GPS全球定位系統(tǒng)是美國(guó)國(guó)防部為軍事目的而建立的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其主要目的是解決海上、陸地和空中運(yùn)載工具的導(dǎo)航定位問題。GPS作為新一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，不僅具有全球、全天候、連續(xù)、高精度導(dǎo)航與定位能力，而且具有優(yōu)良的抗干擾性和保密性。因此，發(fā)展全球定位系統(tǒng)是當(dāng)今導(dǎo)航技術(shù)現(xiàn)代化的一個(gè)重要標(biāo)志。在GPS接收機(jī)中，為了得到導(dǎo)航電文并對(duì)其進(jìn)行解算，要完成復(fù)雜的信號(hào)處理過程。其中，怎樣捕獲到衛(wèi)星信號(hào)，并對(duì)C/A碼進(jìn)行跟蹤是研制GPS接收機(jī)的重要問題之一。本文在對(duì)GPS信號(hào)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入的分析后，結(jié)合FPGA的特點(diǎn)，對(duì)算法進(jìn)行設(shè)計(jì)及優(yōu)化后，給出了相應(yīng)的仿真。內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面： 1.對(duì)GPS信號(hào)結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生原理進(jìn)行了深入地分析，并對(duì)GPS信號(hào)的調(diào)制機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)地闡述。 2.在GPS信號(hào)的捕獲方面，采用了基于FFT頻域的快速捕獲的方法，即將接收到的GPS信號(hào)先利用快速傅立葉變換(FFT)變換到頻域，在頻域完成相應(yīng)的運(yùn)算后，再利用傅立葉反變換(IFFT)變換到時(shí)域。從而大大減少了計(jì)算量，加快了信號(hào)捕獲的速度，提高了捕獲性能。 3.在C/A碼跟蹤部分，本文采用了非相干延遲鎖定環(huán)對(duì)C/A碼進(jìn)行跟蹤。來自載波跟蹤環(huán)路的本地載波將輸入的信號(hào)變成基帶信號(hào)，然后分別和本地碼的三個(gè)不同相位序列進(jìn)行相乘，將相乘結(jié)果進(jìn)行累加，經(jīng)過處理將得到碼相位和當(dāng)前的載波頻率送到載波跟蹤環(huán)路。 4.載波跟蹤環(huán)，本文采用的是科斯塔斯環(huán)。載波跟蹤環(huán)和碼跟蹤環(huán)在結(jié)構(gòu)上相似，故本文只對(duì)關(guān)鍵的載波NCO進(jìn)行了仿真。 本文的創(chuàng)新點(diǎn)主要是使用FPGA對(duì)整個(gè)GPS信號(hào)的捕獲及C/A碼的跟蹤進(jìn)行設(shè)計(jì)。此外，根據(jù)FPGA的特點(diǎn)，在不改變外部硬件設(shè)計(jì)的前提下，改變相應(yīng)的IP核或相關(guān)的VHDL程序就可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行各種優(yōu)化設(shè)計(jì)，以適應(yīng)不同類型的GPS接收機(jī)的不同功能。
上傳時(shí)間： 2013-06-27
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本文介紹了一種用單片機(jī)AT89C2501 來控制的樓宇直按可視對(duì)講門鈴系統(tǒng)的工作原理，并給出了其完整的硬件電路和軟件的設(shè)計(jì)方案與實(shí)現(xiàn)方法。關(guān)鍵詞：可視對(duì)講門鈴；單片機(jī)；音頻和視頻信號(hào)城
上傳時(shí)間： 2013-07-27
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隨著圖像分辨率的越來越高，軟件實(shí)現(xiàn)的圖像處理無法滿足實(shí)時(shí)性的需求；同時(shí)FPGA等可編程器件的快速發(fā)展使得硬件實(shí)現(xiàn)圖像處理變得可行。如今基于FPGA的圖像處理研究成為了國(guó)內(nèi)外的一個(gè)熱門領(lǐng)域。 本文在FPGA平臺(tái)上，用Verilog HDL實(shí)現(xiàn)了一個(gè)研究圖像處理算法的可重復(fù)配置的硬件模塊架構(gòu)，架構(gòu)包括PC機(jī)預(yù)處理和通信軟件，控制模塊，計(jì)算單元，存儲(chǔ)器模塊和通信適配模塊五個(gè)部分。其中的計(jì)算模塊負(fù)責(zé)具體算法的實(shí)現(xiàn)，根據(jù)不同的圖像處理算法可以獨(dú)立實(shí)現(xiàn)。架構(gòu)為計(jì)算模塊實(shí)現(xiàn)了一個(gè)可添加、移出接口，不同的算法設(shè)計(jì)只要符合該接口就可以方便的加入到模塊架構(gòu)中來進(jìn)行調(diào)試和運(yùn)行。 