雷達信號處理是雷達系統的重要組成部分。在數字信號處理技術飛速發展的今天，雷達信號處理中也普遍使用數字信號處理技術。而現場可編程門陣列(FPGA)在數字信號處理中的廣泛應用，使得FPGA在雷達信號處理中也占據了重要地位。 針對雷達信號處理的設計與實現，本文在以下兩個方面展開研究： 一方面以線性調頻信號(LFM)為例，分別對幾種基本的雷達信號處理，如正交相干檢波、脈沖壓縮、動目標顯示(MTI)/動目標檢測(MTD)和恒虛警(CFAR)詳細地闡述了其原理，在此基礎上給出了其經常采用的實現方法，并在MATLAB環境中對各個環節進行了參數化仿真，詳盡地給出了各環節的仿真波形圖。針對仿真結果，直觀形象地說明了不同實現方法的優劣。 另一方面結合MATLAB仿真結果，給出利用FPGA實現雷達信號處理的方案。在Xilinx ISE6.3i軟件集成環境下，通過對Xilinx提供的IP核的調用，并與VHDL語言相結合，完成雷達信號處理的FPGA實現。
上傳時間： 2013-06-08
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基于FPGA的智能小車系統就是本地計算機通過接入Internet小車實現對遠端工作現場、危險工作地段等特殊環境進行監視和控制的系統。智能小車是智能行走機器人的一種，這種智能小車可以適應不同環境，不受溫度、濕度、空間、磁場輻射、重力等條件的影響，可以在人類無法進入或生存的環境中完成人類無法完成的探測任務。適用于國防及民用多個領域。整個系統以遙控小車裝置為基礎，通過配置在上面的攝像頭實現圖像的采集及對行車道的檢測，通過配置的紅外測溫儀探測環境和目標的溫度，具有一定的智能性。其明顯的優點是可以通過網絡遠程控制小車運行及采集現場的溫度、圖像等相關信息，完成人類在特定條件下無法完成的工作。對人類的科學研究、探索未知領域、遠程監控等有著重要的意義。 論文在深入研究SOPC和嵌入式操作系統的基礎上，提出了基于FPGA的智能小車遠程監控方案。采用FPGA來實現，可以充分利用現有的IP核，功能擴展容易，設計開發成本低，上市時間快，修改方便，甚至可以遠程重構系統。與單片機相比，集成度高，可靠性好，調試和維護方便。 論文主要內容包括以下幾個部分：在對智能小車功能分析的基礎上，設計了硬件系統，并在FPGA上構建了基于Nios Ⅱ的嵌入式系統，配置了SPI、串行口和以太網接口模塊和驅動程序，以及各種存儲器。移植了μClinux操作系統，配置嵌入式Web服務器，編寫CGI程序，設計了動態網頁；并對行車道檢測系統進行了研究，在DSP Builder中構建了該模塊，并在Matlab中進行了仿真。在研究數碼相機模塊和紅外測溫模塊的基礎上，編寫了圖像采集和溫度測量程序以及小車運動控制程序，并對系統進行了調試，初步達到通過Internet實現遠程監控的目的。
上傳時間： 2013-05-24
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單片微型計算機(單片機)是將微處理器CPU、程序存儲器、數據存儲器、定時/計數器、輸入/輸出并行接口等集成在一起。由于單片機具有專門為嵌入式系統設計的體系結構與指令系統，所以它最能滿足嵌入式系統的應用要求。Intel公司生產的MCS-51系列單片機是我國目前應用最廣的單片機之一。 隨著可編程邏輯器件設計技術的發展，每個邏輯器件中門電路的數量越來越多，一個邏輯器件就可以完成本來要由很多分立邏輯器件和存儲芯片完成的功能。這樣做減少了系統的功耗和成本，提高了性能和可靠性。FPGA就是目前最受歡迎的可編程邏輯器件之一。IP核是將一些在數字電路中常用但比較復雜的功能塊，設計成可修改參數的模塊，讓其他用戶可以直接調用這些模塊，這樣就大大減輕了工程師的負擔，避免重復勞動。隨著FPGA的規模越來越大，設計越來越復雜，使用IP核是一個發展趨勢。 本課題結合FPGA與8051單片機的優點，主要針對以下三個方面研究： (1)FPGA開發平臺的硬件實現選用Xilinx公司的XC3S500E-PQ208-4-C作為核心器件，采用Intel公司的EEPROM芯片2816A和SRAM芯片6116作為片內程序存儲器，搭建FPGA的硬件開發平臺。 (2)用VHDL語言實現8051IP核分析研究8051系列單片機內部各模塊結構以及各部分的連接關系，實現了基于FPGA的8051IP核。主要包括如下幾個模塊：CPU模塊、片內數據存儲器模塊、定時/計數器模塊、并行端口模塊、串行端口模塊、中斷處理模塊、同步復位模塊等。 (3)基于FPGA的8051IP核應用用所設計的8051IP核，實現了對一個4×4鍵盤的監測掃描、鍵盤確認、按鍵識別等應用。
