隨著我國工業(yè)和國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，電網(wǎng)負荷急劇增加，特別是沖擊性、非線性負荷所占比重不斷加大，使得供電電壓發(fā)生波動和閃變，嚴重影響著電網(wǎng)的電能質(zhì)量。根據(jù)國際電工委員會(IEC)電磁兼容(EMC)標準IEC61000-3-7以及國標GB12326-2000，電壓波動和閃變己成為衡量電能質(zhì)量的重要指標。 電壓波動和閃變作為衡量電能質(zhì)量的重要指標，能更直接、迅速地反映出電網(wǎng)的供電質(zhì)量。然而，目前國內(nèi)還沒有很好的電壓波動與閃變測量的數(shù)字信號處理方法。為此，論文在深入研究電壓波動和閃變測量技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出一種基于Simulink/DSP Builder的數(shù)字信號處理的FPGA設(shè)計方法，利用DSP Builder工具將Simulink的模型文件(．mdl)轉(zhuǎn)化成通用的硬件描述語言VHDL文件，避免了VHDL語言手動編寫系統(tǒng)的煩瑣過程，從而能夠?qū)⒏嗑杏谙到y(tǒng)算法的優(yōu)化上。該方法充分利用Matlab/Simulink系統(tǒng)建模的優(yōu)勢，同時也能夠發(fā)揮FPGA并行執(zhí)行速度快、測量精度高的優(yōu)點。 論文首先介紹了電壓波動和閃變的基木概念、特征量，闡述了電壓波動與閃變的測量原理，分析比較了現(xiàn)有測量方法和裝置的特點和優(yōu)劣。然后依據(jù)電壓波動與閃變測量的IEC標準以及國家標準，在對電壓波動與閃變測量模擬仿真的基礎(chǔ)上研究其數(shù)字化實現(xiàn)方法，即采用數(shù)字濾波的方式在Simulink/DSP Builder工具下設(shè)計電壓波動與閃變測量系統(tǒng)的數(shù)字模型。同時在ModelSim SE6.1d軟件下進行了系統(tǒng)功能仿真，并且在Altera公司的FPGA設(shè)計軟件QuartusⅡ6.0下進行了系統(tǒng)時序仿真。 仿真結(jié)果表明，基于Simulink/DSP Builder窗口化的數(shù)字信號處理的FPGA設(shè)計方案，設(shè)計簡單、快捷高效，能夠滿足電壓波動和閃變測量最初的系統(tǒng)設(shè)計要求，為進一步從事電壓波動和閃變測量研究提供了一種全新的設(shè)計理念，具有一定的理論與現(xiàn)實意義。
上傳時間： 2013-07-10
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隨著電子工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域需求的增長，要實現(xiàn)復(fù)雜程度較高的數(shù)字電子系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)處理能力提出越來越高的要求。定點運算已經(jīng)很難滿足高性能數(shù)字系統(tǒng)的需要，而浮點數(shù)相對于定點數(shù)，具有表述范圍寬，有效精度高等優(yōu)點，在航空航天、遙感、機器人技術(shù)以及涉及指數(shù)運算和信號處理等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。對浮點運算的要求主要體現(xiàn)在兩個方面：一是速度，即如何快速有效的完成浮點運算；二是精度，即浮點運算能夠提供多少位的有效數(shù)字。 計算機性價比的提高以及可編程邏輯器件的出現(xiàn)，對傳統(tǒng)的數(shù)字電子系統(tǒng)設(shè)計方法進行了變革。FPGA(Field Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)讓設(shè)計師通過設(shè)計芯片來實現(xiàn)電子系統(tǒng)的功能，將傳統(tǒng)的固件選用及電路板設(shè)計工作放在芯片設(shè)計中進行。FPGA可以完成極其復(fù)雜的時序與組合邏輯電路功能，適用于高速、高密度，如運算器、數(shù)字濾波器、二維卷積器等具有復(fù)雜算法的邏輯單元和信號處理單元的邏輯設(shè)計領(lǐng)域。 鑒于FPGA技術(shù)的特點和浮點運算的廣泛應(yīng)用，本文基于FPGA將浮點運算結(jié)合實際應(yīng)用設(shè)計一個觸摸式浮點計算器，主要目的是通過VHDL語言編程來實現(xiàn)浮點數(shù)的加減、乘除和開方等基本運算功能。 (1)給出系統(tǒng)的整體框架設(shè)計和各模塊的實現(xiàn)，包括芯片的選擇、各模塊之間的時序以及控制、每個運算模塊詳細的工作原理和算法設(shè)計流程； (2)通過VHDL語言編程來實現(xiàn)浮點數(shù)的加減、乘除和開方等基本運算功能； (3)在Xilinx ISE環(huán)境下，對系統(tǒng)的主要模塊進行開發(fā)設(shè)計及功能仿真，驗證了基于FPGA的浮點運算。