在硬件架構(gòu)的基礎(chǔ)上本文實(shí)現(xiàn)了排序?yàn)V波，中值濾波，卷積運(yùn)算及高斯濾波，形態(tài)學(xué)算子運(yùn)算等經(jīng)典的圖像處理算法。討論了FPGA的圖像處理算法的設(shè)計(jì)方法及優(yōu)化策略，通過性能分析，F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)圖像處理在時(shí)間上比軟件處理有了很大的提高；通過結(jié)果的比較，發(fā)現(xiàn)FPGA的處理結(jié)果達(dá)到了軟件處理幾乎同等的效果水平。最后本文在實(shí)現(xiàn)較大圖片處理和圖像處理窗口的大小可配置性方面做了一定程度的討論和改進(jìn)，提高了算法的可用性，同時(shí)為進(jìn)一步的研究提供了更加便利的平臺(tái)。 整個(gè)設(shè)計(jì)都是在ISE8.2和ModelSim第三方仿真軟件環(huán)境下開發(fā)的，在xilinx的Spartan-3E XC3S500E硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。在軟件仿真過程中利用了ISE8.2自帶仿真工具和ModelSim結(jié)合使用。 本課題為制造FPGA的專用圖像處理芯片做了有益的探索性研究，為實(shí)現(xiàn)FPGA為核心處理芯片的實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)有著積極的作用。
標(biāo)簽： 圖像處理 算法研究 硬件設(shè)計(jì)
上傳時(shí)間： 2013-05-30
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由于旋轉(zhuǎn)變壓器的高精度高可靠性等特點(diǎn)，廣泛的應(yīng)用于如航空、航天、船舶、兵器、雷達(dá)、通訊等領(lǐng)域。旋轉(zhuǎn)變壓器輸出模擬量交流信號(hào)，經(jīng)過數(shù)字處理轉(zhuǎn)換為數(shù)字角度信號(hào)才能進(jìn)入計(jì)算機(jī)或其他控制系統(tǒng)，而這種數(shù)字處理比較復(fù)雜，采用專用的旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片想達(dá)到理想的精度通常需要較高的成本，限制了它在其他領(lǐng)域的應(yīng)用。傳統(tǒng)的角測(cè)量系統(tǒng)面臨的問題有：體積、重量、功耗偏大，調(diào)試、誤差補(bǔ)償試驗(yàn)復(fù)雜，費(fèi)用較高。 現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)是近年來迅速發(fā)展起來的新型可編程器件。隨著它的不斷應(yīng)用和發(fā)展，也使電子設(shè)計(jì)的規(guī)模和集成度不斷提高。同時(shí)也帶來了電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)思想的不斷推陳出新。 本文的目的是研究利用FPGA實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)變壓器的硬件解碼算法，設(shè)計(jì)基于FPGA的旋轉(zhuǎn)變壓器解碼系統(tǒng)。 在本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，通過FPGA芯片產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)變壓器的激勵(lì)信號(hào)，再控制A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)旋轉(zhuǎn)變壓器的模擬信號(hào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣和轉(zhuǎn)換，并對(duì)轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，使用基于CORDIC算法流水線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的反正切函數(shù)模塊解算出偏轉(zhuǎn)角θ，最后通過串行口將解算的偏差角數(shù)據(jù)輸出。本文還分析了該系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因和提高系統(tǒng)精度的方法。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)變壓器解碼器的硬件組成和軟件實(shí)現(xiàn)基本能夠較精確的完成上述的信號(hào)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)運(yùn)算。