上傳時間： 2013-06-21
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在工業控制領域，多種現場總線標準共存的局面從客觀上促進了工業以太網技術的迅速發展，國際上已經出現了HSE、Profinet、Modbus TCP/IP、Ethernet/IP、Ethernet Powerlink、EtherCAT等多種工業以太網協議。將傳統的商用以太網應用于工業控制系統的現場設備層的最大障礙是以太網的非實時性，而實現現場設備間的高精度時鐘同步是保證以太網高實時性的前提和基礎。 IEEE 1588定義了一個能夠在測量和控制系統中實現高精度時鐘同步的協議——精確時間協議(Precision Time Protocol)。PTP協議集成了網絡通訊、局部計算和分布式對象等多項技術，適用于所有通過支持多播的局域網進行通訊的分布式系統，特別適合于以太網，但不局限于以太網。PTP協議能夠使異質系統中各類不同精確度、分辨率和穩定性的時鐘同步起來，占用最少的網絡和局部計算資源，在最好情況下能達到系統級的亞微級的同步精度。 基于PC機軟件的時鐘同步方法，如NTP協議，由于其實現機理的限制，其同步精度最好只能達到毫秒級；基于嵌入式軟件的時鐘同步方法，將時鐘同步模塊放在操作系統的驅動層，其同步精度能夠達到微秒級。現場設備間微秒級的同步精度雖然已經能滿足大多數工業控制系統對設備時鐘同步的要求，但是對于運動控制等需求高精度定時的系統來說，這仍然不夠。基于嵌入式軟件的時鐘同步方法受限于操作系統中斷響應延遲時間不一致、晶振頻率漂移等因素，很難達到亞微秒級的同步精度。 本文設計并實現了一種基于FPGA的時鐘同步方法，以IEEE 1588作為時鐘同步協議，以Ethernet作為底層通訊網絡，以嵌入式軟件形式實現TCP/IP通訊，以數字電路形式實現時鐘同步模塊。這種方法充分利用了FPGA的特點，通過準確捕獲報文時間戳和動態補償晶振頻率漂移等手段，相對于嵌入式軟件時鐘同步方法實現了更高精度的時鐘同步，并通過實驗驗證了在以集線器互連的10Mbps以太網上能夠達到亞微秒級的同步精度。
上傳時間： 2013-08-04
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數據采集系統是信號與信息處理系統中不可缺少的重要組成部分，同時也是軟件無線電系統中的核心模塊，在現代雷達系統以及無線基站系統中的應用越來越廣泛。為了能夠滿足目前對軟件無線電接收機自適應性及靈活性的要求，并充分體現在高性能FPGA平臺上設計SOC系統的思路，本文提出了由高速高精度A/D轉換芯片、高性能FPGA、PCI總線接口、DB25并行接口組成的高速數據采集系統設計方案及實現方法。其中FPGA作為本系統的控制核心和傳輸橋梁，發揮了極其重要的作用。通過FPGA不僅完成了系統中全部數字電路部分的設計，并且使系統具有了較高的可適應性、可擴展性和可調試性。 在時序數字邏輯設計上，充分利用FPGA中豐富的時序資源，如鎖相環PLL、觸發器，緩沖器FIFO、計數器等，能夠方便的完成對系統輸入輸出時鐘的精確控制以及根據系統需要對各處時序延時進行修正。 在存儲器設計上，采用FPGA片內存儲器。可根據系統需要隨時進行設置，并且能夠方便的完成數據格式的合并、拆分以及數據傳輸率的調整。 在傳輸接口設計上，采用并行接口和PCI總線接口的兩種數據傳輸模式。通過FPGA中的宏功能模塊和IP資源實現了對這兩種接口的邏輯控制，可使系統方便的在兩種傳輸模式下進行切換。 在系統工作過程控制上，通過VB程序編寫了應用于PC端的上層控制軟件。并通過并行接口實現了PC和FPGA之間的交互，從而能夠方便的在PC機上完成對系統工作過程的控制和工作模式的選擇。 在系統調試方面，充分利用QuartuslI軟件中自帶的嵌入式邏輯分析儀SignalTaplI，實時準確的驗證了在系統整個傳輸過程中數據的正確性和時序性，并極大的降低了用常規儀器觀測FPGA中眾多待測引腳的難度。 本文第四章針對FPGA中各功能模塊的邏輯設計進行了詳細分析，并對每個模塊都給出了精確的仿真結果。同時，文中還在其它章節詳細介紹了系統的硬件電路設計、并行接口設計、PCI接口設計、PC端控制軟件設計以及用于調試過程中的SignalTapⅡ嵌入式邏輯分析儀的使用方法，并且也對系統的仿真結果和測試結果給出了分析及討論。最后還附上了系統的PCB版圖、FPGA邏輯設計圖、實物圖及注釋詳細的相關源程序清單。
