便攜式B型超聲診斷儀具有無創(chuàng)傷、簡便易行、相對價廉等優(yōu)勢，在臨床中越來越得到廣泛的應(yīng)用。它將超聲波技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、機械設(shè)計與制造及生物醫(yī)學(xué)工程等技術(shù)融合在一起。開展該課題的研究對提高臨床診斷能力和促進我國醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。 便攜式B型超聲診斷儀由人機交互系統(tǒng)、探頭、成像系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)構(gòu)成。其基本工作過程是：首先人機交互系統(tǒng)接收到用戶通過鍵盤或鼠標發(fā)出的命令，然后成像系統(tǒng)根據(jù)命令控制探頭發(fā)射超聲波，并對回波信號處理、合成圖像，最后通過顯示系統(tǒng)完成圖像的顯示。 成像系統(tǒng)作為便攜式B型超聲診斷儀的核心對圖像質(zhì)量有決定性影響，但以前研制的便攜式B型超聲診斷儀的成像系統(tǒng)在三個方面存在不足：第一、采用的是單片機控制步進電機，控制精度不高，導(dǎo)致成像系統(tǒng)采樣不精確；第二、采用的數(shù)字掃描變換算法太粗糙，影響超聲圖像的分辨率；第三、它的CPU多采用的是51系列單片機，測量速度太慢，同時也不便于系統(tǒng)升級和擴展。 針對以上不足，提出了基于FPGA的B型超聲成像系統(tǒng)解決方案，采用Altera公司的EP2C5Q208C8芯片實現(xiàn)了步進電機步距角的細分，使電機旋轉(zhuǎn)更勻速，提高了采樣精度；提出并采用DSTI-ULA算法（Uniform Ladder Algorithm based on Double Sample and Trilinear Interotation）在FPGA內(nèi)實現(xiàn)數(shù)字掃描變換，提高了圖像分辨率；人機交互系統(tǒng)采用S3C2410-AL作為CPU，改善了測量速度和系統(tǒng)的擴展性。 通過對系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計、制作，軟件的編寫、調(diào)試，結(jié)果表明，本文所設(shè)計的便攜式B型超聲成像系統(tǒng)圖像分辨率高、測量速度快、體積小、操作方便。本文所設(shè)計的便攜式B型超聲診斷儀可在野外作業(yè)和搶險（諸如地震、抗洪）中發(fā)揮作用，同時也可在鄉(xiāng)村診所中完成對相關(guān)疾病的診斷工作。
上傳時間： 2013-05-18
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現(xiàn)代數(shù)字信號處理對實時性提出了很高的要求，當最快的數(shù)字信號處理器(DSP)仍無法達到速度要求時，唯一的選擇是增加處理器的數(shù)目，或采用客戶定制的門陣列產(chǎn)品。隨著可編程邏輯器件技術(shù)的發(fā)展，具有強大并行處理能力的現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)在成本、性能、體積等方面都顯示出了優(yōu)勢。本文以此為背景，研究了基于FPGA的快速傅立葉變換、數(shù)字濾波、相關(guān)運算等數(shù)字信號處理算法的高效實現(xiàn)。 首先，針對圖像聲納實時性的要求和FPGA片內(nèi)資源的限制，設(shè)計了級聯(lián)和并行遞歸兩種結(jié)構(gòu)的FFT處理器。文中詳細討論了利用流水線技術(shù)和并行處理技術(shù)提高FFT處理器運算速度的方法，并針對蝶形運算的特點提出了一些優(yōu)化和改進措施。 其次，分析了具有相同結(jié)構(gòu)的數(shù)字濾波和相關(guān)運算的特點，采用了有乘法器和無乘法器兩種結(jié)構(gòu)實現(xiàn)乘累加(MAC)運算。無乘法器結(jié)構(gòu)采用分布式算法(DA)，將乘法運算轉(zhuǎn)化為FPGA易于實現(xiàn)的查表和移位累加操作，顯著提高了運算效率。此外，還對相關(guān)運算的時域多MAC方法及頻域FFT方法進行了研究。 最后，完成了圖像聲納預(yù)處理模塊。在一片EP2S60上實現(xiàn)了對160路信號的接收、濾波、正交變換以及發(fā)送等處理。實驗表明，本論文所有算法均達到了設(shè)計要求。
標簽： FPGA 數(shù)字信號處理 算法研究
上傳時間： 2013-06-09
