隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)和視頻技術(shù)的廣泛發(fā)展,數(shù)字圖像采集在電子通信與信息處理領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,例如廣播電視的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)視頻、監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)等. 視頻圖像采集卡作為計(jì)算機(jī)視頻應(yīng)用的前端設(shè)備,承擔(dān)著模擬視頻信號向數(shù)字視頻信號轉(zhuǎn)換的任務(wù),在多媒體時代占據(jù)著重要的位置.設(shè)計(jì)一種功能靈活,使用方便,便于嵌入到系統(tǒng)中的視頻信號采集電路具有重要的實(shí)用意義. 本文首先介紹數(shù)字圖像采集系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和前景,提出了本次設(shè)計(jì)的目標(biāo): 完成基于PCI總線的高分辨率圖像采集卡設(shè)計(jì).然后簡單介紹了本次設(shè)計(jì)用到的基本理論:數(shù)據(jù)采集理論,特別說明了采樣和量化的定義與區(qū)別,以及量化的幾種方式和量化與AD技術(shù)之間的關(guān)系. 圖像采集系統(tǒng)的基本構(gòu)成,是以數(shù)字信號處理器為核心,控制外圍的A/D、D/A轉(zhuǎn)換器和外圍存儲器.本文對比了當(dāng)下流行的DSP芯片和IFPGA芯片作為數(shù)字處理核心的優(yōu)缺點(diǎn),并根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際需要,選用FPGA作為數(shù)字信號處理器.然后列舉了幾款常用A/D視頻芯片,還介紹了SDRAM控制的基本流程,最后提出了系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案. 圖像采集卡的硬件設(shè)計(jì)分為A/D前端模擬通道設(shè)計(jì)和FPGA數(shù)字信號傳輸及外圍電路設(shè)計(jì).本文重點(diǎn)介紹了A/D芯片外圍電路連接和使用方法,對PCI總線和它的控制電路也做了詳細(xì)闡述.對圖像采集卡的PCB布局布線也有詳細(xì)說明. 圖像采集卡FPGA內(nèi)部程序構(gòu)成也是本文的一個重點(diǎn).本次的程序設(shè)計(jì)主要分為數(shù)據(jù)采集模塊,即與A/D接口模塊,數(shù)據(jù)暫存模塊,即SDRAM讀寫控制模塊,數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊,即PCI控制模塊.重點(diǎn)在于對的SDRAM的連續(xù)讀寫控制和各個模塊間的協(xié)調(diào)工作.說明了.A/D采集數(shù)據(jù)從接收到存儲詳細(xì)過程,以及對SDRAM讀寫狀態(tài)機(jī)和PCI總線的操控. 最后介紹了硬件調(diào)試和FPGA程序驗(yàn)證結(jié)果.詳細(xì)說明了以Modelsim為平臺的前端功能仿真和后端時序仿真,以及以SignalTapⅡ?yàn)槠脚_,程序下載到FPGA中進(jìn)行的實(shí)時驗(yàn)證.結(jié)果表明整個圖像采集系統(tǒng)基本達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所給出的性能指標(biāo),證明了整個系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性和合理性.
