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同倫；mathematica

基于DSP、FPGA閉環(huán)光纖陀螺儀

光纖陀螺儀是激光陀螺的一種，它采用的是Sagnac干涉原理，以激光作為光源，用光纖構(gòu)成環(huán)形光路并檢測(cè)出由正反時(shí)針沿光纖傳輸?shù)膬墒猓S光纖環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生的兩路激光束之間的相位差，由此計(jì)算出旋轉(zhuǎn)的角速度。本論文所討論的干涉型閉環(huán)光纖陀螺的實(shí)現(xiàn)是基于DSP和PGGA兩個(gè)數(shù)字器件所搭建起來(lái)的，本章圍繞著這兩個(gè)器件來(lái)說(shuō)明整個(gè)閉環(huán)光纖陀螺的構(gòu)成和工作原理。在整個(gè)系統(tǒng)中，DSP和PGGA分別擔(dān)任同的角色，分別完成不同的功能。總的說(shuō)來(lái)，PGGA主要實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)序控制和閉環(huán)回路，以及為DSP提供原始濾波數(shù)據(jù)；而DSP主要的工作是從PGGA那里取來(lái)第一個(gè)加法器輸出的數(shù)據(jù)作為原始數(shù)據(jù)，再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，最后的處理結(jié)果作為轉(zhuǎn)速的信息送給捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)。文章主要圍繞著如何提高陀螺的靈敏性能和穩(wěn)定性來(lái)展開(kāi)。分別從軟件和硬件兩個(gè)方面來(lái)討論如何提高陀螺的性能。軟件方面主要討論了前端采樣信號(hào)處理；陀螺轉(zhuǎn)速信息的濾波輸出以及閉環(huán)的調(diào)節(jié)。硬件方面主要討論了如何提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、減小干涉信號(hào)的噪聲以及如何處理好DSP和PGGA之間的通信問(wèn)題。　　實(shí)踐表明，運(yùn)用文中所討論的方法，陀螺的靈敏度和穩(wěn)定性都有一定的提高，理論和方法切實(shí)有效。

標(biāo)簽： FPGA DSP 閉環(huán) 光纖陀螺儀

上傳時(shí)間： 2013-04-24

上傳用戶(hù)：中國(guó)空軍
步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

LAMOST(Large Sky Area Multi-Obiect Fiber Spectroscopy Telescope，大天區(qū)面積多目標(biāo)光纖光譜天文望遠(yuǎn)鏡)需要對(duì)焦而上的4 000個(gè)光纖定位單元進(jìn)行精確定位，一個(gè)光纖定位單元需要兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，即需要對(duì)8 000個(gè)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。如何對(duì)這8 000個(gè)電機(jī)進(jìn)行有效的控制，是本文主要的研究?jī)?nèi)容。本義引入EDA(Electronic Design Automation)，技術(shù)，以FPGA和CAN總線(xiàn)為硬件載體來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。FPGA相比較于DSP，單片機(jī)而言，具有10管腳多，資源豐富，使用靈活等優(yōu)點(diǎn)，可以存片內(nèi)集成多個(gè)電機(jī)的摔制，這樣對(duì)于提高系統(tǒng)的集成度，節(jié)約成本無(wú)疑有著很大的幫助。在電機(jī)的控制當(dāng)中，其失步和過(guò)沖會(huì)直接影響到系統(tǒng)的精度，所以需要對(duì)電機(jī)脈沖頻率加以控制，對(duì)于在平穩(wěn)狀態(tài)下能正常工作的電機(jī)，失步往往發(fā)生在啟動(dòng)停止等脈沖頻率突然發(fā)生改變的時(shí)刻。具體實(shí)現(xiàn)方法是通過(guò)實(shí)驗(yàn)找出一條理想的加減速曲線(xiàn)，再將曲線(xiàn)離散化，并把離散化后的加減速分頻系數(shù)存儲(chǔ)在FPGA片內(nèi)ROM里而，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行到對(duì)應(yīng)的步數(shù)時(shí)，取出分頻系數(shù)來(lái)獲取對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率。在LAMOST觀(guān)測(cè)中，光纖定位單元的零位是個(gè)很重要的基準(zhǔn)，在每次觀(guān)測(cè)之前，電機(jī)都要回零，理論上電氣零位和機(jī)械零位在同一點(diǎn)上，如果電氣檢測(cè)到達(dá)零位則認(rèn)為已經(jīng)到達(dá)機(jī)械零位位置。但是實(shí)際中由于裝配等一些原因，可能會(huì)出現(xiàn)零位短路和零位斷路的情況。零位斷路是指電機(jī)處于機(jī)械零位，但是電氣不能檢測(cè)到；零位短路是指電機(jī)不在機(jī)械零位，但是電氣已經(jīng)檢測(cè)到處于零位。這兩種情況會(huì)造成越界和機(jī)械零位一直被擠壓的后果，有可能會(huì)損壞光纖定位單元，為了防止這些情況出現(xiàn)，軟件程序中加入了計(jì)數(shù)器，從而從有效地保護(hù)了光纖定位單元，同時(shí)將這些狀況向上反饋，以便維護(hù)和檢修。在本文完成之時(shí)，能夠控制驅(qū)動(dòng)336個(gè)光纖定位單元的小系統(tǒng)已經(jīng)在北京天文臺(tái)興隆觀(guān)測(cè)站實(shí)際投入運(yùn)行，并于2007年5月28日獲得首條光譜，取得了不錯(cuò)的效果。

