隨著信息技術的發展，系統級芯片SoC(System on a Chip)成為集成電路發展的主流。SoC技術以其成本低、功耗小、集成度高的優勢正廣泛地應用于嵌入式系統中。通過對8位增強型CPU內核的研究及其在FPGA(Field Programmable Gate Arrav)上的實現，對SoC設計作了初步研究。 在對Intel MCS-8051的匯編指令集進行了深入地分析的基礎上，按照至頂向下的模塊化的高層次設計流程，對8位CPU進行了頂層功能和結構的定義與劃分，并逐步細化了各個層次的模塊設計，建立了具有CPU及定時器，中斷，串行等外部接口的模型。 利用5種尋址方式完成了8位CPU的數據通路的設計規劃。利用有限狀態機及微程序的思想完成了控制通路的各個層次模塊的設計規劃。利用組合電路與時序電路相結合的思想完成了定時器，中斷以及串行接口的規劃。采用邊沿觸發使得一個機器周期對應一個時鐘周期，執行效率提高。使用硬件描述語言實現了各個模塊的設計。借助EDA工具ISE集成開發環境完成了各個模塊的編程、調試和面向FPGA的布局布線；在Synplify pro綜合工具中完成了綜合；使用Modelsim SE仿真工具對其進行了完整的功能仿真和時序仿真。 設計了一個通用的擴展接口控制器對原有的8位處理器進行擴展，加入高速DI，DO以及SPI接口，增強了8位處理器的功能，可以用于現有單片機進行升級和擴展。 本設計的CPU全面兼容MCS-51匯編指令集全部的111條指令，在時鐘頻率和指令的執行效率指標上均優于傳統的MCS-51內核。本設計以硬件描述語言代碼形式存在可與任何綜合庫、工藝庫以及FPGA結合開發出用戶需要的固核和硬核，可讀性好，易于擴展使用，易于升級，比較有實用價值。本設計通過FPGA驗證。
上傳時間： 2013-04-24
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礦用隔爆饋電開關是煤礦井下配電系統的關鍵設備，作為配電開關，用于含有瓦斯或煤塵等爆炸危險環境的礦井中，控制和保護低壓供電網絡。其性能好壞直接影響著煤礦井下的生產安全和生產效率，而目前國內饋電開關普遍存在集成度低、可靠性差、智能監控水平低等缺點。 本課題將嵌入式網絡控制系統應用到饋電開關中，通過對礦山供電系統工作原理、真空饋電開關工作原理以及基于EasyARM2200(Philips LPC2210為處理器、ARM7為內核)嵌入式網絡控制系統的研究，實現了總體網絡拓撲結構的設計和智能饋電開關控制系統硬件電路的設計；通過對嵌入式實時操作系統的移植、嵌入式TCP/IP協議棧的實現和移植以及基于C/S模式下的套接字編程等的研究和分析，完成了監控主機與嵌入式系統的通信軟件和保護控制算法的應用程序的編寫，從而實現了礦井地面監控主機與井下嵌入式系統饋電開關的快速通信，解決了地面監控主機對井下饋電回路及電氣開關的遠程智能監控的難題，最終設計出一套集實時保護控制和遠程監控功能于一身的智能型饋電開關網絡控制系統。 實驗結果表明：在嵌入式系統端的通信軟件和監控主機端的通信軟件的驅動下，實現了嵌入式系統與監控主機的快速遠程通信，通信速度快、可靠性高、可視化效果好，完全滿足了監控系統的快速通信要求。 本課題的研究成果為工業控制領域提供了一個開放式、全分布、可互操作性的通信控制平臺，為提高煤礦井下設備的遠程智能監控水平和安全操控系數提供了新的解決方法，為地面監控系統實現更大規模、更深層次地對井下電氣設備的集中控制、分散管理奠定了理論和實踐基礎。
上傳時間： 2013-06-25
