隨著 EDA 技術及微電子技術的飛速發展，現場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，簡稱 FPGA)的性能有了大幅度的提高，FPGA的設計水平也達到了一個新的高度。基于FPGA的嵌入式系統設計為現代電子產品設計帶來了更大的靈活性，以Nios Ⅱ軟核處理器為核心的SOPC(System on Programmable Chip)系統便是把嵌入式系統應用在FPGA上的典型例子，本文設計的指紋識別模塊就是基于FPGA的Nios Ⅱ處理器為核心的SOPC設計。通過IP核技術和靈活的軟硬件編程，實現Nios Ⅱ對FPGA外圍器件的控制，并對指紋處理算法進行了改進，研究了指紋識別算法到Nios Ⅱ系統的移植。 本文首先闡述了指紋識別模塊的SOPC設計方案，然后是對模塊的詳細設計。在硬件方面，完成了指紋識別模塊的 FPGA 硬件設計，包括 FPGA 內部的Nios Ⅱ系統硬件設計和 FPGA 外圍電路設計。前者利用 SOPC Builder將Nios Ⅱ處理器、指紋讀取接口 UART、鍵盤與LCD顯示接口、FLASH接口、SDRAM控制器構建成NiosⅡ硬件系統，后者是電源和時鐘電路、SDRAM存儲器電路、FLASH存儲器電路、LCD顯示電路、指紋傳感器電路、FPGA 配置電路這些純實物硬件設計，給出了設計方法和電路連接圖。 在軟件方面，包括下面兩個內容： 完成 FPGA 外圍器件程序設計，實現對外圍器件的操作。 深入的研究了指紋識別算法。對指紋圖像識別算法中的指紋圖像濾波和匹配算法進行了分析，提出了指紋圖像增強改進算法和匹配改進算法，通過試驗，改進后的指紋圖像濾波算法取得了較好的指紋圖像增強效果。改進后的匹配算法速度較快，誤識率較低。最后研究了指紋識別算法如何在FPGA中的Nios Ⅱ系統的實現。
上傳時間： 2013-06-12
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軟件無線電已成為無線通信非常關鍵的技術之一。其基本思想是將寬帶A/D、D/A盡可能靠近天線，在一個開放式、模塊化的通用硬件平臺上用盡可能多的軟件來實現無線電臺的各種功能。 本文所討論的多相濾波器組信道化接收機(PPCR)及信道非均勻劃分，即是應用了軟件無線電理念的一種新技術。該技術針對傳統無線電接收機存在的結構不靈活、系統升級困難、同時處理多信號能力弱及系統規模過大等問題，應用現代多速率信號處理理論對之進行了改進。改進后的軟件無線電PPCR．具有全概率接收能力，能對信號進行下變頻并降低其采樣率處理，實現后資源耗費較低，而且依托現場可編程門陣列(FPGA)建立的平臺是開放式的，在需要時可在不改變硬件系統的情況下通過軟件更改系統的功能，極大地提高了系統的靈活性。諸多的優點使其具有十分廣泛的應用前景，也成為當前研究熱點之一。 本文首先介紹了課題的應用背景，并深入討論了軟件無線電的基本理論：信號采樣理論及多速率信號處理理論，介紹了應用PPCR的采樣處理過程，給出了推導PPCR的數學模型，并在此基礎上分析闡述了信道非均勻劃分的原理。 在本文的系統仿真及實現部分，首先介紹了應用現代DSP開發工具DSPBuilder進行開發的設計流程，然后對應用DSP Builder來設計PPCR中的主要模塊一多相濾波器組及快速傅立葉變換模塊做了詳細闡述，最后對系統仿真及實現過程的實驗結果圖進行了分析。 本文主要是在實驗室階段對算法在硬件實現上進行研究。成果可以作為后續應用研究的基礎，對各種應用軟件無線電理念的通信系統都具有一定的參考價值。
