隨著計算機和自動化測量技術的日益發展，測量儀器和計算機的關系日益密切。計算機的很多成果很快就應用到測量和儀器領域，與計算機相結合已經成為測量儀器和自動測試系統發展的必然趨勢。高度集成的現場可編程門陣列（FPGA）是超大規模集成電路和計算機輔助設計技術發展的結果，由于FPGA器件具備集成度高、體積小、可以利用基于計算機的開發平臺，用編寫軟件的方法來實現專門硬件的功能等優點，大大推動了數字系統設計的單片化、自動化，縮短了單片數字系統的設計周期、提高了設計的靈活性和可靠性。 本文研究基于網絡的高速數據采集系統的設計與實現問題。論文完成了以FPGA結構為系統硬件平臺，uClinux為核心的系統的軟件平臺設計，進行信號的采集和遠程網絡監測的功能。 論文從軟硬件兩方面入手，闡述了基于FPGA器件進行數據采集的硬件系統設計方法，以及基于uClinux操作系統的設備驅動程序設計和應用程序設計。 硬件方面，FPGA采用Xilinx公司Spartan系列的XC3S500芯片，用verilog HDL硬件描述語言在Xilinx公司提供的ISE輔助設計軟件中實現FPGA編程。將微處理器MicroBlaze、數據存儲器、程序存儲器、以太網控制器、數模轉換控制器等數字邏輯電路通過CoreConnect技術用OPB總線集成在同一個FPGA內部，形成一個可編程的片上系統（SOPC）。采用基于FPGA的SOPC設計的突出優點是不必更換芯片就可以實現設計的改進和升級，同時也可以降低成本和提高可靠性。 軟件方面，為了更好更有效地管理和拓展系統功能，移植了uClinux到MicroBlaze軟處理器上，設計實現了平臺上的ADC設備驅動程序和數據采集應用程序。并通過修訂內核，實現了利用以太網TCP/IP協議來訪問數據采集程序獲得的數據。
上傳時間： 2013-05-23
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近年來，大容量數據存儲設備主要是機械硬盤，機械硬盤采用機械馬達和磁片作為載體，存在抗震性能低、高功耗和速度提升難度大等缺點。固態硬盤是以半導體作為存儲介質及控制載體，無機械裝置，具有抗震、寬溫、無噪、可靠和節能等特點，是目前存儲領域所存在問題的解決方案之一。本文針對這一問題，設計基于FPGA的固態硬盤控制器，實現數據的固態存儲。 文章首先介紹硬盤技術的發展，分析固態硬盤的技術現狀和發展趨勢，闡述課題研究意義，并概述了本文研究的主要內容及所做的工作。然后從分析固態硬盤控制器的關鍵技術入手，研究了SATA接口協議和NANDFLASH芯片特性。整體設計采用SOPC架構，所有功能由單片FPGA完成。移植MicroBlaze嵌入式處理器軟核作為主控制器，利用Verilog HDL語言描述IP核形式設計SATA控制器核和NAND FLASH控制器核。SATA控制器核作為高速串行傳輸接口，實現SATA1.0協議，根據協議劃分四層模型，通過狀態機和邏輯電路實現協議功能。NAND FLASH控制器核管理NANDFLASH芯片陣列，將NAND FLASH接口轉換成通用的SRAM接口，提高訪問效率。控制器完成NAND FLASH存儲管理和糾錯算法，實現數據的存儲和讀取。最后完成固態硬盤控制器的模塊測試和整體測試，介紹了測試方法、測試工具和測試流程，給出測試數據和結果分析，得出了驗證結論。 本文設計的固態硬盤控制器，具有結構簡單和穩定性高的特點，易于升級和二次開發，是實現固態硬盤和固態存儲系統的關鍵技術。
上傳時間： 2013-05-28
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隨著我國國防現代化建設進程的不斷深化，MIL-STD-1553B標準總線已經廣泛應用于各種軍事應用領域。MIL-STD-1553B標準總線是我國上世紀八十年代引進的一種現代化通訊總線，國內稱為GJB289A-97。該總線技術以其高穩定性和使用靈活等特點成為現代航空電子綜合系統所廣泛采用的通訊總線技術。 1553B總線接口模塊作為總線通訊的基本單元，其性能成為影響航電綜合系統整體性能的一個關鍵因素。目前國內關于1553B總線通訊模塊的對外接口類型較多，而基于嵌入式處理芯片的接口設計并不多見。嵌入式設備具有體積小、重量輕、實時性強、功耗小、穩定性好以及接口方便等優點。 基于以上考慮，論文中提出了以DSP+FPGA為平臺實現MIL-STD-1553B總線的收發控制，通過收發控制器和變壓器實現MIL-STD-1553B總線的電氣連接。根據項目需求，設計分為硬件和軟件兩部分完成。在對MIL-STD-1553B總線協議進行詳細研究后提出了總體設計方案原理圖。再根據方案需求設計各功能模塊。使用硬件描述語言VHDL對各功能模塊進行邏輯和行為描述，最終實現在FPGA中，使其能夠完成1553B數據碼的接受、發送、轉換和與處理器的信息交換等功能。DSP部分采用的是TI公司的TMS320F2812，使用C語言進行軟件的編譯，使其實現總體控制和通訊的調度等功能。 該方案經過實際參與1553B總線通訊系統驗證實驗，證明各項技術指標均達到預定的目標，可以投入實際應用。