上傳時間： 2013-04-24
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擴頻通信技術(shù)因為具有較強的抗干擾、抗噪聲、抗多徑衰落能力、較好的保密性、較強的多址能力和高精度測量等優(yōu)點，在軍事抗干擾和個人通信業(yè)務(wù)中得到了很大的發(fā)展。尤其是基于擴頻理論的CDMA通信技術(shù)成為國際電聯(lián)規(guī)定的第三代移動通信系統(tǒng)的主要標準化建議后，標志著擴頻通信技術(shù)在民用通信領(lǐng)域的應(yīng)用進入了新階段。 近年來，隨著微電子技術(shù)和電子設(shè)計自動化(EDA)技術(shù)的迅速發(fā)展，以FPGA和CPLD為代表的可編程邏輯器件憑借其設(shè)計方便靈活等特點廣泛應(yīng)用于數(shù)字信號處理領(lǐng)域。 本論文正是采用基于FPGA硬件平臺來實現(xiàn)了一個直接序列擴頻通信基帶系統(tǒng)，該系統(tǒng)的實現(xiàn)涉及擴頻通信和有關(guān)FPGA的相關(guān)知識，以及實現(xiàn)這些模塊的VHDL硬件描述語言和QuartusⅡ開發(fā)平臺，目標是實現(xiàn)一個集成度高、靈活性強、并具有較強的數(shù)據(jù)處理能力的擴頻通信基帶系統(tǒng)。 本論文中首先對擴頻通信的基礎(chǔ)理論做了探討，著重對直序擴頻的理論進行了分析；其次根據(jù)理論分析，設(shè)計了全數(shù)字直接序列擴頻基帶系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，完成了擴頻序列的產(chǎn)生、信息碼的輸入和擴頻。重點完成了對基帶擴頻信號的相關(guān)解擴和幾種同步捕獲電路的設(shè)計，將多種專用芯片的功能集成在一片大規(guī)模FPGA芯片上。在論文中列出了部分模塊的VHDL程序，并在QuartusⅡ仿真平臺上完成各部分模塊的功能仿真。
上傳時間： 2013-04-24
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本課題是在課題組已實現(xiàn)的高速串行通信平臺的基礎(chǔ)上，進一步引伸，設(shè)計開源的PCI軟核通信模塊替代Xilinx公司提供的LogiCORE PCI核，力求在從模式下，做到占用資源更少，傳輸速度更快，也為以后實現(xiàn)更完整的功能提供平臺。 本文以此為背景，基于FPGA平臺，搭建以開源的PCI軟核為核心的串行通信接口平臺，使其成為PCI總線與用戶邏輯之間的橋梁，使用戶邏輯避開與復(fù)雜的PCI總線協(xié)議。本課題采用Spartan-II FPGA芯片XC2S200-6FG456C系統(tǒng)開發(fā)板作為串行通信接口的硬件實驗平臺，實現(xiàn)了支持配置讀/寫交易、單數(shù)據(jù)段讀/寫、突發(fā)模式讀/寫、命令/地址譯碼功能和數(shù)據(jù)傳送錯誤檢測與處理功能的PCI軟核。 本文主要闡述了以PCI軟核為核心的串行通信平臺的實現(xiàn)，首先介紹了PCI軟核的編程語言、軟件工具和硬件實驗平臺Spartan-II FPGA芯片XC2S200-6FG456C系統(tǒng)開發(fā)板。然后，介紹了PCI總線命令、PCI軟核所支持的功能、PCI軟核兩側(cè)信號的定義、PCI軟核配置模塊以及探討了PCI軟核的狀態(tài)機接收、發(fā)送數(shù)據(jù)等過程，分析了PCI軟核的數(shù)據(jù)收發(fā)功能仿真，主要包括配置讀/寫交易、單數(shù)據(jù)段模式讀/寫和突發(fā)模式讀/寫的仿真圖形，并闡述了管腳約束的操作流程。最后介紹PCI軟核模塊的WDM驅(qū)動，內(nèi)容包括驅(qū)動程序簡介、驅(qū)動程序的開發(fā)、中斷處理、驅(qū)動程序與應(yīng)用程序之間的通信以及應(yīng)用程序操作。最后，對PCI軟核的各種性能進行了比較分析。整個模塊設(shè)計緊湊，完成在實驗平臺上的數(shù)據(jù)發(fā)送。 設(shè)計選用硬件描述語言VerilogHDL，在開發(fā)工具Xilinx ISE7.1中完成整個系統(tǒng)的設(shè)計、綜合、布局布線，利用Modelsim進行功能及時序仿真，使用DriverWorks為PCI軟核編寫WinXP下的驅(qū)動程序，用VC++6.0編寫相應(yīng)的測試應(yīng)用程序。之后，將FPGA設(shè)計下載到Spanan-II FPGA芯片XC2S200-6FG456C系統(tǒng)開發(fā)板中運行。 文章最后指出工作中的不足之處和需要進一步完善的地方。