標(biāo)簽： FPGA 旋轉(zhuǎn)變壓器 解碼 算法
上傳時(shí)間： 2013-05-23
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采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)可以快速實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路，但是用于生成FPGA編程的比特流文件的CAD工具在編制大規(guī)模電路時(shí)常常需要數(shù)小時(shí)的時(shí)間，以至于許多設(shè)計(jì)者甚至通過在給定FPGA上采用更多的資源，或者以犧牲電路速度為代價(jià)來提高編制速度。電路編制過程中大部分時(shí)間花費(fèi)在布線階段，因此有效的布線算法能極大地減少布線時(shí)間。 許多布線算法已經(jīng)被開發(fā)并獲得應(yīng)用，其中布爾可滿足性(SAT)布線算法及幾何查找布線算法是當(dāng)前最為流行的兩種。然而它們各有缺點(diǎn)：基于SAT的布線算法在可擴(kuò)展性上有很大缺陷；幾何查找布線算法雖然具有廣泛的拆線重布線能力，但當(dāng)實(shí)際問題具有嚴(yán)格的布線約束條件時(shí)，它在布線方案的收斂方面存在很大困難。基于此，本文致力于探索一種能有效解決以上問題的新型算法，具體研究工作和結(jié)果可歸納如下。 1、在全面調(diào)查FPGA結(jié)構(gòu)的最新研究動(dòng)態(tài)的基礎(chǔ)上，確定了一種FPGA布線結(jié)構(gòu)模型，即一個(gè)基于SRAM的對(duì)稱陣列(島狀)FPGA結(jié)構(gòu)作為研究對(duì)象，該模型僅需3個(gè)適合的參數(shù)即能表示布線結(jié)構(gòu)。為使所有布線算法可在相同平臺(tái)上運(yùn)行，選擇了美國(guó)北卡羅來納州微電子中心的20個(gè)大規(guī)模電路作為基準(zhǔn)，并在布線前采用VPR399對(duì)每個(gè)電路都生成30個(gè)布局，從而使所有的布線算法都能夠直接在這些預(yù)制電路上運(yùn)行。 2、詳細(xì)研究了四種幾何查找布線算法，即一種基本迷宮布線算法Lee，一種基于協(xié)商的性能驅(qū)動(dòng)的布線算法PathFinder，一種快速的時(shí)延驅(qū)動(dòng)的布線算法VPR430和一種協(xié)商A
上傳時(shí)間： 2013-05-18
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當(dāng)今的船用導(dǎo)航雷達(dá)具有數(shù)字化、多功能、高性能、多接口、網(wǎng)絡(luò)化。同時(shí)要求具有高可靠性、高集成度、低成本，信號(hào)處理單元的小型化，產(chǎn)品更新周期短。要同時(shí)滿足上述需求，高集成度的器件應(yīng)用是必須的。同時(shí)開發(fā)周期要短，需求軟件的可移植性要強(qiáng)，并且是模塊化設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列器件(FPGA)已經(jīng)成為設(shè)計(jì)首選。 現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列是基于通過可編程互聯(lián)連接的可配置邏輯塊(CLB)矩陣的可編程半導(dǎo)體器件。與為特殊設(shè)計(jì)而定制的專用集成電路(ASIC)相對(duì)，F(xiàn)PGA可以針對(duì)所需的應(yīng)用或功能要求進(jìn)行編程。雖然具有一次性可編程(OTP)FPGA，但是主要是基于SRAM的，其可隨著設(shè)計(jì)的演化進(jìn)行重編程。CLB是FPGA內(nèi)的基本邏輯單元。實(shí)際數(shù)量和特性會(huì)依器件的不同而不同，但是每個(gè)CLB都包含一個(gè)由4或6個(gè)輸入、一些選型電路(多路復(fù)用器等)和觸發(fā)器組成的可配置開關(guān)矩陣。開關(guān)矩陣是高度靈活的，可以進(jìn)行配置以便處理組合邏輯、移位寄存器或RAM。當(dāng)今的FPGA已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了先前版本的基本性能，并且整合了常用功能(如RAM、時(shí)鐘管理和：DSP)的硬(ASIC型)塊。由于具有可編程特性，所以FPGA是眾多市場(chǎng)的理想之選。它高集成度，以及用于設(shè)計(jì)的強(qiáng)大軟件平臺(tái)、IP核、在線升級(jí)可滿足需求。 本文介紹了基于FPGA實(shí)現(xiàn)船用導(dǎo)航雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理的設(shè)計(jì)，這是一個(gè)具體的、已經(jīng)完成并進(jìn)行小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，對(duì)指導(dǎo)實(shí)踐具有一定意義。