標(biāo)簽： 步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

上傳時(shí)間： 2013-04-24

上傳用戶(hù)：afeiafei309
指紋識(shí)別認(rèn)證算法硬件實(shí)現(xiàn)

指紋識(shí)別作為生物特征識(shí)別的一種，在身份識(shí)別上有著其他手段不可比擬的優(yōu)越性：人的指紋具有唯一性和穩(wěn)定性；隨著指紋傳感器性能的提高和價(jià)格的降低．指紋的采集相對(duì)容易；指紋識(shí)別算法已經(jīng)比較成熟

標(biāo)簽： 指紋識(shí)別算法硬件實(shí)現(xiàn)

上傳時(shí)間： 2013-07-28

上傳用戶(hù)：chongcongying
跳頻信號(hào)檢測(cè)與接收系統(tǒng)

擴(kuò)展頻譜通信技術(shù),它的突出優(yōu)點(diǎn)是保密性好,抗干擾性強(qiáng).隨著通信系統(tǒng)與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)與微電子技術(shù)發(fā)展,越來(lái)越多的通信系統(tǒng)構(gòu)建于這種技術(shù)之上.在實(shí)際擴(kuò)頻通信系統(tǒng)工程中,用得比較普遍的是直擴(kuò)方式和跳頻方式,它們的不同在于直擴(kuò)是采取隱藏的方式對(duì)抗干擾,而跳頻采取躲避的方式. 西方國(guó)家早在20世紀(jì)50年代就開(kāi)始對(duì)跳頻通信進(jìn)行研究,在上個(gè)世紀(jì)末的幾次局部戰(zhàn)爭(zhēng)中,跳頻電臺(tái)得到了普遍的應(yīng)用.跳頻通信的發(fā)展促進(jìn)了其對(duì)抗技術(shù)的發(fā)展,目前,世界主要幾個(gè)軍事先進(jìn)的國(guó)家,已經(jīng)研究出高性能的跳頻通信對(duì)抗設(shè)備,國(guó)內(nèi)這方面的發(fā)展相對(duì)國(guó)外差距比較大. 未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)是科學(xué)技術(shù)的斗爭(zhēng),研究跳頻通信對(duì)抗勢(shì)在必行.基于這種目的,本文研究和設(shè)計(jì)了跳頻檢測(cè)的FPGA實(shí)現(xiàn),利用基于時(shí)頻分析的處理方法,完成了跳頻信號(hào)檢測(cè)的FPGA實(shí)現(xiàn),通過(guò)測(cè)試,表明系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,可以滿(mǎn)足實(shí)際的需要.主要內(nèi)容包括: 1.概述了跳頻檢測(cè)接收研究的發(fā)展動(dòng)態(tài),闡述了擴(kuò)展頻譜通信及短時(shí)傅立葉變換的原理. 2.分析了基于快速傅立葉變換(FFT)處理跳頻信號(hào),檢測(cè)跳頻的可行性,利用FFT檢測(cè)頻譜的原理,合理使用頻譜采樣策略,做到了增加頻譜利用率,提高了檢測(cè)概率和分析信噪比；利用抽取內(nèi)插技術(shù)完成數(shù)據(jù)速率的轉(zhuǎn)換,使其滿(mǎn)足后續(xù)信號(hào)的處理要求；利用同相和正交的DDC實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu),完成對(duì)跳頻信號(hào)的解跳. 3.設(shè)計(jì)完成了跳頻信號(hào)檢測(cè)與接收系統(tǒng)的FPGA實(shí)現(xiàn),其主要包括:數(shù)據(jù)速率變換的實(shí)現(xiàn),FIR低通濾波器的實(shí)現(xiàn),快速傅立葉變換(FFT)的實(shí)現(xiàn),下變頻的實(shí)現(xiàn)等.在濾波器的實(shí)現(xiàn)中,提出了兩種設(shè)計(jì)方法:基于常系數(shù)乘法器和分布式算法濾波器,分析了上述兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn),選擇用分布式算法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的低通濾波器；在快速傅立葉變換實(shí)現(xiàn)中,分析了基2和基4的算法結(jié)構(gòu),并分別實(shí)現(xiàn)了基2和基4的算法,滿(mǎn)足了不同場(chǎng)合對(duì)處理器的要求.在下變頻的設(shè)計(jì)中,使用濾波器的多相結(jié)構(gòu)完成抽取的實(shí)現(xiàn),并使用低通濾波器使信號(hào)帶寬滿(mǎn)足指標(biāo)的要求.此外,設(shè)計(jì)中還包括雙端口RAM的實(shí)現(xiàn),比較模塊的實(shí)現(xiàn)、數(shù)據(jù)緩存模塊和串并轉(zhuǎn)換模塊的實(shí)現(xiàn). 4.介紹了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的硬件平臺(tái).

