傳統的數控系統采用的大多是專用的封閉式結構，它能提供給用戶的選擇有限，用戶無法對現有數控設備的功能進行修改以滿足自己的特殊要求；各種廠商提供給用戶的操作方式各不相同，用戶在培訓人員、設備維護等方面要投入大量的時間和資金。這些問題嚴重阻礙了CNC制造商、系統集成者和用戶采用快速而有創造性的方法解決當今制造環境中數控加工和系統集成中的問題。隨著電子技術和計算機技術的高速發展，數控技術正朝向柔性化、智能化和網絡化的方向發展。針對數控系統已存在的問題和未來發展的趨勢，本文致力于建立一個適合現場加工特征的開放結構數控平臺，使系統具備軟硬件可重構的柔性特征，同時把監控診斷和網絡模塊融入數控系統的框架體系之內，滿足智能化和網絡化的要求。 本文在深入研究嵌入式系統技術的基礎上，引入可重構的設計方法，選擇具體的硬件平臺和軟件平臺進行嵌入式可重構數控系統平臺的研發。硬件結構以MOTOROLA的高性能32位嵌入式處理器MC68F375和ALTERA的現場可編程門陣列(FPGA)芯片為核心，配以系統所需的外圍模塊；軟件系統以性能卓越的VxWorks嵌入式實時操作系統為核心，開發所需要的應用軟件，將VxWorks嵌入式實時操作系統擴展為一個完整、實用的嵌入式數控系統。該系統不僅具有可靠性高、穩定性好、功能強的優點，而且具有良好的可移植性和軟硬件可裁減性，便于根據實際需求進行功能的擴展和重構。 本論文的主要研究工作如下： (1)深入研究了以高性能微處理器MC68F375為核心的主控制板的硬件電路設計，以及存儲、采集、通訊和網絡等模塊的設計。 (2)深入研究了基于FPGA的串行配置方法和可重構設計方法，設計出基于FPGA的電機運動控制、機床IO控制、鍵盤陣列和液晶顯示控制等接口模塊電路。 (3)深入研究了VxWorks嵌入式實時操作系統在硬件平臺上的移植和任務調度原理，合理分配控制系統的管理任務，開發系統的底層驅動程序和應用程序。 最后，本文總結了系統的開發工作，并對嵌入式可重構數控系統的進一步研究提出了自己的一些想法，以指引后續研究工作。
上傳時間： 2013-04-24
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可靠通信要求消息從信源到信宿盡量無誤傳輸，這就要求通信系統具有很好的糾錯能力，如使用差錯控制編碼。自仙農定理提出以來，先后有許多糾錯編碼被相繼提出，例如漢明碼，BCH碼和RS碼等，而C。Berrou等人于1993年提出的Turbo碼以其優異的糾錯性能成為通信界的一個里程碑。 然而，Turbo碼迭代譯碼復雜度大，導致其譯碼延時大，故而在工程中的應用受到一定限制，而并行Turbo譯碼可以很好地解決上述問題。本論文的主要工作是通過硬件實現一種基于幀分裂和歸零處理的新型并行Turbo編譯碼算法。論文提出了一種基于多端口存儲器的并行子交織器解決方法，很好地解決了并行訪問存儲器沖突的問題。 本論文在現場可編程門陣列(FPGA)平臺上實現了一種基于幀分裂和籬笆圖歸零處理的并行Turbo編譯碼器。所實現的并行Turbo編譯碼器在時鐘頻率為33MHz，幀長為1024比特，并行子譯碼器數和最大迭代次數均為4時，可支持8.2Mbps的編譯碼數掘吞吐量，而譯碼時延小于124us。本文還使用EP2C35FPGA芯片設計了系統開發板。該開發板可提供高速以太網MAC／PHY和PCI接口，很好地滿足了通信系統需求。系統測試結果表明，本文所實現的并行Turbo編譯碼器及其開發板運行正確、有效且可靠。 本論文主要分為五章，第一章為緒論，介紹Turbo碼背景和硬件實現相關技術。第二章為基于幀分裂和歸零的并行Turbo編碼的設計與實現，分別介紹了編碼器和譯碼器的RTL設計，還提出了一種基于多端口存儲器的并行子交織器和解交織器設計。第三章討論了使用NIOS處理器的SOC架構，使用SOC架構處理系統和基于NIOSII處理器和uC／0S一2操作系統的架構。第四章介紹了FPGA系統開發板設計與調試的一些工作。最后一章為本文總結及其展望。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著集成電路的設計規模越來越大，FPGA為了滿足這種設計需求，其規模也越做越大，傳統平面結構的FPGA無法滿足實際設計需求。首先是硬件設計上的很難控制，其次就是計算機軟件面臨很大挑戰，所有復雜問題全部集中到布局布線(P&R)這一步，而實際軟件處理過程中，P&R所占的時間比例是相當大的。