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生物識別技術代表了未來身份驗證技術的發展方向，而指紋識別技術又是最可靠、最有效的生物識別技術之一。目前，指紋識別技術是優于其它生物識別技術的身份鑒別方法。這是因為人的指紋各不相同、終生基本不變的特點已經得到公認，特別是現有的指紋識別算法已達到識別迅速、準確可靠的水平，是完全可以商業化的生物識別技術。 傳統的指紋識別系統多是基于PC平臺，這種系統將指紋圖像處理和指紋匹配甚至指紋采集控制都放在PC平臺上，在獲得了較高速度和開發效率的同時，缺點也是顯而易見的，其體積龐大，成本較高。而已有的嵌入式指紋識別系統多是基于單片機和DSP的，不是在運算速度上受到硬件限制，就是在系統的擴展性、可維護性及用戶交互上有諸多不足。 近年來指紋識別應用的普及對自動指紋識別系統的便攜性和易用性提出了更高的要求，指紋識別技術正向著小型化和嵌入式的方向發展。在微電子領域，以ARM、DSP、FPGA為代表的嵌入式微處理器的性能飛速提高，為構建嵌入式系統提供了硬件保證。 ARM是當前最為流行的32位RISC處理器架構，目前ARM占RISC處理器市場的七成左右。三星公司的S3C2410是基于ARM920T內核的通用32位微處理器，它具有高性能和低功耗的特性，被設計用于手持設備和通用嵌入式系統。 嵌入式系統對操作系統和其上運行的軟件有特別的要求。針對本課題所采用的ARM硬件平臺，詳細介紹了嵌入式操作系統Arm-Linux的移植。分別說明了交叉編譯工具鏈的安裝、引導裝載器的移植和Linux內核的裁減和交叉編譯過程。為了運行應用程序，還介紹了文件系統的構建。 指紋識別系統需要指紋采集設備。FPS200是Veridicom公司推出的第三代半導體指紋傳感器，是一款專為嵌入式系統設計的高性能、低成本、低功耗的電容式固態指紋傳感器。本文詳細闡述了基于FPS200的USB接口指紋采集卡的設計與實現。 指紋圖像處理與匹配是整個系統的重要環節，論文介紹了圖像處理與匹配的一般概念，并提出了新的指紋匹配方法。指紋匹配是自動指紋識別中的一個難點。現有的指紋匹配方法大致可以歸結為圖形匹配和人工神經網絡匹配兩大類，本文提出的基于線段的特征點匹配算法屬于圖形匹配。 嵌入式系統需要完善的軟件支持。隨著嵌入式技術的飛速發展，用戶交互界面也由傳統的字符界面向圖形界面轉變，圖形用戶界面系統得到了長足的發展。MiniGUI 是一個非常適合于工業控制實時系統以及嵌入式系統的可定制的、小巧的圖形用戶界面支持系統。本文介紹了基于MiniGUI的可視化指紋識別軟件設計。 綜上所述，本文針對特定硬件條件，構建了定制的嵌入式操作系統；設計了支持USB數據傳輸的指紋采集卡；指紋圖像的濾波、提取特征和指紋特征匹配均針對嵌入式系統的實際情況進行了優化；利用MiniGUI圖形支持庫完成了界面美觀友好的可視化指紋識別程序。系統具有安全可靠、易于擴展、性價比高等優點。
上傳時間： 2013-08-02
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嵌入式系統的開發已成為新的行業熱點，將嵌入式應用于工業控制類產品中，并開發出優秀的人機交互界面，是嵌入式發展的趨勢，擁有廣闊的市場前景。近年來的市場需求顯示越來越多的嵌入式系統包括PDA、機頂盒、DVD/VCD播放機、WAP手機等均要求提供一個方便簡潔的可視化操作界面，而這些都要求有一個高性能穩定可靠的GUI(GraphicalUser Interface)來提供支持。友好的圖形人機界面為嵌入式系統的人機交互提供豐富的圖形圖像信息、直觀的表達方式。