上傳時間： 2013-04-24
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MPEG-2是MPEG組織在1994年為了高級工業標準的圖象質量以及更高的傳輸率所提出的視頻編碼標準，其優秀性使之成為過去十年應用最為廣泛的標準，也是未來十年影響力最為廣泛的標準之一。 本文以MPEG-2視頻標準為研究內容，建立系統級設計方案，設計FPGA原型芯片，并在FPGA系統中驗證視頻解碼芯片的功能。最后在0.18微米工藝下實現ASIC的前端設計。完成的主要工作包括以下幾個方面： 1.完成解碼系統的體系結構的設計，采用了自頂而下的設計方法，實現系統的功能單元的劃分；根據其視頻解碼的特點，確定解碼器的控制方式；把視頻數據分文幀內數據和幀間數據，實現兩種數據的并行解碼。 2.實現了具體模塊的設計：根據本文研究的要求，在比特流格式器模塊設計中提出了特有的解碼方式；在可變長模塊中的變長數據解碼采用組合邏輯外加查找表的方式實現，大大減少了變長數據解碼的時間；IQ、IDCT模塊采用流水的設計方法，減少數據計算的時間：運動補償模塊，針對模塊數據運算量大和訪問幀存儲器頻繁的特點，采用四個插值單元同時處理，增加像素緩沖器，充分利用并行性結構等方法來加快運動補償速度。 3.根據視頻解碼的參考軟件，通過解碼系統的仿真結果和軟件結果的比較來驗證模塊的功能正確性。最后用FPGA開發板實現了解碼系統的原型芯片驗證，取得了良好的解碼效果。 整個設計采用Verilog HDL語言描述，通過了現場可編程門陣列(FPGA)的原型驗證，并采用SIMC0.18μm工藝單元庫完成了該電路的邏輯綜合。經過實際視頻碼流測試，本文設計可以達到MPEG-2視頻主類主級的實時解碼的技術要求。
上傳時間： 2013-07-27
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MP3音樂是目前最為流行的音樂格式，因其音質、復雜度與壓縮比的完美折中，占據著廣闊的市場，不僅在互聯網上廣為流傳，而且在便攜式設備領域深受人們喜愛。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解碼電路的設計方法，實現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解碼過程的相關步驟，以減少緩沖區存儲單元的容量和訪存次數。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模塊內部的三個算法步驟融合在一起進行設計，可以省去存儲中間計算結果的緩存區單元。 (2)反量化、立體聲處理等模塊中，采用流水線設計技術，設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；使用連續訪問公共緩存技術，合理規劃各計算子模塊的工作時序，將數據計算的時間隱藏在訪存過程中；充分利用頻率線的零值區特性，有效地減少數據計算量，加快了數據處理的速度。 (3)設計了MP3硬件解碼器的FPGA原型芯片。采用Verilog HDL硬件描述語言設計RTL級電路，完成功能仿真，以Altera公司Stratix II系列的EP2S180 FPGA開發板為平臺，實現MP3解碼器的FPGA原型芯片。MP3硬件解碼器在Stratix II EP2S180器件內的資源利用率約為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。實驗結果表明，MP3音頻解碼FPGA原型芯片可正常播放聲音，解碼音質良好。
上傳時間： 2013-07-01