上傳時間： 2013-07-09
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本文的主要研究內容是利用FPGA平臺實現以太網絡接口。 首先，對論文的大致內容和組織結構做了簡要介紹，并且比較分析了目前比較流行的網絡接口實現的三種方法，并以此為基礎提出了本文中重點介紹的基于FPGA 的網絡接口實現方法。 其次，介紹采用以FPGA 做為主控芯片控制8019AS 網絡控制芯片來實現從網絡上接收數據幀的功能。FPGA 需要在上電時完成對于8019AS的初始化設置。在接收和發送數據報文時，對相應的寄存器進行控制和操作以完成網絡數據幀的接收。對FPGA 與8019AS 之間的接口實現進行了詳細的描述。 最后，介紹了在FPGA 內部對于接收到的網絡數據幀進行TCP/IP協議分析的具體過程和實現方法。分別詳細介紹了接收模塊、發送模塊以及其中子模塊具體功能和實現方法。說明了模塊之間相互觸發的具體關系。現有的網絡接口一般是采用MCU 或者ARM 等專用控制芯片來實現的，而此次課題以FPGA 作為主控芯片來實現網絡接口以及部分TCP/IP 協議分析是一個創意。而且由于FPGA 多管腳可以靈活配置，也使得系統的可擴展性有了很大的提高。
上傳時間： 2013-06-09
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本文介紹了一個基于CPLD／FPGA的嵌入式IP核設計。論文在闡述可編程邏輯器件及其發展趨勢的基礎上，探討了知識產權復用理念，MCU的復雜化設計以及數字信號傳輸與處理的速度要求。結合國內外對CPLD／FPGA的使用現狀，引出了在CPLD／FPGA上開發嵌入式模塊程序的理念并提出了設計實現方法和設計實例。課題的設計目標為開發一個基于CPLD／FPGA的USBIP模塊，實現開發板與PC機之間的USB通信。設計過程首先進行硬件設計，在FPGA開發板上開發擴展板；其次用ISE開發軟件進行FPGA數字化設計；在軟件開發完成后，將配置生成的比特流文件通過JTAG電纜下載到FPGA開發板上，實現FPGA開發板與PC機之間的通信。 該設計具有很高的實用性，它進一步擴大了可編程芯片的領地，將復雜專有芯片擠向高端和超復雜應用；它使得IP資源復用理念得到更普遍的應用；為基于FPGA的嵌入式系統設計提供了廣闊的思路。
上傳時間： 2013-07-05
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本文探索了自主系統CPU設計方法和經驗，同時對80C51產品進行了必要的改進。 文章采用XILINX公司的Virtex-ⅡPro系列FPGA芯片，在相關EDA軟件平臺的支持下進行基于FPGA的8051芯片的設計。在已公開的8051源代碼的基礎上，對其中的程序存儲器、指令存儲器做了較大幅度的修改，增加了定時器、串行收發器的軟件編寫，VerilogHDL語句共6000余行(見附錄光盤)。在設計中筆者特別的注意了源代碼中組合邏輯循環的去除，時序設計中合理確定建立時間和保持時間，保證了工作頻率的提高(工作頻率由12MHz提高到約30MHz)，串行收發器的下載實驗驗證了該模塊頻率的提高。對設計高頻CPU提供了有益的借鑒。本文利用Modelsim進行了功能仿真和后仿真，利用Synplify進行了綜合，仿真和綜合結果達到了設計的預期要求，并為下載和組成系統作了準備工作(設計了外圍電路的PCB板圖)。
上傳時間： 2013-06-28
