超聲診斷技術具有安全、無痛苦、無損害、方法簡便、適應面廣、直觀、顯像清晰、可重復檢查、對軟組織鑒別能力強、診斷準確性高、靈活以及價廉等優(yōu)點，已經(jīng)成為當代醫(yī)學圖像診斷中的首選技術。眼科超聲診斷儀是超聲診斷中的一種專科設備，它可以用來診斷視網(wǎng)膜脫落、眼內和眼眶腫瘤、玻璃體混濁、出血、眼底病變及眼內異物等疾病。近年來，隨著數(shù)字信號處理、硬件軟件設計能力以及材料學等方面的快速發(fā)展，眼科超聲診斷儀在多方面都有了長足的進步。這其中數(shù)字化眼科超聲診斷儀是發(fā)展的重點。 本文從超聲診斷儀原理及設計入手，著重描述了該系統(tǒng)的軟硬件結構，同時對超聲信號進行數(shù)字化處理的各個子模塊進行了介紹，并結合各種數(shù)字信號處理方法的特點，對現(xiàn)成可編程門陣列的結構特點、編程原理及設計流程作了簡單介紹。在此基礎上，著重討論了FIR濾波器的設計并得以在FPGA實現(xiàn)，應用于信號處理各子模塊中。最后通過構建實驗模型驗證了系統(tǒng)各階段信號處理的有效性。對正常人體眼球田眼眶進行檢測，獲得了很好的回波信號。本設計對眼科高頻超聲回波信號具有良好的實時處理能力，達到了設計要求，具有良好的應用前景。
上傳時間： 2013-06-05
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《計算機組成原理》是計算機系的一門核心課程。但是它涉及的知識面非常廣，內容包括中央處理器、指令系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、總線和輸入輸出系統(tǒng)等方面，學生在學習該課程時，普遍覺得內容抽象難于理解。但借助于該計算機組成原理實驗系統(tǒng)，學生通過實驗環(huán)節(jié)，可以進一步融會貫通學習內容，掌握計算機各模塊的工作原理，相互關系的來龍去脈。 為了增強實驗系統(tǒng)的功能，提高系統(tǒng)的靈活性，降低實驗成本，我們采用FPGA芯片技術來徹底更新現(xiàn)有的計算器組成原理實驗平臺。該技術可根據(jù)用戶要求為芯片加載由VHDL語言所編寫出的不同的硬件邏輯，F(xiàn)PGA芯片具有重復編程能力，使得系統(tǒng)內硬件的功能可以像軟件一樣被編程，這種稱為“軟”硬件的全新系統(tǒng)設計概念，使實驗系統(tǒng)具有極強的靈活性和適應性。它不僅使該系統(tǒng)性能的改進和擴充變得十分簡易和方便，而且使學生自己設計不同的實驗變?yōu)榭赡堋Ｓ嬎銠C組成原理實驗的最終目的是讓學生能夠設計CPU，但首先，學生必須知道CPU的各個功能部件是如何工作，以及相互之間是如何配合構成CPU的。因此，我們必須先設計出一個教學用的以FPGA芯片為核心的硬件平臺，然后在此基礎上開發(fā)出VHDL部件庫及主要邏輯功能，并設計出一套實驗。 本文重點研究了基于FPGA芯片的VHDL硬件系統(tǒng)，由于VHDL的高標準化和硬件描述能力，現(xiàn)代CPU的主要功能如計算，存儲，I/O操作等均可由VHDL來實現(xiàn)。同時設計實驗內容，包括時序電路的組成及控制原理實驗、八位運算器的組成及復合運算實驗、存儲器實驗、數(shù)據(jù)通路實驗、浮點運算器實驗、多流水線處理器實驗等，這些實驗形成一個相互關聯(lián)的系統(tǒng)。每個實驗先由教師講解原理及原理圖，學生根據(jù)教師提供的原理圖，自己用MAX+PLUSII完成電路輸入，學生實驗實際上是編寫VHDL，不需要寫得很復雜，只要能調用接口，然后將程序燒入平臺，這樣既不會讓學生花太多的時間在畫電路圖上，又能讓學生更好的理解每個部件的工作原理和工作過程。 論文首先研究分析了FPGA硬件實驗平臺，即實驗系統(tǒng)的硬件組成。系統(tǒng)采用FPGA-XC4010EPC84，62256CPLD以及其他外圍芯片(例如74LS244，74LS275)組成。