上傳時間： 2013-04-24
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數(shù)字存儲示波器（DSO）上世紀(jì)八十年代開始出現(xiàn)，由于當(dāng)時它的帶寬和分辨率較低，實(shí)時性較差，沒有具備模擬示波器的某些特點(diǎn)，因此并沒有受到人們的重視。隨著數(shù)字電路、大規(guī)模集成電路及微處理器技術(shù)的發(fā)展，尤其是高速模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器及半導(dǎo)體存儲器（RAM）的發(fā)展，數(shù)字存儲示波器的采樣速率和實(shí)時性能得到了很大的提高，在工程測量中，越來越多的工程師用DSO來替代模擬示波器。 本文介紹了一款雙通道采樣速率達(dá)1GHz，分辨率為8Bits，實(shí)時帶寬為200MHz數(shù)字存儲示波器的研制。通過對具體功能和技術(shù)指標(biāo)的分析，提出了FPGA＋ARM架構(gòu)的技術(shù)方案。然后，本文分模塊詳細(xì)敘述了整機(jī)系統(tǒng)中部分模塊，包括前端高速A/D轉(zhuǎn)換器和FPGA的硬件模塊設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)處理模塊軟件的設(shè)計(jì)，以及DSO的GPIB擴(kuò)展接口邏輯模塊的設(shè)計(jì)。 本文在分析了傳統(tǒng)DSO架構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)方案。在高速A/D選擇上，國家半導(dǎo)體公司2005年推出的雙通道采樣速率達(dá)500MHz高速A/D轉(zhuǎn)換器芯片ADC08D500，利用其雙邊沿采樣模式（DES）實(shí)現(xiàn)對單通道1GHz的采樣速率，并且用Xilinx公司Spraten-3E系列FPGA作為數(shù)據(jù)緩沖單元和存儲單元，提高了系統(tǒng)的集成度和穩(wěn)定性。其中，F(xiàn)PGA緩沖單元完成對不同時基情況下多通道數(shù)據(jù)的抽取，處理單元完成對數(shù)據(jù)正弦內(nèi)插的計(jì)算，而DSO中其余數(shù)據(jù)處理功能包括數(shù)字濾波和FFT設(shè)計(jì)在后端的ARM內(nèi)完成。DSO中常用的GPIB接口放在FPGA內(nèi)集成，不僅充分利用了FPGA內(nèi)豐富的邏輯資源，而且降低了整機(jī)成本，也減少了電路規(guī)模。 最后，利用ChipscopePro工具對采樣系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，并分析了數(shù)據(jù)中的壞數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原因，提出了解決方案, 并給出了FPGA接收高速A/D的正確數(shù)據(jù)。
標(biāo)簽： FPGA 高速實(shí)時數(shù) 字存儲 示波器
上傳時間： 2013-07-07
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隨著電子科學(xué)、圖像傳輸處理技術(shù)與理論的迅速發(fā)展，機(jī)器人視頻監(jiān)控技術(shù)的實(shí)際研究與應(yīng)用曰益得到重視，并不斷地在許多領(lǐng)域取得驕人的成果。特別是近年來，機(jī)器人視頻監(jiān)控技術(shù)已成為高技術(shù)領(lǐng)域一個重要的研究課題。 本論文詳細(xì)介紹了一種機(jī)器人視頻監(jiān)視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了具有前端視頻采集、圖像傳輸處理功能的FPGA系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用Altera公司的FPGA芯片作為中央處理器，由視頻采集模塊、異步FIFO模塊、I
標(biāo)簽： FPGA 機(jī)器人 視頻監(jiān)視系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-21
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DVB-S(Digital Video Broadcasting bv Satellite)調(diào)制器是符合DVB-S協(xié)議的數(shù)字電視前端設(shè)備之一，也滿足我國數(shù)字電視衛(wèi)星廣播標(biāo)準(zhǔn)，該設(shè)備可以廣泛應(yīng)用于數(shù)字電視衛(wèi)星業(yè)務(wù)和相關(guān)數(shù)字電視業(yè)務(wù)。