上傳時間： 2013-04-24
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軟件無線電（Software Defined Radio）是無線通信系統(tǒng)收發(fā)信機的發(fā)展方向，它使得通信系統(tǒng)的設(shè)計者可以將主要精力集中到收發(fā)機的數(shù)字處理上，而不必過多關(guān)注電路實現(xiàn)。在進行數(shù)字處理時，常用的方案包括現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）、數(shù)字信號處理器（DSP）和專用集成電路（ASIC）。FPGA以其相對較低的功耗和相對較低廉的成本，成為許多通信系統(tǒng)的首先方案。正是在這樣的前提下，本課題結(jié)合軟件無線電技術(shù)，研究并實現(xiàn)基于FPGA的數(shù)字收發(fā)信機。 @@ 本論文主要研究了發(fā)射機和接收機的結(jié)構(gòu)和相關(guān)的硬件實現(xiàn)問題。首先，從理論上對發(fā)射機和接收機結(jié)構(gòu)進行研究，找到收發(fā)信機設(shè)計中關(guān)鍵問題。其次，在理論上有深刻認識的基礎(chǔ)上，以FPGA為手段，將反饋控制算法、反饋補償算法和前饋補償算法落實到硬件電路上。同步一直是數(shù)字通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題，它也是本文的研究重點。本文在研究了已有各種同步方法的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種新的同步方法和相應(yīng)的接收機結(jié)構(gòu)，并以硬件電路將其實現(xiàn)。最后，針對所設(shè)計的硬件系統(tǒng)，本文還進行了充分的硬件系統(tǒng)測試。硬件測試的各項數(shù)據(jù)結(jié)果表明系統(tǒng)設(shè)計方案是可行的，基本實現(xiàn)了數(shù)字中頻收發(fā)機系統(tǒng)的設(shè)計要求。 @@ 本文中發(fā)射機系統(tǒng)是以Altera公司EP2C70F672C6為硬件平臺，接收機系統(tǒng)以Altera公司EP2S180F1020C3為硬件平臺。收發(fā)系統(tǒng)均是在Ouartus Ⅱ 8．0環(huán)境下，通過編寫Verilog HDL代碼和調(diào)用Altera IP core加以實現(xiàn)。在將設(shè)計方案落實到硬件電路實現(xiàn)之前，各種算法均使用MATLAB進行原理仿真，并在MATLAB仿真得到正確結(jié)果的基礎(chǔ)上，使用Quartus Ⅱ 8．0中的功能仿真工具和時序仿真工具進行了前仿真和后仿真。所有仿真結(jié)果無誤后，可下載至硬件平臺進行調(diào)試，通過Quartus Ⅱ 8．0中集成的SignalTap邏輯分析儀，可以實時觀察電路中各點信號的變化情況，并結(jié)合示波器和頻譜儀，得到硬件測試結(jié)果。 @@關(guān)鍵詞：SDR；數(shù)字收發(fā)機；FPGA；載波同步；符號同步
上傳時間： 2013-04-24
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無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSN）是由大量傳感器節(jié)點組成，這些節(jié)點部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)通過無線通信方式，形成的一個多跳自組織的網(wǎng)絡(luò)。整個網(wǎng)絡(luò)的作用是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中監(jiān)測對象的信息，并發(fā)送給觀察者，可廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療護理、軍事、商業(yè)等多個領(lǐng)域。 