根據(jù)不同的實驗要求，規(guī)劃不同實驗控制邏輯。用戶可選擇不同的實驗邏輯，通過把實驗邏輯下載到FPGA芯片中構成自己的實驗平臺。 其次，論文詳細的闡述了VHDL模塊化設計，如何運用VHDL技術來依次實現(xiàn)CPU的各個功能部件。VHDL語言作為一種國際標準化的硬件描述語言，自1987年獲得IEEE批準以來，經(jīng)過了1993年和2001年兩次修改，至今已被眾多的國際知名電子設計自動化(EDA)工具研發(fā)商所采用，并隨同EDA設計工具一起廣泛地進入了數(shù)字系統(tǒng)設計與研發(fā)領域，目前已成為電子業(yè)界普遍接受的一種硬件設計技術。再次，論文針對實驗平臺中遇到的較為棘手的多流水線等問題，也進行了深入的闡述和剖析。學生需要什么樣的實驗條件，實驗內容及步驟才能了解當今CPU所采用的核心技術，才能掌握CPU的設計，運行原理。另外，本論文的背景是需要學生熟悉基本的VHDL知識或技能，因為實驗是在編寫VHDL代碼的前提下完成的。 本文在基于實驗室的環(huán)境下，基本上較為完整的實現(xiàn)了一個基于FPGA的實驗平臺方案。在此基礎上，進行了部分功能的測試和部分性能方面的分析。本論文的研究，為FPGA在實際系統(tǒng)中的應用提供研究思路和參考方案。論文的研究結果將對FPGA與VHDL標準的進一步發(fā)展具有重要的理論和現(xiàn)實意義。
上傳時間： 2013-04-24
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光斑質心檢測系統(tǒng)是APT精跟蹤伺服系統(tǒng)的關鍵技術之一，目前的光斑檢測系統(tǒng)大多是基于PC機的，存在著高速實時性、穩(wěn)定性問題。在總結各種檢測算法的基礎上，本文提出了基于FPGA的圖像處理算法，實現(xiàn)了激光光斑中心的高速實時檢測。 文中主要采用3×3窗口模塊和自適應閾值模塊，先對CCD輸入數(shù)據(jù)進行處理，判斷光斑的范圍，然后再運用光斑的質心算法對光斑所占的像元進行運算，得出光斑位置的脫靶量，最后用VGA格式將圖像顯示在LCD上。本文達到了的3000幀/s的脫靶量幀速，精度為2urad的技術指標，實現(xiàn)了高速率、高精度的精跟蹤要求。
標簽： 實時圖像采集 處理系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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本文在深入分析紅外焦平面陣列熱成像系統(tǒng)工作原理的基礎上，根據(jù)紅外圖像處理系統(tǒng)的實際應用，研究了相應的圖像處理算法，為使其實時實現(xiàn)，本文對算法基于FPGA的高效硬件實現(xiàn)進行了深入研究。首先對IRFRA器件的工作原理和讀出電路結構進行了分析，敘述了相應的驅動電路設計原理和相關模擬電路的處理技術。然后，以本文設計的基于FPGA高速紅外圖像處理硬件系統(tǒng)為運行平臺，針對紅外溫差成像圖像高背景、低對比度的特點和系統(tǒng)中主要存在的非均勻性圖案噪聲，研究了非均勻性校正和直方圖投影增強算法的實時實現(xiàn)技術。還將基于FPGA的紅外圖像處理的實現(xiàn)技術，拓展到一些空域、頻域及基于直方圖的圖像處理基本算法。其中以紅外增強算法作為重點，引入了一種易于FPGA實現(xiàn)、基于雙閾值調節(jié)、可有效改善系統(tǒng)成像質量的增強算法。并在FPGA硬件平臺上成功地實現(xiàn)了該算法。最后，本系統(tǒng)還將處理后的圖像數(shù)據(jù)轉化成了全電視信號，實時地顯示在監(jiān)視器上。實驗結果表明，本文設計的系統(tǒng)，能夠很好地完成大容量數(shù)據(jù)流的實時處理，有效地改善了圖像質量，顯著提高了圖像顯示效果。