本文主要闡述了基于FPGA實(shí)現(xiàn)DVB-S調(diào)制器的信道編碼和調(diào)制，按功能對DVB-S信道編碼過程進(jìn)行模塊分解、模塊接口定義，針對每個模塊進(jìn)行工作原理分析、算法分析、HDL描述、時序仿真及FPGA實(shí)現(xiàn)；DVB-S調(diào)制器的核心是信道編碼和調(diào)制部分，利用FPGA在數(shù)字信號處理方面的優(yōu)勢，本文重點(diǎn)對其中的幾個關(guān)鍵模塊，包括RS編碼、卷積交織器和卷積穿孔編碼等的實(shí)現(xiàn)算法進(jìn)行了比較詳細(xì)的分析，并通過HDL描述和時序仿真來驗(yàn)證算法正確性；對FPGA各模塊的資源進(jìn)行了估計(jì)、利用Altera公司的Cyclone器件的內(nèi)部鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)ASI信號的接收；最后對整機(jī)進(jìn)行了測試，測試結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的DVB-S調(diào)制器技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。
標(biāo)簽： FPGA DVBS 信道編碼 調(diào)制
上傳時間： 2013-04-24
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隨著集成電路的設(shè)計(jì)規(guī)模越來越大，F(xiàn)PGA為了滿足這種設(shè)計(jì)需求，其規(guī)模也越做越大，傳統(tǒng)平面結(jié)構(gòu)的FPGA無法滿足實(shí)際設(shè)計(jì)需求。首先是硬件設(shè)計(jì)上的很難控制，其次就是計(jì)算機(jī)軟件面臨很大挑戰(zhàn)，所有復(fù)雜問題全部集中到布局布線(P&R)這一步，而實(shí)際軟件處理過程中，P&R所占的時間比例是相當(dāng)大的。為了緩解這種軟件和硬件的設(shè)計(jì)壓力，多層次化結(jié)構(gòu)的FPGA得以采用。所謂層次化就是可配置邏輯單元內(nèi)部包含多個邏輯單元(相對于傳統(tǒng)的單一邏輯單元)，并且內(nèi)部的邏輯單元之間共享連線資源，這種結(jié)構(gòu)有利于減少芯片面積和提高布通率。與此同時，F(xiàn)PGA的EDA設(shè)計(jì)流程也多了一步，那就是在工藝映射和布局之間增加了基本邏輯單元的裝箱步驟，該步驟既可以認(rèn)為是工藝映射的后處理，也可認(rèn)為是布局和布線模塊的預(yù)處理，這一步不僅需要考慮打包，還要考慮布線資源的問題。裝箱作為連接軟件前端和后端之間的橋梁，該步驟對FPGA的性能影響是相當(dāng)大的。 本文通過研究和分析影響芯片步通率的各種因素，提出新的FPGA裝箱算法，可以同時減少裝箱后可配置邏輯單元(CLB)外部的線網(wǎng)數(shù)和外部使用的引腳數(shù)，從而達(dá)到減少布線所需的通道數(shù)。該算法和以前的算法相比較，無論從面積，還是通道數(shù)方面都有一定的改進(jìn)。算法的時間復(fù)雜度仍然是線性的。與此同時本文還對FPGA的可配置邏輯單元內(nèi)部連線資源做了分析，如何設(shè)計(jì)可配置邏輯單元內(nèi)部的連線資源來達(dá)到即減少面積又保證芯片的步通率，同時還可以提高運(yùn)行速度。 另外，本文還提出將電路分解成為多塊，分別下載到各個芯片的解決方案。以解決FPGA由于容量限制，而無法實(shí)現(xiàn)某些特定電路原型驗(yàn)證。該算法綜合考慮影響多塊芯片性能的各個因數(shù)，采用較好的目標(biāo)函數(shù)來達(dá)到較優(yōu)結(jié)果。
上傳時間： 2013-04-24
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圖像采集和處理技術(shù)在機(jī)器視覺和圖像分析等諸多領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，大部分情況下，采集卡只需將前端相機(jī)捕獲的圖像信息正確地傳回計(jì)算機(jī)即可。但是在要求較高的應(yīng)用場合需要采集卡能準(zhǔn)確控制外部光源和相機(jī)，完成圖像采集，預(yù)處理，數(shù)據(jù)傳輸。只有這樣，用戶才可以根據(jù)不同的興趣和需求對特定的某些圖像進(jìn)行采集、傳輸以及處理，以達(dá)到某種分析目的。 本文根據(jù)國家985二期項(xiàng)目“三維粒子圖像測速系統(tǒng)”的圖像采集與處理需要，設(shè)計(jì)開發(fā)了一款以FPGA為核心控制芯片的嵌入式圖像采集卡。采集卡以FPGA為邏輯和算法實(shí)現(xiàn)的核心器件，不僅實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)意義上的圖像采集，而且實(shí)現(xiàn)了CCD相機(jī)控制和激光器同步曝光功能，打破了以往單純靠增加硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)同步控制的方法，簡化了系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)并節(jié)約系統(tǒng)成本。此外，在系統(tǒng)中嵌入了圖像增強(qiáng)算法和采用PCI接口與計(jì)算機(jī)連接滿足了高速采集的要求。