標(biāo)簽： 導(dǎo)航雷達(dá) 數(shù)字信號(hào)處理
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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在超深亞微米技術(shù)工藝下，布局成為超大規(guī)模集成電路物理設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的一步。由于現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(Field Programable Gate Array，F(xiàn)PGA)布線資源的預(yù)先確定性，使得FPGA的布局更為重要。本文以建立高性能、低擁擠的布局為目標(biāo)，從FPGA芯片結(jié)構(gòu)和布局算法兩方面進(jìn)行了深入研究。論文提出了一種通用的層次式FPGA(HFPGA)結(jié)構(gòu)模型及布局模型，并且給出了該模型的數(shù)學(xué)計(jì)算公式；提出將元件之間的層次距離轉(zhuǎn)化為線長(zhǎng)的方法，實(shí)現(xiàn)了基于線網(wǎng)模型的高精度布局算法：提出利用矩形的對(duì)角線元件之間層次來代替線長(zhǎng)，從而達(dá)到優(yōu)化線長(zhǎng)的同時(shí)提高布通率的快速布局算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，兩種算法均在北卡羅來納微電子中心(MCNC)學(xué)術(shù)芯片測(cè)試案例上取得了較理想的布局實(shí)驗(yàn)效果，為下一步的布線工作建立了良好的基礎(chǔ)接口，并且完成了初始布線的工作。本FPGA結(jié)構(gòu)模型的提出和布局算法的實(shí)現(xiàn)也都為工業(yè)界提供了借鑒價(jià)值。
標(biāo)簽： FPGA 驅(qū)動(dòng) 布局 算法研究
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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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(hào)處理部分，接著簡(jiǎn)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(hào)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(hào)的短時(shí)傅立葉分析，將中頻寬帶數(shù)字信號(hào)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(duì)每個(gè)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(hào)的時(shí)頻關(guān)系。整個(gè)系統(tǒng)主要包括：延時(shí)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(dòng)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(gè)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(jià)值。
標(biāo)簽： FPGA 認(rèn)知無線電 感知功能 頻譜
上傳時(shí)間： 2013-06-13
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LT8900是LDT公司生產(chǎn)的一款低成本，高集成度的2.4GHZ的無線收發(fā)芯片，片上集成發(fā)射機(jī)，接收機(jī)，頻率綜合器，GFSK調(diào)制解調(diào)器。發(fā)射機(jī)支持功率可調(diào)，接收機(jī)采用數(shù)字?jǐn)U展通信機(jī)制，在復(fù)雜環(huán)境和強(qiáng)干擾條件下，可以達(dá)到優(yōu)良的收發(fā)性能。外圍電路簡(jiǎn)單，只需搭配MCU以及少數(shù)外圍被動(dòng)器件。LT8900傳輸GFSK信號(hào)，發(fā)射功率約為2dBm，最大可以到6dBm。接收機(jī)采用低中頻結(jié)構(gòu)，接收靈敏度可以達(dá)到-87dBm。數(shù)字信道能量檢測(cè)可以隨時(shí)監(jiān)控信道質(zhì)量。 片上的發(fā)射接收FIFO寄存器可以和MCU進(jìn)行通信，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，然后以1Mbps數(shù)據(jù)率在空中傳輸。它內(nèi)置了CRC，F(xiàn)EC，auto-ack和重傳機(jī)制，可以大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)并優(yōu)化性能。 