上傳時間： 2013-07-02
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隨著紅外焦平面陣列的不斷發(fā)展，紅外技術的應用范圍將越來越廣泛。焦平面面陣探測器的一個最大的缺點是固有的非均勻性。本文首先介紹了紅外熱成像技術的發(fā)展，討論了紅外焦平面陣列的基本原理和工作方式，分析了紅外非均勻性產(chǎn)生的原因。其次研究了幾種主要的非均勻校正方法以及焦平面陣列元的盲元檢測和補償?shù)姆椒ǎ瑢t外圖像處理技術做了研究。 本文研究的探測器是法國ULIS公司的320×240非制冷微測輻射熱計焦平面陣列探測器。主要研究對其輸出信號進行非均勻性校正和圖像增強。最后針對這一課題編寫了基于FPGA的兩點校正、兩點加一點校正、全局非均勻校正算法和紅外圖像直方圖均衡化增強程序，并對三種校正方法做了比較。
上傳時間： 2013-08-03
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隨著微電子技術和計算機技術的迅猛發(fā)展，尤其是現(xiàn)場可編程器件的出現(xiàn)，為滿足實時處理系統(tǒng)的要求，誕生了一種新穎靈活的技術——可重構技術。它采用實時電路重構技術，在運行時根據(jù)需要，動態(tài)改變系統(tǒng)的電路結構，從而使系統(tǒng)既有硬件優(yōu)化所能達到的高速度和高效率，又能像軟件那樣靈活可變，易于升級，從而形成可重構系統(tǒng)。可重構系統(tǒng)的關鍵在于電路結構可以動態(tài)改變，這就需要有合適的可編程邏輯器件作為系統(tǒng)的核心部件來實現(xiàn)這一功能。 論文利用可重構技術和“FD-ARM7TDMLCSOC”實驗板的可編程資源實現(xiàn)了一個8位微程序控制的“實驗CPU”，將“實驗CPU”與實驗板上的ARMCPU構成雙內核CPU系統(tǒng)，并對雙內核CPU系統(tǒng)的工作方式和體系結構進行了初步研究。 首先，文章研究了8位微程序控制CPU的開發(fā)實現(xiàn)。通過設計實驗CPU的系統(tǒng)邏輯圖，來確定該CPU的指令系統(tǒng)，并給出指令的執(zhí)行流程以及指令編碼。“實驗CPU”采用的是微程序控制器的方式來進行控制，因此進行了微程序控制器的設計，即微指令編碼的設計和微程序編碼的設計。為利用可編程資源實現(xiàn)該“實驗CPU”，需對“實驗CPU”進行VHDL描述。 其次，文章進行了“實驗CPU”綜合下載與開發(fā)。文章中使用“Synplicity733”作為綜合工具和“Fastchip3.0”作為開發(fā)工具。將“實驗CPU”的VHDL描述進行綜合以及下載，與實驗箱上的ARMCPU構成雙內核CPU，實現(xiàn)了基于可重構技術的雙內核CPU的系統(tǒng)。根據(jù)實驗板的具體環(huán)境，文章對雙內核CPU系統(tǒng)存在的關鍵問題，如“實驗CPU”的內存讀寫問題、微程序控制器的實現(xiàn)，以及“實驗CPU'’框架等進行了改進，并通過在開發(fā)工具中添加控制模塊和驅動程序來實現(xiàn)系統(tǒng)工作方式的控制。 最后，文章對雙核CPU系統(tǒng)進行了功能分析。經(jīng)分析，該系統(tǒng)中兩個CPU內核均可正常運行指令、執(zhí)行任務。利用實驗板上的ARMCPU監(jiān)視用“實驗CPU”的工作情況，如模擬“實驗CPU”的內存，實現(xiàn)機器碼運行，通過串行口發(fā)送的指令來完成單步運行、連續(xù)運行、停止、“實驗CPU"指令文件傳送、“實驗CPU"內存修改、內存察看等工作，所有結果可顯示在超級終端上。該系統(tǒng)通過利用ARMCPU來監(jiān)控可重構CPU，研究雙核CPU之間的通信，嘗試新的體系結構。
上傳時間： 2013-04-24