上傳時間： 2013-06-17
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隨著電子技術和集成電路技術的飛速發展，數字信號處理已經廣泛地應用于通信、信號處理、生物醫學以及自動控制等領域中。離散傅立葉變換(DFT)及其快速算法FFT作為數字信號處理中的基本變換，有著廣泛的應用。特別是近年來，基于FFT的ODFM技術的興起，進一步推動了對高速FFT處理器的研究。 FFT 算法從出現到現在已有四十多年代歷史，算法理論已經趨于成熟，但是其具體實現方法卻值得研究。面向高速、大容量數據流的FFT實時處理，可以通過數據并行處理或者采用多級流水線結構來實現。特別是流水線結構使得FFT處理器在進行不同點數的FFT計算時可以通過對模塊級數的控制很容易的實現。 本文在分析和比較了各種FFT算法后，選擇了基2和基4混合頻域抽取算法作為FFr處理器的實現算法，并提出了一種高速、處理點數可變的流水線結構FFT處理器的實現方法。利用這種方法實現的FFT處理器成功的應用到DAB接收機中，RTL級仿真結果表明FFT輸出結果與C模型輸出一致，在FPGA環境下仿真波形正確，用Ouaaus Ⅱ軟件綜合的最高工作頻率達到133MHz，滿足了高速處理的設計要求。
上傳時間： 2013-05-29
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擴展頻譜通信技術,它的突出優點是保密性好,抗干擾性強.隨著通信系統與現代計算機軟、硬件技術與微電子技術發展,越來越多的通信系統構建于這種技術之上.在實際擴頻通信系統工程中,用得比較普遍的是直擴方式和跳頻方式,它們的不同在于直擴是采取隱藏的方式對抗干擾,而跳頻采取躲避的方式. 西方國家早在20世紀50年代就開始對跳頻通信進行研究,在上個世紀末的幾次局部戰爭中,跳頻電臺得到了普遍的應用.跳頻通信的發展促進了其對抗技術的發展,目前,世界主要幾個軍事先進的國家,已經研究出高性能的跳頻通信對抗設備,國內這方面的發展相對國外差距比較大. 未來戰爭是科學技術的斗爭,研究跳頻通信對抗勢在必行.基于這種目的,本文研究和設計了跳頻檢測的FPGA實現,利用基于時頻分析的處理方法,完成了跳頻信號檢測的FPGA實現,通過測試,表明系統達到了設計要求,可以滿足實際的需要.主要內容包括: 1.概述了跳頻檢測接收研究的發展動態,闡述了擴展頻譜通信及短時傅立葉變換的原理. 2.分析了基于快速傅立葉變換(FFT)處理跳頻信號,檢測跳頻的可行性,利用FFT檢測頻譜的原理,合理使用頻譜采樣策略,做到了增加頻譜利用率,提高了檢測概率和分析信噪比；利用抽取內插技術完成數據速率的轉換,使其滿足后續信號的處理要求；利用同相和正交的DDC實現結構,完成對跳頻信號的解跳. 3.設計完成了跳頻信號檢測與接收系統的FPGA實現,其主要包括:數據速率變換的實現,FIR低通濾波器的實現,快速傅立葉變換(FFT)的實現,下變頻的實現等.在濾波器的實現中,提出了兩種設計方法:基于常系數乘法器和分布式算法濾波器,分析了上述兩種方法的優缺點,選擇用分布式算法實現設計中的低通濾波器；在快速傅立葉變換實現中,分析了基2和基4的算法結構,并分別實現了基2和基4的算法,滿足了不同場合對處理器的要求.在下變頻的設計中,使用濾波器的多相結構完成抽取的實現,并使用低通濾波器使信號帶寬滿足指標的要求.此外,設計中還包括雙端口RAM的實現,比較模塊的實現、數據緩存模塊和串并轉換模塊的實現. 4.介紹了實現系統的硬件平臺.