嵌入式GUI作為人機界面的軟件系統，具有簡潔、美觀、方便好用且更具人性化的特點，采用嵌入式GUI進行人機界面設計能夠提高設備開發效率、節省維護成本、豐富人機交互信息，因而，已經被越來越多的領域所采用。 本文研究設計了一種基于ARM微處理器和嵌入式實時操作系統的嵌入式GUI應用平臺的方案。以SmartARM2200開發板為硬件平臺(基于PHILIP公司的微處理LPC2210)，在ADS1.2集成開發環境下，首先對嵌入式實時操作系統μ/OS-Ⅱ的特點、移植條件、性能等方面進行應用研究，重點分析了μ/OS-Ⅱ的移植過程，給出了移植的思路，總結了移植過程中應注意的問題，提出了簡潔高效的移植方法；其次詳細講述了如何利用圖形用戶界面開發工具MiniGUI進行圖形用戶界面的開發，包括鼠標、鍵盤、菜單、繪圖等功能的實現。該嵌入式GUI應用平臺既可以滿足用戶對應用系統實時性和快速處理的要求，又能夠給用戶提供生動、直觀的圖形人機交互界面，具有廣泛的應用前景。
上傳時間： 2013-07-06
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隨著圖像處理技術和投影技術的不斷發展，人們對高沉浸感的虛擬現實場景提出了更高的要求，這種虛擬顯示的場景往往由多通道的投影儀器同時在屏幕上投影出多幅高清晰的圖像，再把這些單獨的圖像拼接在一起組成一幅大場景的圖像。而為了給人以逼真的效果，投影的屏幕往往被設計為柱面屏幕，甚至是球面屏幕。當圖像投影在柱面屏幕的時候就會發生幾何形狀的變化，而避免這種幾何變形的就是圖像拼接過程中的幾何校正和邊緣融合技術。 一個大場景可視化系統由投影機、投影屏幕、圖像融合機等主要模塊組成。在虛擬現實應用系統中，要實現高臨感的多屏幕無縫拼接以及曲面組合顯示，顯示系統還需要運用幾何數字變形及邊緣融合等圖像處理技術，實現諸如在平面、柱面、球面等投影顯示面上顯示圖像。而關鍵設備在于圖像融合機，它實時采集圖形服務器，或者PC的圖像信號，通過圖像處理模塊對圖像信息進行幾何校正和邊緣融合，在處理完成后再送到顯示設備。 本課題提出了一種基于FPGA技術的圖像處理系統。該系統實現圖像數據的AiD采集、圖像數據在SRAM以及SDRAM中的存取、圖像在FPGA內部的DSP運算以及圖像數據的D/A輸出。系統設計的核心部分在于系統的控制以及數字信號的處理。本課題采用XilinxVirtex4系列FPGA作為主處理芯片，并利用VerilogHDL硬件描述語言在FPGA內部設計了A/D模塊、D/A模塊、SRAM、SDRAM以及ARM處理器的控制器邏輯。 本課題在FPGA圖像處理系統中設計了一個ARM處理器模塊，用于上電時對系統在圖像變化處理時所需參數進行傳遞，并能實時從上位機更新參數。該設計在提高了系統性能的同時也便于系統擴展。 本文首先介紹了圖像處理過程中的幾何變化和圖像融合的算法，接著提出了系統的設計方案及模塊劃分，然后圍繞FPGA的設計介紹了SDRAM控制器的設計方法，最后介紹了ARM處理器的接口及外圍電路的設計。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著信息技術的發展，數字信號的采集與處理在科學研究、工業生產、航空航天、醫療衛生等部門得到越來越廣泛的應用，這些應用中對數字信號的傳輸速度提出了比較高的要求。傳統的基于ISA總線的信號傳輸效率低，嚴重制約著系統性能的提高。 PCI總線以其高性能、低成本、開放性、軟件兼容性等眾多優點成為當今最流行的計算機局部總線。