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隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)不斷的進步，SOC(System On a Chip)是未來IC產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究關(guān)注的重點。由于SOC設(shè)計的日趨復(fù)雜化，芯片的面積增大，芯片功能復(fù)雜程度增大，其設(shè)計驗證工作也愈加繁瑣。復(fù)雜ASIC設(shè)計功能驗證已經(jīng)成為整個設(shè)計中最大的瓶頸。 使用FPGA系統(tǒng)對ASIC設(shè)計進行功能驗證，就是利用FPGA器件實現(xiàn)用戶待驗證的IC設(shè)計。利用測試向量或通過真實目標系統(tǒng)產(chǎn)生激勵，驗證和測試芯片的邏輯功能。通過使用FPGA系統(tǒng)，可在ASIC設(shè)計的早期，驗證芯片設(shè)計功能，支持硬件、軟件及整個系統(tǒng)的并行開發(fā)，并能檢查硬件和軟件兼容性，同時還可在目標系統(tǒng)中同時測試系統(tǒng)中運行的實際軟件。FPGA仿真的突出優(yōu)點是速度快，能夠?qū)崟r仿真用戶設(shè)計所需的對各種輸入激勵。由于一些SOC驗證需要處理大量實時數(shù)據(jù)，而FPGA作為硬件系統(tǒng)，突出優(yōu)點是速度快，實時性好。可以將SOC軟件調(diào)試系統(tǒng)的開發(fā)和ASIC的開發(fā)同時進行。 此設(shè)計以ALTERA公司的FPGA為主體來構(gòu)建驗證系統(tǒng)硬件平臺，在FPGA中通過加入嵌入式軟核處理器NIOS II和定制的JTAG(Joint Test ActionGroup)邏輯來構(gòu)建與PC的調(diào)試驗證數(shù)據(jù)鏈路，并采用定制的JTAG邏輯產(chǎn)生測試向量，通過JTAG控制SOC目標系統(tǒng)，達到對SOC內(nèi)部和其他IP(IntellectualProperty)的在線測試與驗證。同時，該驗證平臺還可以支持SOC目標系統(tǒng)后續(xù)軟件的開發(fā)和調(diào)試。 本文介紹了芯片驗證系統(tǒng)，包括系統(tǒng)的性能、組成、功能以及系統(tǒng)的工作原理；搭建了基于JTAG和FPGA的嵌入式SOC驗證系統(tǒng)的硬件平臺，提出了驗證系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，重點對驗證系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈路的實現(xiàn)進行了闡述；詳細研究了嵌入式軟核處理器NIOS II系統(tǒng)，并將定制的JTAG邏輯與處理器NIOS II相結(jié)合，構(gòu)建出調(diào)試與驗證數(shù)據(jù)鏈路；根據(jù)芯片驗證的要求，設(shè)計出軟核處理器NIOS II系統(tǒng)與PC建立數(shù)據(jù)鏈路的軟件系統(tǒng)，并完成芯片在線測試與驗證。 本課題的整體任務(wù)主要是利用FPGA和定制的JTAG掃描鏈技術(shù)，完成對國產(chǎn)某型DSP芯片的驗證與測試，研究如何構(gòu)建一種通用的SOC芯片驗證平臺，解決SOC驗證系統(tǒng)的可重用性和驗證數(shù)據(jù)發(fā)送、傳輸、采集的實時性、準確性、可測性問題。本文在SOC驗證系統(tǒng)在芯片驗證與測試應(yīng)用研究領(lǐng)域，有較高的理論和實踐研究價值。
上傳時間： 2013-05-25
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為適應(yīng)組合導(dǎo)航計算機系統(tǒng)的微型化、高性能度的要求，拓寬導(dǎo)航計算機的應(yīng)用領(lǐng)域，本文設(shè)計出一種基于浮點型DSP(TMS320C6713)和可編程邏輯陣列器件(FPGA： EP1C12N240C8)協(xié)同合作的導(dǎo)航計算機系統(tǒng)。 論文在闡述了組合導(dǎo)航計算機的特點和應(yīng)用要求后，提出基于DSP和FPGA的組合導(dǎo)航計算機系統(tǒng)方案。該方案以DSP為導(dǎo)航解算處理器，由FPGA完成IMU信號的采集和緩存以及系統(tǒng)控制信號的整合；DSP通過EMIF接口實現(xiàn)和FPGA通信。在此基礎(chǔ)上研究了各擴展通信接口、系統(tǒng)硬件原理圖和PCB的開發(fā)，且在FPGA中使用調(diào)用IP核來實現(xiàn)FIR低通濾波數(shù)據(jù)處理機抖激光陀螺的機抖振動的影響。其次，詳細闡述了利用TI公司的DSP集成開發(fā)環(huán)境和DSP/BIOS準實時操作系統(tǒng)開發(fā)多任務(wù)系統(tǒng)軟件的具體方案。