媒體訪問控制（Medium Access Control，MAC）協(xié)議處于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的物理層和路由層之間，用于在傳感器節(jié)點間公平有效地共享通信媒介，對傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能有較大影響。與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)不同，提高能量效率和可擴展性是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議設(shè)計的主要目標。 本文主要闡述基于FPGA對IEEE802．15．4 MAC層功能的實現(xiàn)。首先介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、MAC協(xié)議的設(shè)計要求以及已有的MAC層協(xié)議，討論了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC層的主要要求和功能。然后詳細介紹和分析了IEEE802．15．4的MAC協(xié)議，并在此基礎(chǔ)上，通過NS2平臺對MAC層協(xié)議進行了仿真，研究不同網(wǎng)絡(luò)負荷下信道訪問機制的各個參數(shù)對吞吐量，丟包率，傳輸延時的影響，分析了隱蔽站問題、確認幀機制。 本文對MAC層中的主要功能，諸如數(shù)據(jù)收發(fā)、幀處理、信道接入方式以及幀檢驗等提出了基于FPGA的硬件解決方法。設(shè)計選用硬件描述語言VerilogHDL，在QuartusⅡ中完成模塊的綜合和布局布線，在QuartusⅡ和Modelsim中進行時序仿真驗證，最終下載到自主設(shè)計Altera公司的Cyclone開發(fā)板中。 對設(shè)計的驗證采取的是由里及外的方式，先對系統(tǒng)主模塊的功能進行驗證，然后下載到與CC2430開發(fā)板相連接的FPGA中對設(shè)計進行驗證測試。驗證流程是功能仿真、時序仿真和板級調(diào)試，最終通過測試，驗證了該設(shè)計的功能。測試結(jié)果表明，該模塊能滿足無線傳感器網(wǎng)絡(luò)低速率應(yīng)用環(huán)境的需要，具有優(yōu)良的擴展性能，達到了預(yù)期的設(shè)計目標。
標簽： FPGA MAC 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
上傳時間： 2013-06-14
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本論文基于直接擴頻通信的理論設(shè)計了一種全數(shù)字的中頻接收機，使用Xilinx公司的FPGA芯片xc3s400作為接收機的主芯片，實現(xiàn)中頻數(shù)字信號的下變頻，基帶解調(diào)，PN碼的捕獲及跟蹤環(huán)路的設(shè)計并給出了它們的具體設(shè)計步驟及RTL級邏輯電路圖。本文對于數(shù)字下變頻器的設(shè)計、數(shù)字抑制載波恢復(fù)環(huán)的設(shè)計進行了詳細的論述，還使用Matlab中的Simulink對本接收機系統(tǒng)所要使用的全數(shù)字Costas環(huán)進行了功能仿真并給出了仿真結(jié)果。 本文使用高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9601對中頻模擬信號進行采樣，最后再用高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD9740還原出原始信息，并給出了它們與核心芯片xc3s400的接口設(shè)計方法及原理電路圖。
上傳時間： 2013-07-30
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MP3音樂是目前最為流行的音樂格式，因其音質(zhì)、復(fù)雜度與壓縮比的完美折中，占據(jù)著廣闊的市場，不僅在互聯(lián)網(wǎng)上廣為流傳，而且在便攜式設(shè)備領(lǐng)域深受人們喜愛。本文以MPEG-1的MP3音頻解碼器為研究對象，在實時性、面積等約束條件下，研究MP3解碼電路的設(shè)計方法，實現(xiàn)FPGA原型芯片，研究MP3原型芯片的驗證方法。 論文的主要貢獻如下： (1)使用算法融合方法合并MP3解碼過程的相關(guān)步驟，以減少緩沖區(qū)存儲單元的容量和訪存次數(shù)。