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基于FPGA的数字相位测量仪设计与实现的开题报告
一、选题背景
数字相位测量仪广泛应用于信号处理、通信、测量等领域。传统相位测量仪采用的方法有PLL锁相、延迟环路等，但是这些方法存在一些不足，例如：存在谐波影响、输入信号范围限制、采样频率限制等。为了解决这些问题，目前越来越多的数字相位测量仪采用基于FPGA的实时数字化技术。
FPGA（FieldProgrammableGateArray）是一种可现场编程的逻辑电路，具有高速、高密度、低功耗、可定制、可重配置等特点。因此，基于FPGA的数字相位测量仪能够实现高速、高精度的数字信号处理，具有较好的抗噪性能以及适用于多种输入信号的优点。
二、研究目的
本次研究的主要目的是设计并实现一种基于FPGA的数字相位测量仪。该测量仪能够满足高速、高精度、多通道输入信号的需求，并在实际应用中具有较强的实用性和稳定性。同时，本研究还旨在探索FPGA在数字相位测量领域的应用，推动数字信号处理技术的发展。
三、研究内容
1.建立数字相位测量仪的数学模型
根据基于FPGA的数字相位测量仪的信号输入、信号处理和输出等特点，建立数字相位测量仪的数学模型。该模型可以用于分析数字相位测量仪的信号特性，并为后续的算法设计奠定基础。
2.实现数字相位测量算法
设计并实现一种基于FFT（快速傅里叶变换）的相位测量算法。该算法是目前最常用的实时相位测量算法之一，具有较高的计算精度和效率。在该算法的基础上，还可以探索其他的相位测量算法，以提高测量的准确度和稳定性。
3.FPGA硬件设计与编程
FPGA硬件设计与编程是基于FPGA的数字相位测量仪的核心工作。在硬件设计方面，了解FPGA芯片的性能和特点，设计数字相位测量仪的输入电路、时钟管理电路、测量电路和输出电路等。在FPGA编程方面，掌握主流FPGA编程语言，如VHDL和Verilog，进行FPGA的代码编写和算法实现。
4.实际测量与数据处理
搭建数字相位测量仪的实验平台，对数字相位测量仪进行实际测量，并采集数据。通过对数据的处理和分析，评估数字相位测量仪的性能和精度。如果测量结果不理想，就需要进行算法和硬件的优化和调试，以获得更好的测量效果。
四、研究意义
基于FPGA的数字相位测量仪具有许多优点，如高速、高精度、低功耗、多通道输入等。因此，本研究的成果具有重要意义和实用价值，主要体现在以下几个方面：
1.可以为信号处理、通信、测量等领域提供高精度、稳定的数字相位测量技术，使其具有更广泛的应用。
2.可以促进数字信号处理技术及其应用领域的发展，提升我国在该领域的研究水平和技术实力。
3.可以为FPGA在数字信号处理领域的应用提供一种新的思路和实践方法，为该领域研究提供经验和借鉴。
五、研究计划
2019年12月-2020年3月：完成数字相位测量仪的设计方案和数学模型的建立。
2020年4月-2020年6月：完成数字相位测量算法的设计与实现。
2020年7月-2020年9月：完成硬件设计与编程，并进行初步实验测试。
2020年10月-2020年12月：完成实验结果分析与处理，完善测量仪的性能和精度。
2021年1月-2021年3月：撰写论文并答辩。
六、预期成果
预计本研究的主要成果包括：
1.建立数字相位测量仪的数学模型和设计方案。
2.设计并实现一种基于FFT的数字相位测量算法。
3.完成基于FPGA的数字相位测量仪的硬件设计与编程，并进行实验测试。
4.获取并分析实验数据，评估数字相位测量仪的性能和精度。
5.以论文的形式总结研究成果，并完成答辩。
七、参考文献
[1]刘志平.计算机通信与网络.北京:清华大学出版社,2013.
[2]任竞.基于快速傅里叶变换的数字相位测量算法研究[J].电声技术,2016,06:1-5.
[3]林嘉昭,蔡淑芬,金辉.基于DSP和FPGA相位测量系统的设计与实现[J].仪器控制工程,2013,04:67-70.
[4]宋前,冯广江,李江山.基于FPGA的多通道数字相位测量仪设计[J].浈江学院学报,2017,05:69-72.