為了緩解這種軟件和硬件的設計壓力，多層次化結構的FPGA得以采用。所謂層次化就是可配置邏輯單元內部包含多個邏輯單元(相對于傳統的單一邏輯單元)，并且內部的邏輯單元之間共享連線資源，這種結構有利于減少芯片面積和提高布通率。與此同時，FPGA的EDA設計流程也多了一步，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，該步驟既可以認為是工藝映射的后處理，也可認為是布局和布線模塊的預處理，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)外部的線網數和外部使用的引腳數，從而達到減少布線所需的通道數。該算法和以前的算法相比較，無論從面積，還是通道數方面都有一定的改進。算法的時間復雜度仍然是線性的。與此同時本文還對FPGA的可配置邏輯單元內部連線資源做了分析，如何設計可配置邏輯單元內部的連線資源來達到即減少面積又保證芯片的步通率，同時還可以提高運行速度。 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，而無法實現某些特定電路原型驗證。該算法綜合考慮影響多塊芯片性能的各個因數，采用較好的目標函數來達到較優結果。
上傳時間： 2013-04-24
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在數字通信中，采用差錯控制技術(糾錯碼)是提高信號傳輸可靠性的有效手段，并發揮著越來越重要的作用。糾錯碼主要有分組碼和卷積碼兩種。在碼率和編碼器復雜程度相同的情況下，卷積碼的性能優于分組碼。 卷積碼的譯碼方法主要有代數譯碼和概率譯碼。代數譯碼是基于碼的代數結構；而概率譯碼不僅基于碼的代數結構，還利用了信道的統計特性，能充分發揮卷積碼的特點，使譯碼錯誤概率達到很小。 卷積碼譯碼器的設計是由高性能的復雜譯碼器開始的，對于概率譯碼最初的序列譯碼，隨著譯碼約束長度的增加，其譯碼錯誤概率可達到非常小。后來慢慢地向低性能的簡單譯碼器演化，對不太長的約束長度，維特比(Viterbi)算法是非常實用的。維特比算法是一種最大似然的譯碼方法。當編碼約束度不太大(小于等于10)或者誤碼率要求不太高(約10-5)時，Viterbi譯碼算法效率很高，速度很快，譯碼器也較簡單。 目前，卷積碼在數傳系統，尤其是在衛星通信、移動通信等領域已被廣泛應用。 本論文對卷積碼編碼和Viterbi譯碼的設計原理及其FPGA實現方案進行了研究。同時，將交織和解交織技術應用于編碼和解碼的過程中。 首先，簡要介紹了卷積碼的基礎知識和維特比譯碼算法的基本原理，并對硬判決譯碼和軟判決譯碼方法進行了比較。其次，討論了交織和解交織技術及其在糾錯碼中的應用。然后，介紹了FPGA硬件資源和軟件開發環境Quartus Ⅱ，包括數字系統的設計方法和設計規則。再有，對基于FPGA的維特比譯碼器各個模塊和相應算法實現、優化進行了研究。最后，在Quartus Ⅱ平臺上對硬判決譯碼和軟判決譯碼以及有無交織等不同情況進行了仿真，并根據仿真結果分析了維特比譯碼器的性能。 分析結果表明，系統的誤碼率達到了設計要求，從而驗證了譯碼器設計的可靠性，所設計基于FPGA的并行Viterbi譯碼器適用于高速數據傳輸的場合。
上傳時間： 2013-04-24
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目前，數字信號處理廣泛應用于通信、雷達、聲納、語音與圖像處理等領域，信號處理算法理論己趨于成熟，但其具體硬件實現方法卻值得探討。FPGA是近年來廣泛應用的超大規模、超高速的可編程邏輯器件，由于其具有高集成度、高速、可編程等優點，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，在超高速信號處理和實時測控方面有非常廣泛的應用。本文對FPGA的數據采集與處理技術進行研究，基于FPGA在數據采樣控制和信號處理方面的高性能和單片系統發展的新熱點，把FPGA作為整個數據采集與處理系統的控制核心。主要研究內容如下： FPGA的單片系統研究。針對數據采集與處理，對FPGA進行選型，設計了基于FPGA的單片系統的結構。把整個控制系統分為三個部分：多通道采樣控制模塊，數據處理模塊，存儲控制模塊。 多通道采樣控制模塊的設計。利用4片AD7506和一片AD7862對64路模擬量進行周期采樣，分別設計了通道選擇控制模塊和A/D轉換控制模塊，并進行了仿真，完成了基于FPGA的多通道采樣控制。 