如把重排序步驟融合到反量化模塊，可以減少一半的讀寫RAM操作；把IMDCT模塊內(nèi)部的三個算法步驟融合在一起進行設(shè)計，可以省去存儲中間計算結(jié)果的緩存區(qū)單元。 (2)反量化、立體聲處理等模塊中，采用流水線設(shè)計技術(shù)，設(shè)置寄存器把較長的組合邏輯路徑隔開，提高了電路的性能和可靠性；使用連續(xù)訪問公共緩存技術(shù)，合理規(guī)劃各計算子模塊的工作時序，將數(shù)據(jù)計算的時間隱藏在訪存過程中；充分利用頻率線的零值區(qū)特性，有效地減少數(shù)據(jù)計算量，加快了數(shù)據(jù)處理的速度。 (3)設(shè)計了MP3硬件解碼器的FPGA原型芯片。采用Verilog HDL硬件描述語言設(shè)計RTL級電路，完成功能仿真，以Altera公司Stratix II系列的EP2S180 FPGA開發(fā)板為平臺，實現(xiàn)MP3解碼器的FPGA原型芯片。MP3硬件解碼器在Stratix II EP2S180器件內(nèi)的資源利用率約為5％，其中組合邏輯查找表ALUT為7189個，寄存器共有4024個，系統(tǒng)頻率可達69.6MHz，充分滿足了MP3解碼過程的實時性要求。實驗結(jié)果表明，MP3音頻解碼FPGA原型芯片可正常播放聲音，解碼音質(zhì)良好。
上傳時間： 2013-07-01
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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
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對弓網(wǎng)故障的檢測是當今列車檢測的一項重要任務(wù)。原始故障視頻圖像具有極大的數(shù)據(jù)量，使實時存儲和傳輸故障視頻圖像極其困難。由于視頻的數(shù)據(jù)量相當大，需要采用先進的視頻編解碼協(xié)議進行處理，進而實現(xiàn)檢測現(xiàn)場的實時監(jiān)控。 @@ H．264/AVC(Advanced Video Coding)作為MPEG-4的第10部分，因其具有超高的壓縮效率、極好的網(wǎng)絡(luò)親和性，而被廣泛研究與應(yīng)用。H．264/AVC采用了先進的算法，主要有整數(shù)變換、1/4像素精度插值、多模式幀間預(yù)測、抗塊效應(yīng)濾波器和熵編碼等。 @@ 本文使用硬件描述語言Verilog，以紅色颶風 II開發(fā)板作為硬件平臺，在開發(fā)工具QUARTUSII 6．0和MODELSIM_SE 6．1B環(huán)境中完成軟核的設(shè)計與仿真驗證。以Altera公司的CycloneII FPGA(Field Programmable Gate Array)EP2C35F484C8作為核心芯片，實現(xiàn)視頻圖像采集、存儲、顯示以及實現(xiàn)H．264/AVC部分算法的基本系統(tǒng)。 @@ FPGA以其設(shè)計靈活、高速、具有豐富的布線資源等特性，逐漸成為許多系統(tǒng)設(shè)計的首選，尤其是與Verilog和VHDL等語言的結(jié)合，大大變革了電子系統(tǒng)的設(shè)計方法，加速了系統(tǒng)的設(shè)計進程。 @@ 本文首先分析了FPGA的特點、設(shè)計流程、verilog語言等，然后對靜態(tài)圖像及視頻圖像的編解碼進行詳細的分析，比如H．264/AVC中的變換、量化、熵編碼等：并以JM10．2為平臺，運用H．264/AVC算法對視頻序列進行大量的實驗，對不同分辨率、量化步長、視頻序列進行編解碼以及對結(jié)果進行分析。接著以紅色颶風II開發(fā)板為平臺，進行視頻圖像的采集存儲、顯示分析，其中詳細分析了SAA7113的配置、CCD信號的A/D轉(zhuǎn)換、I2C總線、視頻的數(shù)字化ITU-R BT．601標準介紹及視頻同步信號的獲取、基于SDRAM的視頻幀存儲、VGA顯示控制設(shè)計；最后運用verilog語言實現(xiàn)H．264/AVC部分算法，并進行功能仿真，得到預(yù)計的效果。 @@ 本文實現(xiàn)了整個視頻信號的采集存儲、顯示流程，詳細研究了H．264/AVC算法，并運用硬件語言實現(xiàn)了部分算法，對視頻編解碼芯片的設(shè)計具有一定的參考價值。 @@關(guān)鍵詞：FPGA；H．264/AVC；視頻；verilog；編解碼
上傳時間： 2013-04-24
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