上傳時間： 2013-04-24
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研制發射微小衛星，是我國利用空間技術服務經濟建設、造福人類的重要途徑。現代微小衛星在短短20年里能取得長足的發展，主要取決于微小衛星自身的一系列特點：重量輕，體積小，成本低，性能高，安全可靠，發射方便、快捷靈活等。在衛星通信系統中，由于傳輸信道的多徑和各種噪聲的影響，信號在接收端會引起差錯，通過信道編碼環節，可對這些不可避免的差錯進行檢測和糾正。 在微小衛星通信鏈路中，信道編碼器的任務是差錯控制。本文采用符合空間數據系統咨詢委員會CCSDS標準的鏈接碼進行信道編碼，即內碼為（2，1，6）的卷積碼，外碼為（255，223）的RS碼，中間進行交織操作。其中，里德-索羅蒙碼(簡稱RS碼)是一種重要的非二進制BCH碼，是分組碼中糾錯能力最強的糾錯碼，一次可以糾正多個突發錯誤，廣泛地用于空間通信中。 本文針對南京航空航天大學自行研制的微小衛星通信分系統的技術要求，在用SystemView和C語言仿真的基礎上，用硬件描述語言Verilog設計了RS（255，223）編碼器和譯碼器，使用Modelsim軟件進行了功能仿真，并通過Xilinx公司的軟件ISE對設計進行綜合、布局布線，最后生成可下載的比特流文件下載到Xilinx公司的型號為XC3S2000的FPGA芯片中，完成了電路的設計并實現了編碼譯碼的功能，表明本文設計的信道編解碼器的正確性和實用性，滿足了微小衛星通信分系統的技術要求。
上傳時間： 2013-08-01
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在數字化、信息化的時代，數字集成電路應用得非常廣泛。隨著微電子技術和工藝的發展，數字集成電路從電子管、晶體管、中小規模集成電路、超大規模集成電路(VLSIC)逐步發展到今天的專用集成電路(ASIC)。但是ASIC因其設計周期長，改版投資大，靈活性差等缺陷制約著它的應用范圍。可編程邏輯器件的出現彌補了ASIC的缺陷，使得設計的系統變得更加靈活，設計的電路體積更加小型化，重量更加輕型化，設計的成本更低，系統的功耗也更小了。FPGA是英文Field Programmable Gate Array的縮寫，即現場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、EPID等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。它是作為專用集成電路(ASIC)領域中的一種半定制電路而出現的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。 本論文撰寫的是用FPGA來實現無人小飛機系統中基帶信號的處理過程。整個信號處理過程全部采用VHDL硬件描述語言來設計，并用Modelsim仿真系統功能進行調試，最后使用了Xilinx 公司可編程的FPGA芯片XC2S100完成，滿足系統設計的要求。 本文首先研究和討論了無線通信系統中基帶信號處理的總體結構，接著詳細闡述了各個模塊的設計原理和方法，以及FPGA結果分析，最后就關鍵技術和難點作了詳細的分析和研究。本文的最大特色是整個系統全部采用FPGA的方法來設計實現，修改靈活，體積小，功耗小。本系統的設計包括了數字鎖相環、糾錯編解碼、碼組交織、擾碼加入、巴克碼插入、幀同步識別、DPSK調制解調及選擇了整體的時序，所有的組成部分都經過了反復地修改和調試，取得了良好的數據處理效果，其關鍵之處與難點都得到了妥善地解決。本文分別在發射部分(編碼加調制)和接收部分(解調加解碼)相獨立和相聯系的情況下，獲得了仿真與實測結果。
上傳時間： 2013-07-05