標(biāo)簽： 跳頻信號(hào) 檢測(cè) 接收系統(tǒng)

上傳時(shí)間： 2013-04-24

上傳用戶(hù)：zttztt2005
基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本論文來(lái)自于863項(xiàng)目基于光互連自組織內(nèi)存服務(wù)體系(簡(jiǎn)稱(chēng)MemoryBox)。本文主要研究Memory Box系統(tǒng)中基于可重配置計(jì)算架構(gòu)，軟硬件攜同設(shè)計(jì)方法，在XILINX VIRTEX 2 Pro FPGA上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)。由于嵌入式系統(tǒng)是Memory Box工作的平臺(tái)，所以硬件應(yīng)具有良好的擴(kuò)展性、靈活性，軟件應(yīng)具有優(yōu)良的穩(wěn)定性。在硬件平臺(tái)選型時(shí)，我們選擇的是基于高性能Xilinx VIRTEX2 Pro的自制開(kāi)發(fā)板。嵌入式系統(tǒng)軟硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)選用的是Xilinx EDK、ISE。內(nèi)核移植所用的交叉開(kāi)發(fā)工具鏈為powerpc-405-linux-gnu。該交叉開(kāi)發(fā)工具鏈工作在Red Hat Enterprise LINUX．AS 4平臺(tái)下。本論文主要包括三部分工作：首先是硬件設(shè)計(jì)，其核心是EDK和ISE設(shè)計(jì)的SOPC工程；然后是嵌入式LINUX內(nèi)核移植與調(diào)試；最后完成存儲(chǔ)管理軟件的設(shè)計(jì)。完全用硬件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)要求的各種存儲(chǔ)管理功能極其困難。而通過(guò)移植內(nèi)核，存儲(chǔ)管理軟件以運(yùn)行在Linux內(nèi)核上的應(yīng)用軟件的形式實(shí)現(xiàn)了其功能。存儲(chǔ)管理軟件要解決共享沖突，負(fù)載均衡，遠(yuǎn)程內(nèi)存與本地內(nèi)存的地址一致性以及對(duì)海量?jī)?nèi)存陣列的重新編址等問(wèn)題，設(shè)計(jì)出較完善的Memory Box的存儲(chǔ)管理模型。

標(biāo)簽： FPGA 嵌入式系統(tǒng)