數據處理模塊的設計。FFT算法在數字信號處理中占有重要的地位，因此本文研究了FFT的硬件實現結構，提出了用FPGA實現FFT的一種設計思想，給出了總體實現框圖。分別設計了旋轉因子復數乘法器，碟形運算單元，存儲器，控制器，并分別進行了仿真。重點設計實現了FFT算法中的蝶形處理單元，采用了一種高效乘法器算法設計實現了蝶形處理單元中的旋轉因子乘法器，從而提高了蝶形處理器的運算速度，降低了運算復雜度。理論分析和仿真結果表明，狀態機控制器成功地對各個模塊進行了有序、協調的控制。 存儲控制模塊的設計。利用閃存芯片K9K1G08UOA對采集處理后的數據進行存儲，設計了FPGA與閃存的硬件連接，設計了存儲控制模塊。 本文對FFT算法的硬件實現進行了研究，結合單片系統的特點，把整個系統分為多通道采樣控制模塊，數據處理模塊，存儲控制模塊進行設計和仿真。設計采用VHDL編寫程序的源代碼。仿真測試結果表明，此FPGA單片系統可完成對實時信號的高速采集與處理。
上傳時間： 2013-07-06
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本文介紹了一種用單片機AT89C2501 來控制的樓宇直按可視對講門鈴系統的工作原理，并給出了其完整的硬件電路和軟件的設計方案與實現方法。關鍵詞：可視對講門鈴；單片機；音頻和視頻信號城
上傳時間： 2013-07-27
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隨著科學技術的發展，指紋識別技術被廣泛應用到各種不同的領域。對于一般的指紋識別系統，其設計要求具有很高的實時性和易用性，因此識別算法應該具有較低的復雜度，較快的運算速度，從而滿足實時性的要求。所以有必要根據不同的識別算法采用不同的實現平臺，使得指紋識別系統具有較高的可靠性、實時性、有效性等性能要求。 SOPC片上可編程系統和嵌入式系統是當前電子設計領域中最熱門的概念。NiosⅡ是Altera．公司開發的一種采用流水線技術、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入到FPGA內部，與用戶自定義邏輯組建成一個基于FPGA的片上專用系統。 本文在綜合考慮各種應用情況的基礎上，以網絡技術、數據庫技術、指紋識別技術和嵌入式系統技術為理論基礎，提出了一種有效可行的系統架構方案。對指紋識別技術中各個環節的算法和原理進行了深入研究，合理的改進了部分指紋識別算法；同時為了提高系統的實時性，采用NiosⅡ嵌入式處理器和FPGA硬件模塊實現指紋圖像處理主要算法。論文主要包括以下幾個方面： 1、對指紋圖像預處理、特征提取和特征匹配算法原理進行闡述，同時改進了指紋圖像的細化算法，提高了算法的性能，并設計了一套實用的指紋特征數據結構； 2、針對指紋圖像預處理模塊，包括圖像的歸一化、頻率提取、方向提取以及方向濾波，采用基于FPGA的硬件電路的方式實現。實驗結果表明，在保證系統誤識率較低、可靠性高的基礎上，大大提高了系統的執行速度； 3、改變了傳統的單枚指紋識別方法，提出采用多枚指紋唯一標識身份，大大降低了識別系統的誤識率； 4、改進了傳統的基于三角形匹配中獲取基準點的方法，同時結合可變界限盒思想進行指紋特征匹配。 5、結合COM+技術、數據庫技術和網絡技術，開發了后臺指紋特征匹配服務系統，實現了嵌入式指紋識別系統同數據庫的實時信息交換。 實驗結果表明，本文所提出的系統構架方案有效可行，基于FPGA的自動指紋識別系統在速度、功耗、擴展性等方面具有獨特的優勢，擁有廣闊的發展前景。
上傳時間： 2013-04-24
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紋理映射在計算機圖形計算中屬于光柵化階段，處理的是像素，主要的特點是數據的吞吐量大，對實時系統來說轉換的速度是一個關鍵的因素，人們尋求各種加速算法來提高運算速度。傳統的方法是用更快的處理器，并行算法或專用硬件。隨著數字技術的發展，尤其是可編程邏輯門陣列(FPGAs)的發展，提供了一種新的加速方法。FPGAs在密度和性能上都有突破性的發展，當前的FPGA芯片已經能夠運算各種圖形算法，而在速度上與專用的圖形卡硬件相同。因此，FPGA芯片非常適合這項工作。 