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8051處理器自誕生起近30年來，一直都是嵌入式應用的主流處理器，不同規模的805l處理器涵蓋了從低成本到高性能、從低密度到高密度的產品。該處理器極具靈活性，可讓開發者自行定義部分指令，量身訂制所需的功能模塊和外設接口，而且有標準版和經濟版等多種版本可供選擇，可讓設計人員各取所需，實現更高性價比的結構。如此多的優越性使得8051處理器牢固地占據著龐大的應用市場，因此研究和發展8051及與其兼容的接口具有極大的應用前景。在眾多8051的外設接口中，I2C總線接口扮演著重要的角色。通用的12C接口器件，如帶12C總線的RAM，ROM，AD／DA，LCD驅動器等，越來越多地應用于計算機及自動控制系統中。因此，本論文的根本目的就是針對如何在8051內核上擴展I2C外設接口進行較深入的研究。 本課題項目采用可編程技術來開發805l核以及12C接口。由于8051內核指令集相容，我們能借助在現有架構方面的經驗，發揮現有的大量代碼和工具的優勢，較快地完成設計。在8051核模塊里，我們主要實現中央處理器、程序存儲器、數據存儲器、定時／計數器、并行接口、串行接口和中斷系統等七大單元及數據總線、地址總線和控制總線等三大總線，這些都是標準8051核所具有的模塊。在其之上我們再嵌入12C的串行通信模塊，采用自下而上的方法，逐次實現一位的收發、一個字節的收發、一個命令的收發，直至實現I2C的整個通信協議。 8051核及I2C總線的研究通過可編程邏輯器件和一塊外圍I2C從設備TMPl01來驗證。本課題的最終目的是可編程邏輯器件實現的8051核成功并高效地控制擴展的12C接口與從設備TMPl01通信。 用EP2C35F672C6芯片開發的12C接口，數據的傳輸速率由該芯片嵌入8051微處理的時鐘頻率決定。經測試其傳輸速率可達普通速率和快速速率。 目前集成了該12C接口的8051核已經在工作中投入使用，主要用于POS設備的用戶數據加密及對設備溫度的實時控制。雖然該設備尚未大批量投產，但它已成功通過PCI(PaymentCardIndustry)協會認證。
上傳時間： 2013-06-18
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近年來，隨著多媒體技術的迅猛發展，電子、計算機、通訊和娛樂之間的相互融合、滲透越來越多，而數字音頻技術則是應用最為廣泛的技術之一。MP3(MPEG-1 Audio LayerⅢ)編解碼算法作為數字音頻的解決方案，在便攜式多媒體產品中得到了廣泛流行。 在已有的便攜式MP3系統實現方案中，低速處理器與專用硬件結合的SOC設計方案結合了硬件實現方式和軟件實現方式的優點，具有成本低、升級容易、功能豐富等特點。IMDCT(反向改進離散余弦變換)是編解碼算法中一個運算量大調用頻率高的運算步驟，因此適于硬件實現，以降低處理器的開銷和功耗，來提高整個系統的性能。 本文首先闡述了MP3音頻編解碼標準和流程，以及IMDCT常用的各種實現算法。在此基礎上選擇了適于硬件實現的遞歸循環實現方法，并在已有算法的基礎上進行了改進，減小了所需硬件資源需求并保持了運算速度。接著提出了模塊總體設計方案，結合算法進行了實現結構的優化，并在EDA環境下具體實現，用硬件描述語言設計、綜合、仿真，且下載到Xilinx公司的VirtexⅡ系列xc2v1000FPGA器件中，在減小硬件資源的同時快速地實現了IMDCT，經驗證功能正確。
上傳時間： 2013-06-11