上傳時(shí)間： 2013-06-11

上傳用戶(hù)：tyler
動(dòng)態(tài)光譜數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理

人體血液成份的無(wú)創(chuàng)檢測(cè)是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域尚未攻克的前沿課題之一，動(dòng)態(tài)光譜法在理論上克服了其它檢測(cè)方法難以逾越的障礙——個(gè)體差異和測(cè)量條件對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)光譜檢測(cè)，其關(guān)鍵在于采集多波長(zhǎng)的光電容積脈搏波信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行處理。針對(duì)動(dòng)態(tài)光譜檢測(cè)中信號(hào)微弱、信噪比低、處理數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了基于FPGA和面陣CCD攝像頭的動(dòng)態(tài)光譜數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理系統(tǒng)，提高檢測(cè)精度，采集出滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)光譜信號(hào)提取要求的光電脈搏波；并對(duì)動(dòng)態(tài)光譜頻域提取法的核心算法FFT的FPGA實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究。課題提出用高靈敏度的面陣CCD攝像頭替代常規(guī)光柵光譜儀中的光電接收器，實(shí)現(xiàn)對(duì)多波長(zhǎng)的光電容積脈搏波的檢測(cè)。結(jié)合面陣CCD的二維圖像特點(diǎn)，采用信號(hào)累加法去除噪聲，提高信號(hào)的信噪比。創(chuàng)新性的提出一種不同于以往的信號(hào)累加方法——將處于同一行的視頻信號(hào)在采樣過(guò)程中直接累加，然后再進(jìn)行傳輸和存儲(chǔ)。不同于幀累加和異行累加，這種同行累加方式不但大大的提高了信號(hào)的信噪比，同時(shí)減小了數(shù)據(jù)的傳輸速度和傳輸量，降低了對(duì)存儲(chǔ)器容量的要求，改善了動(dòng)態(tài)光譜信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的性能。針對(duì)面陣CCD攝像頭輸出的復(fù)合視頻信號(hào)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)視頻信號(hào)解調(diào)電路，得到高速、高精度的數(shù)字視頻信號(hào)和準(zhǔn)確的視頻同步信號(hào)，用于后續(xù)的視頻信號(hào)采集與處理。根據(jù)動(dòng)態(tài)光譜信號(hào)檢測(cè)和視頻信號(hào)采集的要求，選擇可編程邏輯器件FPGA作為硬件平臺(tái)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于FPGA和面陣CCD攝像頭的光電脈搏波采集與預(yù)處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了視頻信號(hào)的精確定位，通過(guò)光譜信號(hào)的高速同行累加，實(shí)現(xiàn)了光電脈搏波信號(hào)的高精度檢測(cè)。系統(tǒng)采用基于FPGA的Nios II嵌入式處理器系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)其應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)，可靠的實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、傳輸和存儲(chǔ)，提高了系統(tǒng)的集成度，降低了開(kāi)發(fā)成本。為實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)光譜信號(hào)的頻域提取，研究了基于FPGA的FFT實(shí)現(xiàn)方案，對(duì)各關(guān)鍵模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，為動(dòng)態(tài)光譜信號(hào)的進(jìn)一步處理打下良好的基礎(chǔ)。最后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的正確性和信號(hào)預(yù)處理的可行性，得到了符合動(dòng)態(tài)光譜信號(hào)提取要求的脈搏波信號(hào)。

