本項目完成的是基于中國“數字電視地面廣播傳輸系統幀結構、信道編碼和調制”國家標準的發射端系統FPGA設計與實現。在本設計中，系統采用了Stratix系列的EP1S80F1020C5 FPGA為基礎構建的主硬件處理平臺。對于發射端系統，數據處理部分的擾碼器(隨機化)、前向糾錯編碼(FEC)、符號星座映射、符號交織、系統信息復用、頻域交織、幀體數據處理(OFDM調制)、同步PN頭插入、以及信號成形4倍插值滾降濾波器(SRRC)等各模塊都是基于FPGA硬件設計實現的。其中關鍵技術：TDS-OFDM技術及其和絕對時間同步的復幀結構、信號幀的頭和幀體保護技術、低密度校驗糾錯碼(LDPC)等，體現了國標的自主創新特點，為數字電視領域首次采用。其硬件實現，亦尚未有具體產品參考。 本文首先介紹了當今國內外數字電視的發展現狀，中國數字電視地面廣播傳輸國家標準的頒布背景。并對國標系統技術原理框架，發端系統的整體結構以及FPGA設計的相關知識進行了簡要介紹。在此基礎上，第三章重點、詳細地介紹了基于FPGA實現的發射端系統各主要功能模塊的具體結構設計，論述了系統中各功能模塊的FPGA設計和實現，包括設計方案、算法和結構的選取、FPGA實現、仿真分析等。第四章介紹了對整個系統的級連調試過程中，對系統結構進行的優化調整，并對級連后的整個系統的性能進行了仿真、分析和驗證。作者在項目中完成的工作主要有： 1.閱讀相關資料，了解并分析國標系統的技術結構和原理，分解其功能模塊。 2.制定了基于國標的發端系統FPGA實現的框架及各模塊的接口定義。 3.調整和改進了3780點IFFT OFDM調制模塊及滾降濾波器模塊的FPGA設計并驗證。 4.完成了擾碼器、前向糾錯編碼、符號星座映射、符號交織、系統信息復用、頻域交織、幀體數據處理、同步PN頭插入、以及信號成形4倍插值滾降濾波器等功能模塊的FPGA設計和驗證。 5.在系統級連調試中，利用各模塊數據結構特點，優化系統模塊結構。 6.完成了整個發射端系統FPGA部分的調試、分析和驗證。
上傳時間： 2013-04-24
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信號與信息處理是信息科學中近幾年來發展最為迅速的學科之一,隨著片上系統(SOC,System On Chip)時代的到來,FPGA正處于革命性數字信號處理的前沿。基于FPGA的設計可以在系統可再編程及在系統調試,具有吞吐量高,能夠更好地防止授權復制、元器件和開發成本進一步降低、開發時間也大大縮短等優點。然而,FPGA器件是基于SRAM結構的編程工藝,掉電后編程信息立即丟失,每次加電時,配置數據都必須重新下載,并且器件支持多種配置方式,所以研究FPGA器件的配置方案在FPGA系統設計中具有極其重要的價值,這也給用于可編程邏輯器件編程的配置接口電路和實驗開發設備提出了更高的要求。 本論文基于IEEE1149.1標準和USB2.0技術,完成了FPGA配置接口電路及實驗開發板的設計與實現。作者在充分理解IEEE1149.1標準和USB技術原理的基礎上,針對Altcra公司專用的USB數據配置電纜USB-Blaster,對其內部工作原理及工作時序進行測試與詳細分析,完成了基于USB配置接口的FPGA芯片開發實驗電路的完整軟硬件設計及功能時序仿真。作者最后進行了軟硬件調試,完成測試與驗證,實現了對Altera系列PLD的配置功能及實驗開發板的功能。 本文討論的USB下載接口電路被驗證能在Altera的QuartusII開發環境下直接使用,無須在主機端另行設計通信軟件,其兼容性較現有設計有所提高。由于PLD(Programmable Logic Device)廠商對其知識產權嚴格保密,使得基于USB接口的配置電路應用受到很大限制,同時也加大了自行對其進行開發設計的難度。 與傳統的基于PC并口的下載接口電路相比,本設計的基于USB下載接口電路及FPGA實驗開發板具有更高的編程下載速率、支持熱插拔、體積小、便于攜帶、降低對PC硬件傷害,且具備其它下載接口電路不具備的SignalTapII嵌入式邏輯分析儀和調試NiosII嵌入式軟核處理器等明顯優勢。從成本來看,本設計的USB配置接口電路及FPGA實驗開發板與其同類產品相比有較強的競爭力。
上傳時間： 2013-04-24