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圖像增強技術是數(shù)字圖像處理領域中的一項重要內容，隨著數(shù)字圖像處理應用領域的不斷擴大，快速、實時圖像處理技術成為研究的熱點。超大規(guī)模集成電路技術的飛速發(fā)展為數(shù)字圖像實時處理技術提供了硬件基礎，尤其是FPGA(Field Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)憑借其高速并行、可重配置的架構和基于查找表的獨特結構等優(yōu)點使得在數(shù)字信號處理領域的應用持續(xù)上升。國內外，越來越多的實時圖像處理應用逐漸轉向FPGA平臺。 本文基于FPGA的圖像增強技術研究主要是針對空間域方法，這種方法是指在空間域內直接對像素灰度值進行運算處理，算法簡單并且存在并行性，非常適合于用硬件實現(xiàn)。FPGA可以靈活地實現(xiàn)并行、實時處理圖像數(shù)據(jù)，正是利用這一特點，本文提出了一種基于FPGA的圖像增強處理系統(tǒng)設計。該系統(tǒng)采用SOPC技術，完成圖像增強處理。文中給出了系統(tǒng)設計思路，并分析了該系統(tǒng)的結構及功能實現(xiàn)，說明了系統(tǒng)實現(xiàn)過程。其硬件平臺的核心部分是Altera公司Stratix系列的．FPGA EPlS40芯片，采用自頂向下的設計方法構造圖像增強處理功能模塊，利用硬件描述語言vHDL對圖像增強模塊進行電路描述，并進行設計優(yōu)化、仿真，在生成系統(tǒng)配置文件后加載到FPGA上進行板級調試。完成了基于FPGA的圖像增強算法模塊的設計，重點設計實現(xiàn)了點運算增強處理模塊、中值濾波器模塊，并對中值濾波器進行了改進設計實現(xiàn)，采用FPGA完成了對圖像增強算法的硬件加速。
上傳時間： 2013-06-16
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文中簡單闡述了紅外輻射機理，論述了紅外焦平面陣列技術的發(fā)展狀況。紅外成像系統(tǒng)，尤其是紅外焦平面陣列，由于探測器材料和制造工藝的原因，各像素點之間的靈敏度存在差別，甚至存在一些缺陷點，各個探測單元特征參數(shù)不完全一致，因而存在著較大的非均勻性，降低了圖像的分辨率，影響了紅外成像系統(tǒng)的有效作用距離。實時非均勻性校正是提高和改善紅外圖像質量的一項重要技術。 論文建立了描述其非均勻性的數(shù)學模型，分析了紅外焦平面陣列非均勻性產(chǎn)生的原因及特點，討論了幾種常用的非均勻性校正的方法，指出了其各自的優(yōu)缺點和適應場合。 根據(jù)紅外探測器光譜響應的特點和基于參考源的兩點溫度非均勻性校正理論，采用FPGA+DSP實現(xiàn)紅外成像系統(tǒng)實時非均勻性兩點校正，設計完成了相應的紅外焦平面陣列非均勻性校正硬件電路。對該系統(tǒng)中各個模塊的功能及電路實現(xiàn)進行了詳細的描述，并給出了相應的結構框圖。同時給出了該圖像處理器的部分軟件流程圖。該方法動態(tài)范圍大而且處理速度快，適用于紅外成像系統(tǒng)實時的圖像處理場合。實踐表明，該方案取得了較為滿意的結果。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著多媒體編碼技術的發(fā)展，視頻壓縮標準在很多領域都得到了成功應用，如視頻會議(H.263)、DVD(MPEG-2)、機頂盒(MPEG-2)等等，而網(wǎng)絡帶寬的不斷提升和高效視頻壓縮技術的發(fā)展使人們逐漸把關注的焦點轉移到了寬帶網(wǎng)絡數(shù)字電視(IPTV)、流媒體等基于傳輸?shù)臉I(yè)務上來。帶寬的增加為流式媒體的發(fā)展鋪平了道路，而高效的視頻壓縮標準的出臺則是流媒體技術發(fā)展的關鍵。