數(shù)字基帶支持4線SPI和2線I2C接口，此外還有Reset，Pkt_flag, Fifo_flag三個(gè)數(shù)字接口。 為了提高電池使用壽命，芯片在各個(gè)環(huán)節(jié)都降低功耗，芯片最低工作電壓可以到1.9V，在保持寄存器值條件下，最低電流為1uA。 芯片有QFN24 4*4mm和SSOP16封裝，都符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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可配置端口電路是FPGA芯片與外圍電路連接關(guān)鍵的樞紐，它有諸多功能：芯片與芯片在數(shù)據(jù)上的傳遞(包括對(duì)輸入信號(hào)的采集和輸出信號(hào)輸出)，電壓之間的轉(zhuǎn)換，對(duì)外圍芯片的驅(qū)動(dòng)，完成對(duì)芯片的測(cè)試功能以及對(duì)芯片電路保護(hù)等。 本文采用了自頂向下和自下向上的設(shè)計(jì)方法，依據(jù)可配置端口電路能實(shí)現(xiàn)的功能和工作原理，運(yùn)用Cadence的設(shè)計(jì)軟件，結(jié)合華潤(rùn)上華0.5μm的工藝庫，設(shè)計(jì)了一款性能、時(shí)序、功耗在整體上不亞于xilinx4006e[8]的端口電路。主要研究以下幾個(gè)方面的內(nèi)容： 1.基于端口電路信號(hào)寄存器的采集和輸出方式，本論文設(shè)計(jì)的端口電路可以通過配置將它設(shè)置成單沿或者雙沿的觸發(fā)方式[7]，并完成了Verilog XL和Hspiee的功能和時(shí)序仿真，且建立時(shí)間小于5ns和保持時(shí)間在0ns左右。和xilinx4006e[8]相比較滿足設(shè)計(jì)的要求。 2.基于TAP Controller的工作原理及它對(duì)16種狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)換的控制，對(duì)16種狀態(tài)機(jī)的轉(zhuǎn)換完成了行為級(jí)描述和實(shí)現(xiàn)了捕獲、移位、輸出、更新等主要功能仿真。 3.基于邊界掃描電路是對(duì)觸發(fā)器級(jí)聯(lián)的構(gòu)架這一特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一款邊界掃描電路，并運(yùn)用Verilog XL和Hspiee對(duì)它進(jìn)行了功能和時(shí)序的仿真。達(dá)到對(duì)芯片電路測(cè)試設(shè)計(jì)的要求。 4.對(duì)于端口電路來講，有時(shí)需要將從CLB中的輸出數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)異或、同或、與以及或的功能，為此本文采用二次函數(shù)輸出的電路結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)以上的功能，并運(yùn)用Verilog XL和Hspiee對(duì)它進(jìn)行了功能和時(shí)序的仿真。滿足設(shè)計(jì)要求。 5.對(duì)于0.5μm的工藝而言，輸入端口的電壓通常是3.3V和5V，為此根據(jù)設(shè)置不同的上、下MOS管尺寸來調(diào)整電路的中點(diǎn)電壓，將端口電路設(shè)計(jì)成3.3V和5V兼容的電路，通過仿真性能上已完全達(dá)到這一要求。此外，在輸入端口處加上擴(kuò)散電阻R和電容C組成噪聲濾波電路，這個(gè)電路能有效地抑制加到輸入端上的白噪聲型噪聲電壓[2]。 6.在噪聲和延時(shí)不影響電路正常工作的范圍內(nèi)，具有三態(tài)控制和驅(qū)動(dòng)大負(fù)載的功能。通過對(duì)管子尺寸的大小設(shè)置和驅(qū)動(dòng)大小的仿真表明：在實(shí)現(xiàn)TTL高電平輸出時(shí)，最大的驅(qū)動(dòng)電流達(dá)到170mA，而對(duì)應(yīng)的xilinx4006e的TTL高電平最大驅(qū)動(dòng)電流為140mA[8]；同樣，在實(shí)現(xiàn)CMOS高電平最大驅(qū)動(dòng)電流達(dá)到200mA,而xilinx4006e的CMOS驅(qū)動(dòng)電流達(dá)到170[8]mA。 7.與xilinx4006e端口電路相比，在延時(shí)和面積以及功耗略大的情況下，本論文研究設(shè)計(jì)的端口電路增加了雙沿觸發(fā)、將輸出數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)二次函數(shù)的輸出方式、通過添加譯碼器將配置端口的數(shù)目減少的新的功能，且驅(qū)動(dòng)能力更加強(qiáng)大。
上傳時(shí)間： 2013-06-03
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