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文章開篇提出了開發背景。認為現在所廣泛應用的開關電源都是基于傳統的分立元件組成的。它的特點是頻率范圍窄、電力小、功能少、器件多、成本較高、精度低，對不同的客戶要求來“量身定做”不同的產品，同時幾乎沒有通用性和可移植性。在電子技術飛速發展的今天，這種傳統的模擬開關電源已經很難跟上時代的發展步伐。 隨著DSP、ASIC等電子器件的小型化、高速化，開關電源的控制部分正在向數字化方向發展。由于數字化，使開關電源的控制部分的智能化、零件的共通化、電源的動作狀態的遠距離監測成為了可能，同時由于它的智能化、零件的共通化使得它能夠靈活地應對不同客戶的需求，這就降低了開發周期和成本。依靠現代數字化控制和數字信號處理新技術，數字化開關電源有著廣闊的發展空間。 在數字化領域的今天，最后一個沒有數字化的堡壘就是電源領域。近年來，數字電源的研究勢頭與日俱增，成果也越來越多。雖然目前中國制造的開關電源占了世界市場的80％以上，但都是傳統的比較低端的模擬電源。高端市場上幾乎沒有我們份額。 本論文研究的主要內容是在傳統開關電源模擬調節器的基礎上，提出了一種新的數字化調節器方案，即基于DSP和FPGA的數字化PID調節器。論文對系統方案和電路進行了較為具體的設計，并通過測試取得了預期結果。測試證明該方案能夠適合本行業時代發展的步伐，使系統電路更簡單，精度更高，通用性更強。同時該方案也可用于相關領域。 本文首先分析了國內外開關電源發展的現狀，以及研究數字化開關電源的意義。然后提出了數字化開關電源的總體設計框圖和實現方案，并與傳統的開關電源做了較為詳細的比較。本論文的設計方案是采用DSP技術和FPGA技術來做數字化PID調節，通過數字化PID算法產生PWM波來控制斬波器，控制主回路。從而取代傳統的模擬PID調節器，使電路更簡單，精度更高，通用性更強。傳統的模擬開關電源是將電流電壓反饋信號做PID調節后--分立元器件構成，采用專用脈寬調制芯片實現PWM控制。電流反饋信號來自主回路的電流取樣，電壓反饋信號來自主回路的電壓采樣。再將這兩個信號分別送至電流調節器和電壓調節器的反相輸入端，用來實現閉環控制。同時用來保證系統的穩定性及實現系統的過流過壓保護、電流和電壓值的顯示。電壓、電流的給定信號則由單片機或電位器提供。再次，文章對各個模塊從理論和實際的上都做了仔細的分析和設計，并給出了具體的電路圖，同時寫出了軟件流程圖以及設計中應該注意的地方。整個系統由DSP板和ADC板組成。DSP板完成PWM生成、PID運算、環境開關量檢測、環境開關量生成以及本地控制。ADC板主要完成前饋電壓信號采集、負載電壓信號采集、負載電流信號采集、以及對信號的一階數字低通濾波。由于整個系統是閉環控制系統，要求采樣速率相當高。本系統采用FPGA來控制ADC，這樣就避免了高速采樣占用系統資源的問題，減輕了DSP的負擔。DSP可以將讀到的ADC信號做PID調節，從而產生PWM波來控制逆變橋的開關速率，從而達到閉環控制的目的。 最后，對數字化開關電源和模擬開關電源做了對比測試，得出了預期結論。同時也提出了一些需要改進的地方，認為該方案在其他相關行業中可以廣泛地應用。模擬控制電路因為使用許多零件而需要很大空間，這些零件的參數值還會隨著使用時間、溫度和其它環境條件的改變而變動并對系統穩定性和響應能力造成負面影響。數字電源則剛好相反，同時數字控制還能讓硬件頻繁重復使用、加快上市時間以及減少開發成本與風險。在當前對產品要求體積小、智能化、共通化、精度高和穩定度好等前提條件下，數字化開關電源有著廣闊的發展空間。本系統來基本上達到了設計要求。能夠滿足較高精度的設計要求。但對于高精度數字化電源，系統還有值得改進的地方，比如改進主控器，提高參考電壓的精度，提高采樣器件的精度等，都可以提高系統的精度。 本系統涉及電子、通信和測控等技術領域，將數字PID算法與電力電子技術、通信技術等有機地結合了起來。本系統的設計方案不僅可以用在電源控制器上，只要是相關的領域都可以采用。
上傳時間： 2013-06-29