H.264/AVC是由國際電信聯(lián)合會和國際標準化組織共同發(fā)展的下一代視頻壓縮標準之一。新標準中采用了新的視頻壓縮技術，如多模式幀間預測、1/4像素精度預測、整數(shù)DCT變換、變塊尺寸運動補償、基于上下文的二元算術編碼(CABAC)、基于上下文的變長編碼(CAVLC)等等，這些技術的采用大大提高了視頻壓縮的效率，更有利于寬帶網(wǎng)絡數(shù)字電視(IPTV)、流媒體等基于傳輸?shù)臉I(yè)務的實現(xiàn)。 本文主要根據(jù)視頻會議應用的需要對JM8.6代碼進行優(yōu)化，目標是實現(xiàn)基于Baseline的低復雜度的CIF編碼器，并對部分功能模塊進行電路設計。在設計方法上采用自頂向下的設計方法，首先對H.264編碼器的C代碼和算法進行優(yōu)化，并對優(yōu)化后的結果進行測試比較，結果顯示在圖像質量沒有明顯降低的情況下，H.264編碼器編碼CIF格式視頻每秒達到15幀以上，滿足了視頻會議應用的實時性要求。然后，以C模型為參考對H.264編碼器的部分功能模塊電路進行設計。采用Verilog HDL實現(xiàn)了這些模塊，并在Quartus Ⅱ中進行了綜合、仿真、驗證。主要完成了Zig-zag掃描和CAVLC模塊的設計，詳細說明模塊的工作原理和過程，然后進行多組的仿真測試，結果與C模型相應部分的結果一致，證明了設計的正確性。
上傳時間： 2013-06-11
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基于微處理器的數(shù)字PID控制器改變了傳統(tǒng)模擬PID控制器參數(shù)整定不靈活的問題。但是常規(guī)微處理器容易在環(huán)境惡劣的情況下出現(xiàn)程序跑飛的問題，如果實現(xiàn)PID軟算法的微處理器因為強干擾或其他原因而出現(xiàn)故障，會引起輸出值的大幅度變化或停止響應。而FPGA的應用可以從本質上解決這個問題。因此，利用FPGA開發(fā)技術，實現(xiàn)智能控制器算法的芯片化，使之能夠廣泛的用于各種場合，具有很大的應用意義。 首先分析FPGA的內部結構特點，總結FPGA設計技術及開發(fā)流程，指出實現(xiàn)結構優(yōu)化設計，降低設計難度，是擴展設計功能、提高芯片性能和產(chǎn)品性價比的關鍵。控制系統(tǒng)由四個模塊組成，主要包括核心控制器模塊、輸入輸出模塊以及人機接口。其中控制器部分為系統(tǒng)的關鍵部件。在分析FPGA設計結構類型和特點的基礎上，提出一種基于FPGA改進型并行結構的PID溫度控制器設計方法。在PID算法與FPGA的運算器邏輯映像過程中，采用將補碼的加法器代替減法器設計，增加整數(shù)運算結果的位擴展處理，進行不同數(shù)據(jù)類型的整數(shù)歸一化等不同角度的處理方法融合為一體，可以有效地減少邏輯運算部件。應用Ouartus Ⅱ圖形輸入與Verilog HDL語言相結合設計實現(xiàn)了PID控制器，用Modelsim仿真驗證了設計結果的正確性，用Synplify Pro進行電路綜合，在Quaitus Ⅱ軟件中實現(xiàn)布局布線，最后生成FPGA的編程文件。根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，論文設計完成了12位模數(shù)AD轉換器、數(shù)據(jù)顯示器、按鍵等相關外圍接口電路。 將一階、純滯后、大慣性電阻爐溫作為控制對象，以EP1C3T144 FPGA為核心，構建PID控制系統(tǒng)。在采用Pt100溫度傳感器、分辨率為2℃、最大溫度控制范圍0～400℃的條件下，實驗結果表明，達到無超調的穩(wěn)定控制要求，為降低FPGA實現(xiàn)PID控制器的設計難度提供了有效的方法。
上傳時間： 2013-05-24
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