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隨著人們對于高速無線數據業務的急切需求以及新的無線通信技術的發展，頻譜資源匱乏問題日益嚴重。無線頻譜的緊缺已經成為限制無線通信與服務應用持續發展的瓶頸。認知無線電技術(Cognitive Radio)改變了傳統的固定頻譜分配方式，它以頻譜利用的高效性為目標，允許非授權用戶擇機利用授權用戶的頻譜空洞傳輸數據，以此來解決無線頻譜資源短缺的問題。它是具有自主尋找和使用空閑頻譜資源能力的智能無線電技術。本文的目標是在基于FPGA+DSP的系統硬件平臺上，以軟件編程的方式實現認知無線電數據傳輸的功能。 軟件無線電是實現認知無線電的理想平臺。本文首先闡述了軟件無線電的基本工作原理及關鍵技術途徑，對多速率信號處理中的內插和抽取、帶通采樣、數字下變頻、濾波等技術進行了分析與探討，為設計多速率調制解調系統提供了理論基礎。然后針對軟件無線電的要求給出了基于FPFA+DSP的系統設計硬件框圖，并對其中的部分硬件(FPGA、AD9857、AD9235)做了簡要的描述并給出其初始化過程。在理解基本概念和原理的基礎上，詳細論述了在系統硬件設計平臺上實現的π/4-DQPSK、8PSK、16QAM調制解調技術。本文給出了調制解調系統實現方案中的各個功能模塊(差分編、解碼，加同步頭、內插和成形濾波，下變頻，系統同步等)具體的設計方案和通過硬件編程實現了板級的仿真和最后的硬件實現，并對其中得到的數據進行分析，進一步驗證方案的可行性。最后介紹了通信板同頻譜感知板協同工作原理，依據頻譜感知板獲取的各個信道狀況自適應的選擇π/4-DQPSK、8PSK、16QAM調制解調方式并在FPGA上實現了其中部分功能。
上傳時間： 2013-05-30
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Scaler是平板顯示器件(FPD，Flat Panel Display)中的重要組成部分，它將輸入源圖像信號轉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中工作過程的基礎上，采用自上而下(Top-down)的設計方法，給出了scaler的設計及FPGA驗證。該scaler支持不同分辨率圖像的縮放，且縮放模式可調，也可以以IP core的形式應用于相關圖像處理芯片中。 圖像縮放內核是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構設計決定著縮放性能的優劣，也是控制芯片成本的關鍵。因此，本文從縮放內核的結構入手，對scaler的總體結構進行了設計；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，降低了計算的復雜度。FPGA設計中，采用列縮放與行縮放分開處理的結構，使用雙口RAM作為兩次縮放間的數據緩沖區。使用這種結構的優勢在于：行列縮放可以同時進行，數據處理的可靠性高、速度快：內核結構簡單明了,數據緩沖區大小合適，便于設計。此外，本文還介紹了其他輔助模塊的設計，包括DVI接口信號處理模塊、縮放參數計算與控制模塊以及輸出信號檢測與時序濾波模塊。 本設計使用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仿真，證明該scaler的設計達到了預期的目標。對于不同分辨率的圖像，均可以在顯示屏上得到穩定的顯示。
上傳時間： 2013-05-30
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對弓網故障的檢測是當今列車檢測的一項重要任務。原始故障視頻圖像具有極大的數據量，使實時存儲和傳輸故障視頻圖像極其困難。由于視頻的數據量相當大，需要采用先進的視頻編解碼協議進行處理，進而實現檢測現場的實時監控。 @@ 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、極好的網絡親和性，而被廣泛研究與應用。H．264/AVC采用了先進的算法，主要有整數變換、1/4像素精度插值、多模式幀間預測、抗塊效應濾波器和熵編碼等。 @@ 本文使用硬件描述語言Verilog，以紅色颶風 II開發板作為硬件平臺，在開發工具QUARTUSII 6．0和MODELSIM_SE 6．1B環境中完成軟核的設計與仿真驗證。以Altera公司的CycloneII FPGA(Field Programmable Gate Array)EP2C35F484C8作為核心芯片，實現視頻圖像采集、存儲、顯示以及實現H．264/AVC部分算法的基本系統。 @@ FPGA以其設計靈活、高速、具有豐富的布線資源等特性，逐漸成為許多系統設計的首選，尤其是與Verilog和VHDL等語言的結合，大大變革了電子系統的設計方法，加速了系統的設計進程。 @@ 本文首先分析了FPGA的特點、設計流程、verilog語言等，然后對靜態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果進行分析。接著以紅色颶風II開發板為平臺，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轉換、I2C總線、視頻的數字化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顯示控制設計；最后運用verilog語言實現H．264/AVC部分算法，并進行功能仿真，得到預計的效果。 @@ 本文實現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了部分算法，對視頻編解碼芯片的設計具有一定的參考價值。 @@關鍵詞：FPGA；H．264/AVC；視頻；verilog；編解碼
上傳時間： 2013-04-24
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數字高清電視是當前世界上最先進的圖像壓縮編碼技術和數字傳輸技術的結合，是高技術競爭的焦點之一。其中，信道處理系統及其相關芯片更是集中了數字信號處理、前向糾錯編解碼等數字電視傳輸的核心技術，成為設計和開發整個數字電視系統的關鍵技術之一。本文以衛星數字電視的信道處理系統為對象，結合國際通行的DVB-S/S2標準，研究了該系統在發射端的設計與實現所涉及到的一系列內容。 本文介紹了數字電視的發展概況和主要標準，特別是對我國衛星電視的發展進行了詳細的介紹。然后，本文DVB-S/S2信道處理系統的基本原理進行了介紹和分析，主要包括RS碼、卷積碼、BCH碼、LDPC碼等的差錯編碼的基本原理，以及基帶信號處理的基本原理。在此基礎上對兩種系統的傳輸性能和DVB-S2的后向兼容系統分別進行了基于Matlab的仿真。最后闡述了基于FPGA的DVB-S調制器的信道編碼和調制實現，按功能對DVB-S/S2信道編碼過程進行模塊分解，并針對每個模塊進行工作原理分析、算法分析、HDL描述、時序仿真及FPGA實現。DVB-S/S2調制器的核心是信道編碼和調制部分，利用FPGA在數字信號處理方面的優勢，本文重點對其中的幾個關鍵模塊，包括RS編碼、卷積交織器、卷積編碼、BCH編碼、LDPC編碼等的實現算法進行了比較詳細的分析，并通過HDL描述和時序仿真來驗證算法正確性。
上傳時間： 2013-07-10
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溫濕度是影響糧食儲藏的重要參數，兩者之間是相互關聯的，溫濕度控制不好必然引起糧食發熱和霉變，且極易產生連鎖反應，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的性能。岡此，糧食溫濕度測控技術在農業上的應用是十分重要的。本文研究基于FPGA的糧倉溫濕度監制系統。 設計了基于FPGA的糧倉溫濕度監控系統，該系統主要由溫濕度傳感器、控制電路、單片機和上位機構成。單片機主要完成溫度數據的采集和上位機的通訊；控制電路基于FPGA進行設計，主要負責采集濕度信息，計算溫濕度偏差及其變化率，通過調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，使上位機能夠實時記錄，顯示溫濕度變化值和控制過程曲線。該系統實現了糧倉內溫濕度的實時監測，使管理人員可以實時掌控糧倉內的溫濕度情況。 采用FPGA設計控制電路簡化了系統的組成和外圍數字電路，易于系統擴展和升級，內部集成了信號處理、控制、檢測電路，減少了系統的體積，縮短了開發周期，大大增強了系統的可靠性；配合功率驅動、電源等外圍電路，完成信號采集、處理和控制等功能，節省了開發成本，使糧倉溫濕度控制系統更加集成化。這也恰恰更加符合當今電子產品高精度，集成化的要求。 系統采用直接輸出數字量的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，與濕度值成線性關系，該頻率脈沖信號可直接送入FPGA進行計數，這樣溫濕度傳感器輸出的信號都沒有經過放大、A/D轉換，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，通過了調試，已達到預期效果。
上傳時間： 2013-06-16
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