本文引入DSP/BIOS實時操作系統(tǒng)提供的多任務(wù)機制，將采集處理按照功能劃分四個相對獨立的任務(wù)，這些任務(wù)在DSP/BIOS的調(diào)度下，按照用戶指定的優(yōu)先級運行，大大提高系統(tǒng)的工作效率。最后給了DSP芯片Bootloader的制作方法。 導(dǎo)航計算機系統(tǒng)研制開發(fā)是軟、硬件研究緊密結(jié)合的過程。在微型導(dǎo)航計算機系統(tǒng)方案建立的基礎(chǔ)上，本文首先討論了系統(tǒng)硬件整體設(shè)計和軟件開發(fā)流程；其次針對導(dǎo)航計算機系統(tǒng)各個功能模塊以及多項關(guān)鍵技術(shù)進行了設(shè)計與開發(fā)工作，涉及系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信模塊、模擬信號采集模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊；最后，對導(dǎo)航計算機系統(tǒng)進行了聯(lián)合調(diào)試工作，并對各個模塊進行了詳細的功能測試與驗證，完成了微型導(dǎo)航計算機系統(tǒng)的制作。 以DSP/FPGA作為導(dǎo)航計算機硬件平臺的捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航實時數(shù)據(jù)系統(tǒng)能夠滿足系統(tǒng)所要求的高精度、實時性、穩(wěn)定性要求，適應(yīng)了其高性能、低成本、低功耗的發(fā)展方向。
標簽： FPGA DSP 導(dǎo)航計算機
上傳時間： 2013-04-24
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數(shù)字D類音頻放大器，也叫數(shù)字脈沖調(diào)制放大器，具有效率高，低電壓，低失真的特點，在低成本，高性能的消費類產(chǎn)品特別是便攜式設(shè)備中得到越來越廣泛的應(yīng)用。數(shù)字D類放大器包括數(shù)字脈沖寬度調(diào)制（PWM）和輸出級（含低通濾波器）兩個部分，數(shù)字PWM又包括兩個部分，采樣處理和脈沖產(chǎn)生。傳統(tǒng)的采樣處理算法運算復(fù)雜，硬件實現(xiàn)成本高，面積大，從而導(dǎo)致功耗也大，不適合當今向低功耗發(fā)展的趨勢。 本文在傳統(tǒng)算法的基礎(chǔ)上提出了一種新的算法，該算法不包括乘法或者除法這些計算復(fù)雜和非常消耗硬件資源的單元，只含加法和減法運算。在推導(dǎo)出該算法的傅立葉表達式后，在MATLAB的simulink中建立系統(tǒng)模型進行仿真以驗證算法的可行性，在輸入信號頻率為1kHZ，采樣頻率為48kHZ，電源電壓為10V，輸出負載為4Ω的條件下，得到的總諧波失真為0．12％，符合D類放大器的性能要求。本文還在基于Xilinx公司的Spartan-3系列FPGA的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了該算法的電路結(jié)構(gòu)，綜合結(jié)果表明，實現(xiàn)基于本文算法的數(shù)字D類音頻系統(tǒng)所需要的硬件資源大大減少，從而減少了功耗。 關(guān)鍵詞：D類放大器；脈沖寬度調(diào)制；采樣算法；數(shù)字音頻放大器；FPGA
上傳時間： 2013-07-19
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現(xiàn)代通信朝著全網(wǎng)IP化的進程逐步發(fā)展，越來越多的通信需要IP路由查找；同時光纖技術(shù)的發(fā)展，使得比特速率達到了20Gbps，路由技術(shù)成了整個通信系統(tǒng)的瓶頸，迫切需要一種具有高查找性能，低成本的路由算法，能夠適應(yīng)大規(guī)模應(yīng)用。 本文研究了一種高性能、低成本的路由算法。在四分支并行路由查找算法的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了雙分支并行，每個分支流水查找的16-8-8路由算法。該算法由三級表構(gòu)成，長度小于16的前綴通過擴展成為長度16的前綴存儲在第一級表中；長度小于24位的前綴通過擴展成為長度24的前綴存儲在前兩級表中；長度大于24的前綴則通過專門的存儲空間進行存儲。將IP路由的二維查找轉(zhuǎn)化為一維精確查找，每次查找最多訪問存儲器3次，就可以查得下一跳的路由信息。使用Verilog語言實現(xiàn)了本文提出的算法，并對算法進行了功能仿真。為了實現(xiàn)低成本，該算法采用了FPGA和SSRAM的硬件結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。 功能仿真表明本文設(shè)計的算法查找速度能適應(yīng)20Gbps的接口轉(zhuǎn)發(fā)速率。