同時，采用市場上廣泛應(yīng)用的Camera Link作為采集卡的圖像輸入接口，提高了系統(tǒng)的通用性、傳輸速率和抗干擾能力，簡化圖像獲取設(shè)備和模擬攝像頭之間需要視頻解碼等連接。具有嵌入式處理功能，光源同步和相機(jī)控制的采集卡將使機(jī)器視覺系統(tǒng)，圖像測速等諸多領(lǐng)域的圖像采集應(yīng)用變得更為便捷。 論文首先對圖像采集卡系統(tǒng)的組成、整體方案和可行性進(jìn)行了論證。然后給出了圖像采集卡的硬件設(shè)計(jì)。在此部分結(jié)合整體設(shè)計(jì)方案，討論芯片的選型問題。根據(jù)所選芯片的本身特點(diǎn)，分模塊地對圖像采集卡的硬件設(shè)計(jì)原理進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。接下來是圖像采集卡的軟件設(shè)計(jì)部分。用VHDL和原理圖結(jié)合的方法對FPGA進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)了圖像采集系統(tǒng)的各個功能模塊。根據(jù)圖像采集系統(tǒng)的要求用DriverWorks軟件設(shè)計(jì)了圖像采集卡的WDM底層驅(qū)動程序和上層應(yīng)用程序。最后是用FPGA實(shí)現(xiàn)了帶修改參數(shù)的硬件嵌入式圖像處理算法——圖像增強(qiáng)。論文中使用QUARTUS軟件嵌入的邏輯分析儀SignalTap對FPGA設(shè)計(jì)的模塊進(jìn)行了硬件調(diào)試，給出了調(diào)試的時序圖和調(diào)試結(jié)果，經(jīng)測試分析該采集卡滿足“三維粒子圖像測速系統(tǒng)”的要求，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展，實(shí)時圖像處理在多媒體、圖像通信等領(lǐng)域有著越來越廣泛的應(yīng)用。FPGA就是硬件處理實(shí)時圖像數(shù)據(jù)的理想選擇，基于FPGA的圖像處理專用系統(tǒng)的研究將成為信息產(chǎn)業(yè)的新熱點(diǎn)。 本文詳細(xì)介紹了一種實(shí)時監(jiān)控圖像處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了具有前端視頻采集系統(tǒng)、圖像預(yù)處理功能系統(tǒng)、圖像顯示系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用Altera公司的FPGA芯片作為中央處理器，由視頻采集模塊、異步FIFO模塊、視頻解碼模塊、I
上傳時間： 2013-06-20
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擴(kuò)頻通信系統(tǒng)與常規(guī)的通信系統(tǒng)相比，具有很強(qiáng)的抗窄帶干擾，抗多徑干擾，抗人為干擾的能力，并具有信息隱蔽、多址保密通信等優(yōu)點(diǎn)。在近年來得到了迅速的發(fā)展。本論文主要討論和實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的直接序列擴(kuò)頻信號的解擴(kuò)解調(diào)處理。論文對該直擴(kuò)通信系統(tǒng)和FPGA設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了相關(guān)研究，最后用Altera公司的最新的FPGA開發(fā)平臺Quarus Ⅱ5.0實(shí)現(xiàn)了相關(guān)設(shè)計(jì)。 整個系統(tǒng)分為兩個部分，發(fā)送部分和接收部分。發(fā)送部分主要有串并轉(zhuǎn)換、差分卷積編碼、PN碼擴(kuò)頻、QPSK調(diào)制、成型濾波等模塊。接收部分主要有前端抗干擾、數(shù)字下變頻、解擴(kuò)解調(diào)等模塊。 論文首先介紹了擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的特點(diǎn)以及相關(guān)技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，并介紹了本論文的研究思路和內(nèi)容。 然后，論文分析了幾種常用的窄帶干擾抑制、載波同步及PN碼同步算法，結(jié)合實(shí)際需要，設(shè)計(jì)了一種零中頻DSSS解調(diào)解擴(kuò)方案。給出了抗窄帶干擾、PN碼捕獲及跟蹤以及載波同步的算法分析，采用了基于數(shù)字外差調(diào)制的自適應(yīng)陷波器來進(jìn)行前端窄帶干擾抑制處理，用基于自適應(yīng)門限技術(shù)的滑動相關(guān)捕獲和分時復(fù)用單相關(guān)器跟蹤來改善PN碼同步的性能，用基于硬判決的COSTAS(科斯塔斯)環(huán)來減少載波提取的算法復(fù)雜度，用改進(jìn)型CORDIC算法實(shí)現(xiàn)NCO來方便的進(jìn)行擴(kuò)展。 