但是，由于PCI總線硬件接口復雜、不易于接入、協議規范比較繁瑣等缺點，常常需要專用的接口芯片作為橋接，為了解決這一系列問題，本文提出了一種基于FPGA的PCI總線接口橋接邏輯的實現方案，支持PCI突發訪問方式，突發長度為8至128個雙字長度，核心FPGA芯片采用ALTERA公司的CYCLONE FPGA系列的EP1C6Q240C8，容量為6000個邏輯宏單元，速度為-8，編譯后系統速度可以達到80MHz，取得了良好的效果。 基于FPGA的PCI總線接口橋接邏輯的核心是PCI接口模塊。在硬件方面，特別討論了PCI接口模塊、地址轉換模塊、數據緩沖模塊、外部接口模塊和SRAM DMA控制模塊等五個功能模塊的設計方案和硬件電路實現方法，著重分析了PCI接口模塊的數據傳輸方式，采用模塊化的方法設計了內部控制邏輯，并進行了相關的時序仿真和邏輯驗證，硬件需要軟件的配合才能實現其功能，因此設備驅動程序的設計是一個重要部分，論文研究了Windows XP體系結構下的WDM驅動模式的組成、開發設備驅動程序的工具以及開發系統實際硬件的設備驅動程序時的一些關鍵技術。 本文最后利用基于FPGA的PCI總線接口橋接邏輯中的關鍵技術，對PCI數據采集卡進行了整體方案的設計。該系統采用Altera公司的cyclone Ⅱ系列FPGA實現。
上傳時間： 2013-05-22
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當今電子系統的設計是以大規模FPGA為物理載體的系統芯片的設計，基于FPGA的片上系統可稱為可編程片上系統(SOPC)。SOPC的設計是以知識產權核(IPCore)為基礎，以硬件描述語言為主要設計手段，借助以計算機為平臺的EDA工具進行的。 本文在介紹了FPGA與SOPC相關技術的基礎上，給出了SOPC技術開發調制解調器的方案。在分析設計軟件Matlab/DSP(Digital Signal Processing)。builder以及Quartus Ⅱ開發軟件進行SOPC(System On a Programmable Chip)設計流程后，依據調制解調算法提出了一種基于DSP Builder調制解調器的SOPC實現方案，模塊化的設計方法大大縮短了調制解調器的開發周期。 在SOPC技術開發調制解調器的過程中，用MATLAB/Simulink的圖形方式調用Altera DSP Builder和其他Simulink庫中的圖形模塊(Block)進行系統建模，在Simulink中仿真通過后，利用DSP Builder將Simulink的模型文件(．mdl)轉化成通用的硬件描述語言VHDL文件，從而避免了VHDL語言手動編寫系統的煩瑣過程，將精力集中于算法的優化上。 基于DSP Builder的開發功能，調制解調器電路中的低通濾波器可直接調用FIRIP Core，進一步提高了開發效率。 在進行編譯、仿真調試成功后，經過QuartusⅡ將編譯生成的編程文件下載到ALTERA公司Cyclone Ⅱ系列的FPGA芯片EP2C5F256C6，完成器件編程，從而給出了一種調制解調器的SOPC系統實現方案。
上傳時間： 2013-05-28
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測試儀廣泛應用于國民經濟和國防建設的各個領域，是科研和生產不可或缺的重要裝備之一。其工作原理是由信號發生裝置向被測對象發送激勵信號，同時由信號采集與處理裝置通過傳感器采集被測對象的響應信號，并送到上位機進行數據分析和處理。本文研究采用靈活的現場可編程邏輯陣列FPGA為核心，協調整個儀器的運轉，并采用先進的USB總線技術，將信號發生、信號采集與處理有機地集成為一體的多功能測試儀。 