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隨著圖像處理和模式識別技術的進步，基于生物特征的識別技術成為蓬勃發展的高技術之一，根據IBG(InternationalBiometricGroup)組織對生物特征市場的統計和預測，該領域的收入的年增長率30-50％，到2008年，全球總收入將達到46.39億美元。而基于指紋特征的識別技術由于其獨特的可靠性，穩定性，方便快捷的特點，恰好符合了市場的需求。目前指紋識別技術是生物識別領域中應用最廣泛的識別技術，也是研究與應用的一個熱點。 SOPC片上可編程系統和嵌入式系統是當前電子設計領域中最熱門的概念。NiosⅡ是Altera公司開發的一種采用流水線技術、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入FPGA內部，與用戶自定義邏輯結合構成一個基于FPGA的片上系統。與嵌入式硬核相比較，嵌入式軟核具有更大的靈活性。而FPGA的高速性、恰恰滿足了指紋識別系統對速度的要求。 本文對指紋識別技術中各個環節的算法進行了較為深入的研究，結合NiosⅡ嵌入式處理器的特點，對算法進行了合理的選擇與優化，形成了一套完整的指紋識別算法，并提出了一種基于FPGA的指紋識別系統硬件設計方案。 論文的內容主要包括以下幾個方面： 1、對指紋圖像預處理、后處理和匹配算法進行了改進，提高了算法的性能；設計了一種適用于快速匹配的指紋特征數據結構；提出了一套基于特征點匹配的指紋識別算法。實驗結果表明該算法速度快、誤識率較低、可靠性較高，可以滿足實用的要求。 2、本著增加系統集成度、減小系統體積、提高便攜性、降低功耗和成本，同時提升系統的性能的原則，使用Altera公司提供的外圍設備IP核配合NiosⅡ處理器軟核搭建了一個單片嵌入式系統，然后以內嵌NiosⅡ軟核的FPGA和FPS200指紋采集器為核心芯片，外配片外RAM和Flash存儲器以及小鍵盤和LCD顯示屏等器件，設計了一個便攜式指紋識別系統，提出了一套基于FPGA的硬件設計方案。 3、利用NiosⅡ開發板對硬件設計方案進行了初步的驗證，實現了指紋采集芯片FPS200與FPGA的接口，并進行了算法的移植。 實驗結果表明本文所提出的系統設計方案是可行的。基于FPGA的自動指紋識別系統在速度、功耗、體積、擴展性方面有著獨特的優勢，具有廣闊的發展空間。最后提出了對這一設計繼續改進的思路和下一步研究的內容。
上傳時間： 2013-06-07
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軟件無線電是二十世紀九十年代提出的一種實現無線通信的體系結構，被認為是繼模擬通信、數字通信之后的第三代無線電通信技術。它的中心思想是：構造一個開放性、標準化、模塊化的通用硬件平臺，并使寬帶模數和數模轉換器盡可能靠近天線，從而將各種功能，如工作頻段、調制解調類型、數據格式、加密模式、通信協議等用軟件來完成。 本論文首先介紹了軟件無線電的基本原理和三種結構形式，綜述了軟件無線電的幾項關鍵技術及其最新研究進展。其中調制解調模塊是軟件無線電系統中的重要部分，集中體現了軟件無線電最顯著的優點——靈活性。目前這一部分的技術實現手段多種多樣。隨著近幾年來芯片制造工藝的飛速發展，可編程器件FPGA以其高速的處理性能、高容量和靈活的可重構能力，成為實現軟件無線電技術的重要手段。 本論文調制解調系統的設計，選擇有代表性的16QAM和QPSK兩種方式作為研究對象，采用SystemView軟件作為系統級開發工具進行集成化設計。在實現系統仿真和FPGA整體規劃后，著重分析用VHDL實現其中關鍵模塊以及利用嵌入FPGA的CPU核控制調制解調方式轉換的方法。同時，在設計中成功地調用了Xilinx公司的IP核，實現了設計復用。由于FPGA內部邏輯可以根據需要進行重構，因而硬件的調試和升級變得很容易，而內嵌CPU使信號處理過程可以用軟件進行控制，充分體現了軟件無線電的靈活性。 通過本論文的研究，初步驗證了在FPGA內實現數字調制解調過程及控制的技術可行性和應用的靈活性，并對將來的擴展問題進行了研究和討論，為實現完整的軟件無線電系統奠定了基礎。
上傳時間： 2013-06-10
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