標(biāo)簽： 動(dòng)態(tài) 光譜數(shù)據(jù)采集預(yù)處理

上傳時(shí)間： 2013-04-24

上傳用戶(hù)：cknck
基于FPGA嵌入式指紋識(shí)別系統(tǒng)研究

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，指紋識(shí)別技術(shù)被廣泛應(yīng)用到各種不同的領(lǐng)域。對(duì)于一般的指紋識(shí)別系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)要求具有很高的實(shí)時(shí)性和易用性，因此識(shí)別算法應(yīng)該具有較低的復(fù)雜度，較快的運(yùn)算速度，從而滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性的要求。所以有必要根據(jù)不同的識(shí)別算法采用不同的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)，使得指紋識(shí)別系統(tǒng)具有較高的可靠性、實(shí)時(shí)性、有效性等性能要求。 SOPC片上可編程系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)是當(dāng)前電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域中最熱門(mén)的概念。NiosⅡ是Altera．公司開(kāi)發(fā)的一種采用流水線(xiàn)技術(shù)、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入到FPGA內(nèi)部，與用戶(hù)自定義邏輯組建成一個(gè)基于FPGA的片上專(zhuān)用系統(tǒng)。本文在綜合考慮各種應(yīng)用情況的基礎(chǔ)上，以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、指紋識(shí)別技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)技術(shù)為理論基礎(chǔ)，提出了一種有效可行的系統(tǒng)架構(gòu)方案。對(duì)指紋識(shí)別技術(shù)中各個(gè)環(huán)節(jié)的算法和原理進(jìn)行了深入研究，合理的改進(jìn)了部分指紋識(shí)別算法；同時(shí)為了提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，采用NiosⅡ嵌入式處理器和FPGA硬件模塊實(shí)現(xiàn)指紋圖像處理主要算法。論文主要包括以下幾個(gè)方面： 1、對(duì)指紋圖像預(yù)處理、特征提取和特征匹配算法原理進(jìn)行闡述，同時(shí)改進(jìn)了指紋圖像的細(xì)化算法，提高了算法的性能，并設(shè)計(jì)了一套實(shí)用的指紋特征數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)； 2、針對(duì)指紋圖像預(yù)處理模塊，包括圖像的歸一化、頻率提取、方向提取以及方向?yàn)V波，采用基于FPGA的硬件電路的方式實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在保證系統(tǒng)誤識(shí)率較低、可靠性高的基礎(chǔ)上，大大提高了系統(tǒng)的執(zhí)行速度； 3、改變了傳統(tǒng)的單枚指紋識(shí)別方法，提出采用多枚指紋唯一標(biāo)識(shí)身份，大大降低了識(shí)別系統(tǒng)的誤識(shí)率； 4、改進(jìn)了傳統(tǒng)的基于三角形匹配中獲取基準(zhǔn)點(diǎn)的方法，同時(shí)結(jié)合可變界限盒思想進(jìn)行指紋特征匹配。 5、結(jié)合COM+技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開(kāi)發(fā)了后臺(tái)指紋特征匹配服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了嵌入式指紋識(shí)別系統(tǒng)同數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)時(shí)信息交換。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文所提出的系統(tǒng)構(gòu)架方案有效可行，基于FPGA的自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)在速度、功耗、擴(kuò)展性等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，擁有廣闊的發(fā)展前景。

標(biāo)簽： FPGA 嵌入式指紋識(shí)別系統(tǒng)研究

上傳時(shí)間： 2013-04-24

上傳用戶(hù)：15528028198
應(yīng)用于十萬(wàn)門(mén)FPGA的全數(shù)字鎖相環(huán)設(shè)計(jì)

在過(guò)去的十幾年間，F(xiàn)PGA取得了驚人的發(fā)展：集成度已達(dá)到1000萬(wàn)等效門(mén)、速度可達(dá)到400～500MHz。隨著FPGA的集成度不斷增大，在高密度FPGA中，芯片上時(shí)鐘的分布質(zhì)量就變得越來(lái)越重要。時(shí)鐘延時(shí)和時(shí)鐘相位偏移已成為影響系統(tǒng)性能的重要因素。現(xiàn)在，解決時(shí)鐘延時(shí)問(wèn)題主要使用時(shí)鐘延時(shí)補(bǔ)償電路。為了消除FPGA芯片內(nèi)的時(shí)鐘延時(shí)，減小時(shí)鐘偏差，本文設(shè)計(jì)了內(nèi)置于FPGA芯片中的延遲鎖相環(huán)，采用一種全數(shù)字的電路結(jié)構(gòu)，將傳統(tǒng)DLL中的用模擬方式實(shí)現(xiàn)的環(huán)路濾波器和壓控延遲鏈改進(jìn)為數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)的時(shí)鐘延遲測(cè)量電路，和延時(shí)補(bǔ)償調(diào)整電路，配合特定的控制邏輯電路，完成時(shí)鐘延時(shí)補(bǔ)償。在輸入時(shí)鐘頻率不變的情況下，只需一次調(diào)節(jié)過(guò)程即可完成輸入輸出時(shí)鐘的同步，鎖定時(shí)間較短，噪聲不會(huì)積累，抗干擾性好。在Smic0.18um工藝下，設(shè)計(jì)出的時(shí)鐘延時(shí)補(bǔ)償電路工作頻率范圍從25MHz到300MHz，最大抖動(dòng)時(shí)間為35ps，鎖定時(shí)間為13個(gè)輸入時(shí)鐘周期。另外，完成了時(shí)鐘相移電路的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)可編程相移，為用戶(hù)提供與輸入時(shí)鐘同頻的相位差為90度，180度，270度的相移時(shí)鐘；時(shí)鐘占空比調(diào)節(jié)電路的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)可編程占空比，可以提供占空比為50/50的時(shí)鐘信號(hào)；時(shí)鐘分頻電路的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)頻率分頻，提供1.5，2，2.5，3，4，5，8，16分頻時(shí)鐘。