上傳時間： 2013-04-24
上傳用戶：金宜
現(xiàn)代社會信息量爆炸式增長，由于網(wǎng)絡(luò)、多媒體等新技術(shù)的發(fā)展，用戶對帶寬和速度的需求快速增加。并行傳輸技術(shù)由于時鐘抖動和偏移，以及PCB布線的困難，使得傳輸速率的進一步提升面臨設(shè)計的極限；而高速串行通信技術(shù)憑借其帶寬大、抗干擾性強和接口簡單等優(yōu)勢，正迅速取代傳統(tǒng)的并行技術(shù)，成為業(yè)界的主流。 本論文針對目前比較流行并且有很大發(fā)展?jié)摿Φ膬煞N高速串行接口電路——高速鏈路口和Rocket I/O進行研究，并以Xilinx公司最新款的Virtex-5 FPGA為研究平臺進行仿真設(shè)計。本論文的主要工作是以某低成本相控陣雷達信號處理機為設(shè)計平臺，在其中的一塊信號處理板上，進行了基于LVDS(Low VoltageDifferential Signal)技術(shù)的高速LinkPort(鏈路口)設(shè)計和基于CML(Current ModeLogic)技術(shù)的Rocket I/O高速串行接口設(shè)計。首先在FPGA的軟件中進行程序設(shè)計和功能、時序的仿真，當仿真驗證通過之后，重點是在硬件平臺上進行調(diào)試。硬件調(diào)試驗證的方法是將DSP TS201的鏈路口功能與在FPGA中的模擬高速鏈路口相連接，進行數(shù)據(jù)的互相傳送，接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)相同，證明了高速鏈路口設(shè)計的正確性。并且在硬件調(diào)試時對Rocket IO GTP收發(fā)器進行回環(huán)設(shè)計，經(jīng)過回環(huán)之后接收到的數(shù)據(jù)與發(fā)送的數(shù)據(jù)相同，證明了Rocket I/O高速串行接口設(shè)計的正確性。
上傳時間： 2013-04-24
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無線局域網(wǎng)(WLAN)是未來移動通信系統(tǒng)的重要組成部分。由于擺脫了有線連接的束縛，無線局域網(wǎng)具有移動性好、成本低以及網(wǎng)絡(luò)傳輸故障少等諸多優(yōu)點，得到了越來越廣泛的發(fā)展與應(yīng)用。正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)具有抗多徑衰落，頻譜利用率高等優(yōu)點，特別適合于無線環(huán)境下的高速數(shù)據(jù)傳輸，是高速無線局域網(wǎng)的首選技術(shù)之一。從IEEE802.11a，IEEE802.11g到IEEE802.1n都是以O(shè)FDM為基礎(chǔ)。隨著OFDM技術(shù)的普及以及下一代通信技術(shù)對OFDM的青睞，研究與實現(xiàn)應(yīng)用于無線局域網(wǎng)的OFDM關(guān)鍵技術(shù)具有一定的意義。 本文首先介紹了WLAN的基本概念及相關(guān)協(xié)議標準和OFDM系統(tǒng)的工作原理，并描述了基于IEEE802，11a和IEEE802.11n標準的OFDM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)參數(shù)。文中對OFDM傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵算法進行了詳細的研究。然后以Xilinx公司的ISE10.1為軟件平臺，利用VHDL描述的方式，并以FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)芯片SPARTAN-3E為硬件平臺，研究實現(xiàn)了適用于IEEE802.11a和IEEE802.11n的64點16bits復(fù)數(shù)塊浮點結(jié)構(gòu)的FFT模塊，(2，1，7)卷積編碼和維特比譯碼模塊，以及分組檢測和符號定時模塊，并進行了仿真、綜合、下載驗證等工作。
標簽： OFDM FPGA 無線局域網(wǎng)
上傳時間： 2013-06-25