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隨著多媒體編碼技術的發展，視頻壓縮標準在很多領域都得到了成功應用，如視頻會議(H.263)、DVD(MPEG-2)、機頂盒(MPEG-2)等等，而網絡帶寬的不斷提升和高效視頻壓縮技術的發展使人們逐漸把關注的焦點轉移到了寬帶網絡數字電視(IPTV)、流媒體等基于傳輸的業務上來。帶寬的增加為流式媒體的發展鋪平了道路，而高效的視頻壓縮標準的出臺則是流媒體技術發展的關鍵。H.264/AVC是由國際電信聯合會和國際標準化組織共同發展的下一代視頻壓縮標準之一。新標準中采用了新的視頻壓縮技術，如多模式幀間預測、1/4像素精度預測、整數DCT變換、變塊尺寸運動補償、基于上下文的二元算術編碼(CABAC)、基于上下文的變長編碼(CAVLC)等等，這些技術的采用大大提高了視頻壓縮的效率，更有利于寬帶網絡數字電視(IPTV)、流媒體等基于傳輸的業務的實現。 本文主要根據視頻會議應用的需要對JM8.6代碼進行優化，目標是實現基于Baseline的低復雜度的CIF編碼器，并對部分功能模塊進行電路設計。在設計方法上采用自頂向下的設計方法，首先對H.264編碼器的C代碼和算法進行優化，并對優化后的結果進行測試比較，結果顯示在圖像質量沒有明顯降低的情況下，H.264編碼器編碼CIF格式視頻每秒達到15幀以上，滿足了視頻會議應用的實時性要求。然后，以C模型為參考對H.264編碼器的部分功能模塊電路進行設計。采用Verilog HDL實現了這些模塊，并在Quartus Ⅱ中進行了綜合、仿真、驗證。主要完成了Zig-zag掃描和CAVLC模塊的設計，詳細說明模塊的工作原理和過程，然后進行多組的仿真測試，結果與C模型相應部分的結果一致，證明了設計的正確性。
上傳時間： 2013-06-11
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JPEG是聯合圖像專家組(Joint Picture Expert Group)的英文縮寫，是國際標準化組織(ISO)和CCITT聯合制定的靜態圖像壓縮編碼標準。JPEG的基于DCT變換有損壓縮具有高壓縮比特點，被廣泛應用在數據量極大的多媒體以及帶寬資源寶貴的網絡程序中。 動態圖像的JPEG編解碼處理要求圖像恢復質量高、實時性強，本課題就是針對這兩個方面的要求展開的研究。該系統由圖像編碼服務器端和圖像解碼客戶端組成。其中，服務器端實時采集攝像頭傳送的動態圖像，進行JPEG編碼，通過網絡傳送碼流到客戶端；客戶端接收碼流，經過JPEG解碼，恢復出原始圖像送VGA顯示。設計結果完全達到了實時性的要求。 本文從系統實現的角度出發，首先分析了系統開發平臺，介紹FPGA的結構特點以及它的設計流程和指導原則；然后從JPEG圖像壓縮技術發展的歷程出發，分析JPEG標準實現高壓縮比高質量圖像處理的原理；針對FPGA在算法實現上的特點，以及JPEG算法處理的原理，按照編碼和解碼順序，研究設計了基于改進的DA算法的FDCT和IDCT變換，以及按發生頻率進行優化的霍夫曼查找表結構，并且從系統整體上對JPEG編解碼進行簡化，以提高系統的處理性能。最后，通過分析Nios嵌入式微處理器可定制特性，根據SOPC Builder中Avalon總線的要求，把圖像采集，JPEG圖像壓縮和網絡傳輸轉變成用戶自定義模塊，在SOPC Builder下把用戶自定義模塊添加到系統中，由Nios嵌入式軟核的控制下運行，在FPGA芯片上實現整個JPEG實時圖像編解碼系統(soc)。 在FPGA上實現硬件模塊化的JPEG算法，具有造價低功耗低，性能穩定，圖像恢復后質量高等優點，適用于精度要求高且需要對圖像進行逐幀處理的遠程微小目標識別和跟蹤系統中以及廣電系統中前期的非線性編輯工作以及數字電影的動畫特技制作，對降低成本和提高圖像處理速度兩方面都有非常重大的現實意義。通過在FPGA上實現JPEG編解碼，進一步探索FPGA在數字圖像處理上的優勢所在，深入了解進行此類硬件模塊設計的技術特點，是本課題的重要學術意義所在。
上傳時間： 2013-04-24
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