本文主要工作包括以下幾個方面： 1、本文提出了一種MIPmapping紋理映射優化方法，改進了MIPmapping映射細化層次算法及紋理圖像的存儲方式，減少紋理尋址的計算量，提高紋理存儲的相關性。詳細內容請閱讀第三章。 2、提出了一種MIPmapping紋理映射優化方法的硬件實現方案，該方案針對移動設備對功耗和面積的要求，以及分辨率不高的特點，在參數空間到紋理地址的計算中用定點數來實現。詳細內容請閱讀第四章。 3、實現了紋理映射流水線單元紋理地址產生電路，及紋理濾波電路的FPGA設計，并給出設計的綜合和仿真結果。詳細內容請閱讀第五章4、實現了符合IEEE 754單精度標準的乘法、乘累加及除法運算器電路。乘法器采用改進型Booth編碼電路以減少部分積數量，用Wallace對部分積進行壓縮；乘累加器采用multiply-add fused算法，對關鍵路徑進行了優化；除法器為基于改進型泰勒級數展開的查找表結構實現，查找表尺寸只有208字節，電路為固定時延，在電路尺寸、延時及復雜度方面進行了較好的平衡。
上傳時間： 2013-04-24
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在過去的十幾年間，FPGA取得了驚人的發展：集成度已達到1000萬等效門、速度可達到400～500MHz。隨著FPGA的集成度不斷增大，在高密度FPGA中，芯片上時鐘的分布質量就變得越來越重要。時鐘延時和時鐘相位偏移已成為影響系統性能的重要因素?，F在，解決時鐘延時問題主要使用時鐘延時補償電路。 為了消除FPGA芯片內的時鐘延時，減小時鐘偏差，本文設計了內置于FPGA芯片中的延遲鎖相環，采用一種全數字的電路結構，將傳統DLL中的用模擬方式實現的環路濾波器和壓控延遲鏈改進為數字方式實現的時鐘延遲測量電路，和延時補償調整電路，配合特定的控制邏輯電路，完成時鐘延時補償。在輸入時鐘頻率不變的情況下，只需一次調節過程即可完成輸入輸出時鐘的同步，鎖定時間較短，噪聲不會積累，抗干擾性好。 在Smic0.18um工藝下，設計出的時鐘延時補償電路工作頻率范圍從25MHz到300MHz，最大抖動時間為35ps，鎖定時間為13個輸入時鐘周期。另外，完成了時鐘相移電路的設計，實現可編程相移，為用戶提供與輸入時鐘同頻的相位差為90度，180度，270度的相移時鐘；時鐘占空比調節電路的設計，實現可編程占空比，可以提供占空比為50/50的時鐘信號；時鐘分頻電路的設計，實現頻率分頻，提供1.5，2，2.5，3，4，5，8，16分頻時鐘。
上傳時間： 2013-07-06
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回波消除器廣泛應用于公用電話交換網(PSTN)、移動通信系統和視頻電話會議系統等多種語音通信領域。在PSTN系統中，由于線路阻抗不匹配，遠端語音信號通過混合線圈時產生一定泄漏，一部分信號又傳回遠端，產生線路回波，回波的存在會嚴重影響語音通信質量。本文主要針對線路回波進行研究，設計并實現了滿足實用要求的基于FPGA平臺的回波消除器。 首先，對回波產生原理和目前幾種常用回波消除算法進行了分析，在研究自適應回波消除器的各個模塊，特別是深入分析各種自適應濾波算法和雙講檢測算法，綜合考慮各種算法的運算復雜度和性能的情況下，這里采用NLMS算法實現自適應回波消除器。針對傳統雙講檢測算法在近端語音幅度較低情況下容易產生誤判的情況，給出一種基于子帶濾波器組的改進雙講檢測算法。 本文首先使用C語言實現回波消除器的各個模塊，其中包括自適應濾波器、遠端檢測、雙講檢測、非線性處理和舒適噪聲產生模塊。經過仿真測試，相關模塊算法能夠有效提高回波消除器性能。在此基礎上，本文使用硬件描述語言Veillog HDL，在QuartusⅡ和ModelSim軟件平臺上實現各功能模塊，并通過模塊級和系統級功能仿真以及時序仿真驗證，最終在現場可編程門陣列(Field Programmable Gate Arrav，FPGA)平臺上實現回波消除系統。本文詳細闡述了基于FPGA的設計流程與設計方法，并描述了自適應濾波器、基于分布式算法FIR濾波器、除法器和有限狀態機的設計過程。 根據ITU-T G.168標準提出的測試要求，本文塒基于FPGA設計實現的自適應回波消除系統進行大量主客觀測試。經過測試，各項性能指標均達到或超過G.168標準的要求，具有良好的回波消除效果。
上傳時間： 2013-06-18
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