一。

蒙特卡洛 本项目包含两个主要的函数 MCS 和 MCI，用于模拟紫外非视距光通信的蒙特卡洛仿真模型。使用这些函数可以计算光子在不同散射阶次下的接收功率和信道脉冲响应。 在 MATLAB 中运行 打开 MATLAB 并运行 startup.m 脚本以设置路径： % 获取项目根目录的路径 projectRoot = fileparts(mfilename('fullpath')); % 构建 src 文件夹的路径 srcFolderPath = fullfile(projectRoot, 'src'); % 添加 src 文件夹到 MATLAB 路径中 addpath(srcFolderPath); % 输出确认路径已添加 disp(['Added to path: ', srcFolderPath]); 调用 MCS 或 MCI 函数进行仿真计算。

在数字信号处理领域，插值是一种基本而重要的技术，它允许我们在已知数据点之间估算新的数据点。Farrow滤波器作为分数延迟滤波器的一种，因其设计灵活、效率高而被广泛应用于通信系统、音频处理和各种数字信号处理领域。FPGA（现场可编程门阵列）由于其高度的并行处理能力和可重配置性，是实现高性能数字信号处理算法的理想平台。Matlab作为一种强大的数值计算和仿真环境，提供了一种简便的方式来进行算法的开发和验证。 Farrow滤波器的设计和仿真是数字信号处理教学和工程实践中的一个高级主题，涉及到信号处理理论、数字滤波器设计、Matlab编程以及FPGA开发等多个方面。设计Farrow滤波器需要深入理解其工作原理，包括其多相滤波器结构、多项式系数的计算方法以及如何实现分数延迟功能。然后，可以通过Matlab进行算法仿真，利用Matlab提供的工具箱和函数库，构建Farrow滤波器模型，并对各种输入信号进行处理和分析，以验证设计的正确性和性能。 在Matlab仿真阶段，通常需要关注几个关键点：Farrow滤波器的系数计算、插值精度、频率响应以及对不同延迟量的适应性。通过仿真实验，可以对Farrow滤波器在不同条件下的性能进行评估，如信噪比、失真度和计算复杂度等。完成Matlab仿真后，为了将Farrow滤波器应用于实际硬件，需要将其算法映射到FPGA上。这涉及到硬件描述语言（如VHDL或Verilog）的编写，以及对FPGA内部资源的合理分配和时序约束的设置。 FPGA实现Farrow滤波器的关键在于如何有效地实现多项式系数的计算和系数的快速更新。通过硬件描述语言编程，可以在FPGA上构建多相滤波器结构，并设计有效的数据路径来处理分数延迟。此外，由于FPGA的并行处理特性，可以实现Farrow滤波器的流水线化处理，从而提高整体的处理速度和吞吐量。 在FPGA上实现Farrow滤波器，还需要解决一些硬件设计的挑战，例如资源消耗、时钟频率和功耗。这就要求设计者在保证算法性能的同时，进行适当的算法优化和资源管理。此外，FPGA的调试工作也十分关键，通过使用逻辑分析仪和FPGA开发工具，可以对FPGA上的Farrow滤波器进行实时调试和性能评估。 Farrow滤波器插值的Matlab仿真及FPGA实现是一个涉及信号处理、Matlab编程和FPGA硬件设计的复杂项目。它不仅需要扎实的理论基础，还需要良好的编程能力和对硬件设计流程的深刻理解。通过这个项目，可以从理论到实践完整地掌握Farrow滤波器的设计、仿真和硬件实现的全过程，对提升数字信号处理的工程能力具有重要意义。

Cangaroo USB-CAN上位机是一款功能强大且吸引人的设备，具有以下特点和优势： 高性能：Cangaroo USB-CAN上位机采用先进的CAN总线通信技术，能够实现高速、稳定的数据传输。它支持多种CAN协议，包括CAN 2.0A、CAN 2.0B等，适用于各种CAN总线应用场景。 灵活性：该上位机提供丰富的功能和配置选项，可以满足不同用户的需求。它支持多通道的CAN数据采集和发送，具备灵活的数据过滤和处理能力，可根据实际应用进行定制和扩展。 用户友好的界面：Cangaroo USB-C上AN位机配备了直观、易用的用户界面，使用户能够轻松进行配置、监控和分析CAN总线数据。它提供了实时数据显示、图表绘制、日志记录等功能，方便用户进行数据分析和故障诊断。 兼容性：该设备与主流操作系统（如Windows、Linux等）兼容，支持常见的开发环境和编程语言，如C/C++、Python等。这使得它可以与各种软件和硬件平台无缝集成，方便用户进行二次开发和定制。 可靠性和稳定性：Cangaroo USB-CAN上位机采用高质量的硬件设计和可靠的电路保护措施，具备良好的抗干扰能力和稳

C# Winform开源CAN上位机源码，实现转速控制及通信功能，基于周立功DLL与zedgrah绘图技术,基于周立功CAN接口的Winform上位机源码，实现转速控制及实验功能，集成通信与图形化展示,C#Winform开源一个can上位机源码，工控试验源码，通讯源码。 can接口用的周立功的dll文件。 绘图用的zedgrah。 上位机功能是读取历史转速数据，作为控制的目标转速，通过can卡，发送给风扇控制器，复现风扇转速变化趋势。 或者自定义目标转速波形，进行相关可靠性试验。 代码实现了can通讯，excel文件读取，参数标定，曲线实时绘制等功能。 部分代码借鉴了有关大神 ,C# Winform; CAN上位机源码; 工控试验源码; 通讯源码; 周立功DLL; ZedGraph; 历史转速数据读取; 控制目标转速; CAN卡通讯; 风扇控制器; 自定义目标转速波形; 可靠性试验; can通讯; excel文件读取; 参数标定; 曲线实时绘制; 代码借鉴。 关键词用分号隔开，如：C# Winform;周立功DLL;CAN通讯等等。,基于C# Winform的工控CAN通讯上位机源码

适合于学习过通信原理，数字信号处理的课程的同学。里面的程序使用matlab来实现。附有课程设计的答辩材料，程序源码。两个题目分别是：抑制载波双边带调幅和解调的实现，IIR低通滤波器设计 。仅供参考，不可原封不动，改了名字就交了。到头来害了你自己！