本文的第一章介紹了測試儀及其研究應用現狀，根據儀器的成本、便攜性和通用性要求不斷提高的發展趨勢，提出了本課題的研究任務和關鍵技術； 第二章從硬件和軟件兩個方面討論了測試儀的總體設計方案，并且分別詳述了電源模塊、USB模塊、FPGA模塊、DSP模塊、A/D模塊、D/A模塊這六個功能模塊的硬件設計； 第三章討論了USB模塊相關的軟件設計，其中包含USB固件設計、驅動程序設計和客戶應用程序設計三個方面的內容，詳細論述了各部分軟件的架構和主要功能模塊的實現。 第四章討論了主控器FPGA的設計，是本文的核心部分。先從總體上介紹了FPGA的設計方案，然后從MCU模塊、信號采集模塊、信號發生模塊三部分具體描述了其實現方式。軟件設計上采用了模塊化的設計思想，使得結構清晰，可讀性強，易于進一步開發；并且靈活的使用了有限狀態機，大大提高了程序的穩定性和運行效率。 第五章介紹了DSP模塊的設計，討論了波形生成的原理及實現，并提出了與FPGA接口的方式。 第六章詳細描述了實驗的步驟和結果，分別從單通道采樣和多通道采樣兩方面實驗，驗證了儀器的性能和設計的可行性。
上傳時間： 2013-06-25
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隨著信號處理技術的進步和電子技術的發展，雷達信號偵察接收機逐漸從模擬體制向數字體制轉變。軟件無線電概念的提出，促使雷達偵察接收機朝大帶寬、全截獲方向發展，現有的串行信號處理體制已經很難滿足系統要求。FPGA器件的出現，為實現寬帶雷達信號偵察數字接收機提供了硬件支持。 本文結合FPGA芯片特點，在前人研究基礎上，從算法和硬件實現兩方面，對雷達信號偵察數字接收機若干關鍵技術進行了研究和創新，主要研究內容包括以下幾個方面。 1)給出了基于QuartusII/Matlab和ISE/ModelSim/Matlab的兩種FPGA設計聯合仿真技術。這種聯合仿真技術，大大提高了基于FPGA的雷達信號偵察數字接收機的設計效率。 2)給出了一種基于FFT/IFFT的寬帶數字正交變換算法，并將該算法在FPGA中進行了硬件實現，設計可對600MHz帶寬內的輸入信號進行實時正交變換。 3)提出了一種全并行結構FFT的FPGA實現方案，并將其在FPGA芯片中進行了硬件實現，設計能夠在一個時鐘周期內完成32點并行FFT運算，滿足了數字信道化接收機對數據處理速度的要求。 4)提出了一種自相關信號檢測FPGA實現方案，通過改變FIFO長度改變自相關運算點數，實現了弱信號檢測。提出通過二次門限處理來消除檢測脈沖中的毛刺和凹陷，降低了虛警概率，提高了檢測結果的可靠性。 5)在單通道自相關信號檢測算法基礎上，提出采用三路并行檢測，每路采用不同的相關點數和檢測門限，再綜合考慮三路檢測結果，得到最終檢測結果。給出了算法FPGA實現過程，并對設計進行了聯合時序仿真，提高了檢測性能。 6)給出了一種利用FFT變換后的兩根最大譜線進行插值的快速高精度頻率估計方法，并將該算法在FPGA硬件中進行了實現。通過利用FFT運算后的實/虛部最大值進行插值，降低了硬件資源消耗、縮短了運算延遲。 7)結合4)、5)、6)中的研究成果，完成了對雷達脈沖信號到達時間、終止時間、脈沖寬度和脈沖頻率的估計，最終在一塊FPGA芯片內實現了一個精簡的雷達信號偵察數字接收機，并在微波暗室中進行了測試。
上傳時間： 2013-06-13
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安規方面 X電容與Y電容的設計與計算方法
上傳時間： 2013-05-31
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