接著，論文給出了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和發(fā)送及接受子系統(tǒng)的各個功能模塊的實(shí)現(xiàn)分析以及在Quartus Ⅱ5.0上的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，給出了仿真結(jié)果。 然后論文介紹了整個系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)和它在真實(shí)系統(tǒng)中連機(jī)調(diào)試所得到的測試結(jié)果，結(jié)果表明該系統(tǒng)具有性能穩(wěn)定，靈活性好，生產(chǎn)調(diào)試容易，體積小，便于升級等特點(diǎn)并且達(dá)到課題各項(xiàng)指標(biāo)的要求。 最后是對論文工作的一些總結(jié)和對今后工作的展望。
標(biāo)簽： FPGA 調(diào)制解調(diào)器
上傳時間： 2013-07-04
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軟件無線電(Software Radio)具有高度靈活性、開放性，很容易實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有和未來多種電臺的兼容，能最大限度的滿足了互聯(lián)互通的要求。而基于多相濾波器組的信道化軟件無線電接收技術(shù)以其固有的全概率接收、降采樣速率以及其大幅提高運(yùn)算速率的能力越來越受到重視。本文主要研究了基于現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的軟件無線電信道化中頻接收技術(shù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 首先介紹了軟件無線電的基本概念以及其發(fā)展?fàn)顩r，深入討論了軟件無線電的基本理論，主要介紹了設(shè)計(jì)中所用到的帶通采樣技術(shù)、信號的抽取技術(shù)與多相濾波技術(shù)。 然后簡要介紹了信道化中頻接收機(jī)的射頻(Radio Frequency，RF)前端接收技術(shù)，設(shè)置寬中頻超外差接收機(jī)射頻前端的設(shè)計(jì)指標(biāo)，給出了改進(jìn)的實(shí)信號濾波器組低通型實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，并依此推導(dǎo)和建立了實(shí)信號多相濾波器組信道化中頻接收機(jī)的數(shù)學(xué)模型。 最后基于EP1S80開發(fā)平臺實(shí)現(xiàn)了實(shí)信號多相濾波器組信道化的中頻接收機(jī)。給出了多相濾波器、抽取運(yùn)算、FFT運(yùn)算、信道劃分以及復(fù)乘運(yùn)算的設(shè)計(jì)方案。仿真結(jié)果表明，該接收機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)對中頻信號的正確接收，驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性。
標(biāo)簽： 信道 中頻 仿真實(shí)現(xiàn) 收機(jī)設(shè)計(jì)
上傳時間： 2013-06-12
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本文主要研究了認(rèn)知無線電頻譜感知功能的關(guān)鍵技術(shù)以及硬件實(shí)現(xiàn)方法。首先，提出了認(rèn)知無線電頻譜感知功能的硬件實(shí)現(xiàn)框圖，包括射頻前端部分和數(shù)字信號處理部分，接著簡單介紹了射頻前端電路的功能與特性，最后重點(diǎn)介紹了數(shù)字信號處理部分的FPGA實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證過程。 數(shù)字處理部分主要實(shí)現(xiàn)寬帶信號的短時傅立葉分析，將中頻寬帶數(shù)字信號通過基于多相濾波器組的下變頻模塊，實(shí)現(xiàn)并行多通道的數(shù)字下變頻，然后對每個信道進(jìn)行重疊加窗處理，最后再做快速傅立葉分析(FFT)，從而得到信號的時頻關(guān)系。整個系統(tǒng)主要包括：延時抽取模塊、多相濾波器模塊、32點(diǎn)開關(guān)式流水線FFT模塊、滑動窗緩沖區(qū)、256點(diǎn)流水線FFT模塊等。 本設(shè)計(jì)采用Verilog HDL硬件描述語言進(jìn)行設(shè)計(jì)，基于Xilinx公司的Virtex-4XC4VSX35芯片。整個系統(tǒng)采用全同步設(shè)計(jì)，可穩(wěn)定工作于200MHz，其分析帶寬高達(dá)65MHz，具有很高的使用價值。
標(biāo)簽： FPGA 認(rèn)知無線電 感知功能 頻譜
上傳時間： 2013-06-13
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