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Scaler是平板顯示器件(FPD，F(xiàn)lat Panel Display)中的重要組成部分，它將輸入源圖像信號轉(zhuǎn)換成與顯示屏固定分辨率一致的信號，并控制其顯示在顯示屏上。本文在研究圖像縮放算法和scaler在FPD中工作過程的基礎(chǔ)上，采用自上而下(Top-down)的設(shè)計方法，給出了scaler的設(shè)計及FPGA驗證。該scaler支持不同分辨率圖像的縮放，且縮放模式可調(diào)，也可以以IP core的形式應(yīng)用于相關(guān)圖像處理芯片中。 圖像縮放內(nèi)核是scaler的核心部分，它是scaler中的主要運算單元，完成圖像縮放的基本功能，它所采用的核心算法以及所使用的結(jié)構(gòu)設(shè)計決定著縮放性能的優(yōu)劣，也是控制芯片成本的關(guān)鍵。因此，本文從縮放內(nèi)核的結(jié)構(gòu)入手，對scaler的總體結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計；通過對圖像縮放中常用算法的深入研究提出了一種新的優(yōu)化算法——矩形窗縮放算法，并對其計算進行分析和簡化，降低了計算的復(fù)雜度。FPGA設(shè)計中，采用列縮放與行縮放分開處理的結(jié)構(gòu)，使用雙口RAM作為兩次縮放間的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。使用這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于：行列縮放可以同時進行，數(shù)據(jù)處理的可靠性高、速度快：內(nèi)核結(jié)構(gòu)簡單明了,數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大小合適，便于設(shè)計。此外，本文還介紹了其他輔助模塊的設(shè)計，包括DVI接口信號處理模塊、縮放參數(shù)計算與控制模塊以及輸出信號檢測與時序濾波模塊。 本設(shè)計使用Verilog HDL對各模塊進行了RTL級描述，并使用Quartus II7.2進行了邏輯仿真，最后使用Altera公司的FPGA芯片來進行驗證。通過邏輯驗證和系統(tǒng)仿真，證明該scaler的設(shè)計達到了預(yù)期的目標。對于不同分辨率的圖像，均可以在顯示屏上得到穩(wěn)定的顯示。
上傳時間： 2013-05-30
上傳用戶：xiaowei314
溫濕度是影響糧食儲藏的重要參數(shù)，兩者之間是相互關(guān)聯(lián)的，溫濕度控制不好必然引起糧食發(fā)熱和霉變，且極易產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，從而造成難以挽回的損失。溫濕度的控制直接影響到糧食存儲系統(tǒng)的性能。岡此，糧食溫濕度測控技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用是十分重要的。本文研究基于FPGA的糧倉溫濕度監(jiān)制系統(tǒng)。 設(shè)計了基于FPGA的糧倉溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由溫濕度傳感器、控制電路、單片機和上位機構(gòu)成。單片機主要完成溫度數(shù)據(jù)的采集和上位機的通訊；控制電路基于FPGA進行設(shè)計，主要負責(zé)采集濕度信息，計算溫濕度偏差及其變化率，通過調(diào)用模糊控制算法對溫濕度進行模糊控制，單片機通過RS485總線和上位機進行串口通信，使上位機能夠?qū)崟r記錄，顯示溫濕度變化值和控制過程曲線。該系統(tǒng)實現(xiàn)了糧倉內(nèi)溫濕度的實時監(jiān)測，使管理人員可以實時掌控糧倉內(nèi)的溫濕度情況。 采用FPGA設(shè)計控制電路簡化了系統(tǒng)的組成和外圍數(shù)字電路，易于系統(tǒng)擴展和升級，內(nèi)部集成了信號處理、控制、檢測電路，減少了系統(tǒng)的體積，縮短了開發(fā)周期，大大增強了系統(tǒng)的可靠性；配合功率驅(qū)動、電源等外圍電路，完成信號采集、處理和控制等功能，節(jié)省了開發(fā)成本，使糧倉溫濕度控制系統(tǒng)更加集成化。這也恰恰更加符合當今電子產(chǎn)品高精度，集成化的要求。 系統(tǒng)采用直接輸出數(shù)字量的DS1820溫度傳感器和濕度傳感器HS1101并將HS1101與555定時器組成振蕩電路，其輸出為頻率脈沖信號，與濕度值成線性關(guān)系，該頻率脈沖信號可直接送入FPGA進行計數(shù)，這樣溫濕度傳感器輸出的信號都沒有經(jīng)過放大、A/D轉(zhuǎn)換，進一步減少了測量誤差。控制電路采用了VHDL硬件描述語言進行編寫。本裝置已作出實樣，通過了調(diào)試，已達到預(yù)期效果。
上傳時間： 2013-06-16
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