標(biāo)簽： FPGA 應(yīng)用于全數(shù)字鎖相環(huán)

上傳時(shí)間： 2013-07-06

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視頻圖像采集和預(yù)處理系統(tǒng)的FPGA實(shí)現(xiàn)

本文研究的視頻處理系統(tǒng)是上海市科委技術(shù)攻關(guān)基金項(xiàng)目“計(jì)算機(jī)視覺(jué)及其芯片化實(shí)現(xiàn)”的一部分，主要完成計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)的一些基本工作，即視頻圖像的采集、預(yù)處理和顯示等。視頻圖像采集和預(yù)處理系統(tǒng)以Xilinx公司Virtex-ⅡPro系列的FPGA為核心控制器件，結(jié)合視頻模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片和VGA顯示器，完成視頻圖像的實(shí)時(shí)采集、預(yù)處理和顯示。采集和顯示部分作為同外界交流信息的渠道，是構(gòu)成計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)必不可少的一部分；圖像預(yù)處理則是計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行高層處理的基礎(chǔ)，優(yōu)秀的預(yù)處理算法能有效改善圖像質(zhì)量，提高系統(tǒng)分析判斷的準(zhǔn)確性。本文在介紹基于FPGA的視頻采集、預(yù)處理系統(tǒng)整體架構(gòu)的基礎(chǔ)上，圍繞以下四個(gè)方面展開(kāi)了工作： 1.研究并給出了兩種基于FPGA的設(shè)計(jì)方案用于實(shí)現(xiàn)YCrCb色度空間到RGB色度空間的轉(zhuǎn)換； 2.針對(duì)采集的視頻圖像，根據(jù)VGA顯示的要求，給出了一種實(shí)現(xiàn)圖像去隔行的方案； 3.分析了一系列圖像濾波的預(yù)處理算法，如均值濾波、中值濾波和自適應(yīng)濾波等，在比較和總結(jié)各算法特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了一種新的適用于處理混合噪聲的濾波算法：混合自適應(yīng)濾波法； 4.根據(jù)算法特點(diǎn)設(shè)計(jì)了多種采用FPGA實(shí)現(xiàn)的圖像濾波算法，并對(duì)硬件算法進(jìn)行RTL級(jí)的功能仿真和驗(yàn)證，還給出了各種濾波算法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在此基礎(chǔ)上對(duì)各種算法的效果進(jìn)行直觀(guān)的比較。文中，預(yù)處理算法的實(shí)現(xiàn)充分利用了FPGA的片內(nèi)資源，體現(xiàn)了FPGA在圖像處理方面的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，視頻采集和顯示的控制模塊也由同一FPGA芯片實(shí)現(xiàn)，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)。視頻采集和預(yù)處理系統(tǒng)在FPGA上的成功實(shí)現(xiàn)為“計(jì)算機(jī)視覺(jué)及其芯片化實(shí)現(xiàn)”奠定了必要的基礎(chǔ)、提供了一定理論依據(jù)。

標(biāo)簽： FPGA 視頻圖像采集

上傳時(shí)間： 2013-04-24

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FPGA可配置端口電路的設(shè)計(jì)

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(kù)，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(guò)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(mǎn)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(lái)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(lái)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(mǎn)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(lái)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(guò)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(guò)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(guò)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。

標(biāo)簽： FPGA 可配置端口電路

上傳時(shí)間： 2013-06-03

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