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可配置端口電路是FPGA芯片與外圍電路連接關鍵的樞紐，它有諸多功能：芯片與芯片在數據上的傳遞(包括對輸入信號的采集和輸出信號輸出)，電壓之間的轉換，對外圍芯片的驅動，完成對芯片的測試功能以及對芯片電路保護等。 本文采用了自頂向下和自下向上的設計方法，依據可配置端口電路能實現的功能和工作原理，運用Cadence的設計軟件，結合華潤上華0.5μm的工藝庫，設計了一款性能、時序、功耗在整體上不亞于xilinx4006e[8]的端口電路。主要研究以下幾個方面的內容： 1.基于端口電路信號寄存器的采集和輸出方式，本論文設計的端口電路可以通過配置將它設置成單沿或者雙沿的觸發方式[7]，并完成了Verilog XL和Hspiee的功能和時序仿真，且建立時間小于5ns和保持時間在0ns左右。和xilinx4006e[8]相比較滿足設計的要求。 2.基于TAP Controller的工作原理及它對16種狀態機轉換的控制，對16種狀態機的轉換完成了行為級描述和實現了捕獲、移位、輸出、更新等主要功能仿真。 3.基于邊界掃描電路是對觸發器級聯的構架這一特點，設計了一款邊界掃描電路，并運用Verilog XL和Hspiee對它進行了功能和時序的仿真。達到對芯片電路測試設計的要求。 4.對于端口電路來講，有時需要將從CLB中的輸出數據實現異或、同或、與以及或的功能，為此本文采用二次函數輸出的電路結構來實現以上的功能，并運用Verilog XL和Hspiee對它進行了功能和時序的仿真。滿足設計要求。 5.對于0.5μm的工藝而言，輸入端口的電壓通常是3.3V和5V，為此根據設置不同的上、下MOS管尺寸來調整電路的中點電壓，將端口電路設計成3.3V和5V兼容的電路，通過仿真性能上已完全達到這一要求。此外，在輸入端口處加上擴散電阻R和電容C組成噪聲濾波電路，這個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.在噪聲和延時不影響電路正常工作的范圍內，具有三態控制和驅動大負載的功能。通過對管子尺寸的大小設置和驅動大小的仿真表明：在實現TTL高電平輸出時，最大的驅動電流達到170mA，而對應的xilinx4006e的TTL高電平最大驅動電流為140mA[8]；同樣，在實現CMOS高電平最大驅動電流達到200mA,而xilinx4006e的CMOS驅動電流達到170[8]mA。 7.與xilinx4006e端口電路相比，在延時和面積以及功耗略大的情況下，本論文研究設計的端口電路增加了雙沿觸發、將輸出數據實現二次函數的輸出方式、通過添加譯碼器將配置端口的數目減少的新的功能，且驅動能力更加強大。
上傳時間： 2013-07-20
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隨著科學技術的發展與公共安全保障需求的提高，視頻監控系統在工業生產、日常生活、警備與軍事方面的應用越來越廣泛。采用基于 FPGA 的SOPC技術、H．264壓縮編碼技術和網絡傳輸控制技術實現網絡視頻監控系統，在穩定性、功能、成本與擴展性等方面都有著突出的優勢，具有重要的學術意義與實用意義， 本課題所設計的網絡視頻監控系統由以Nios Ⅱ為核心的嵌入式圖像服務器、相關網絡設備與若干PC機客戶端組成。嵌入式圖像服務器實時采集圖像，采用H．264 編碼算法進行壓縮，并持續監聽網絡。PC機客戶端可通過網絡對服務器進行遠程訪問，接收編碼數據，使用H．264解碼算法重建圖像并實時顯示，使監控人員有效地掌握現場情況， 在嵌入式圖像服務器設計階段，本文首先進行了芯片選型與開發平臺選擇。然后構建圖像采集子系統，采用雙緩存乒乓交換的方法設計圖像采集用戶自定義模塊。接著設計雙Nios Ⅱ架構的SOPC系統，闡述了雙軟核設計中定制連接、內存芯片共享、數據搬移、通信與互斥的解決方法。同時完成了網絡服務器的設計，采用μC/OS-Ⅱ進行多任務的管理與調度， H．264視頻壓縮編解碼算法設計與實現是本文的重點。文中首先分析H．264．標準，規劃編解碼器結構。接著設計了16×16幀內預測算法，并設計宏塊掃描方式，采用兩次判決策略進行預測模式選擇。然后設計4×4子塊掃描方式，編寫整數變換與量化算法程序。熵編碼采用Exp-Golomb編碼與CAVLC相結合的方案，針對除拖尾系數之外的非零系數值編碼子算法，實現了一種基于表示范圍判別的編碼方法。最后設計了網絡傳輸的碼流組成格式，并針對編碼算法設計相應解碼算法。使用VC++完成算法驗證，并進行測試，觀察不同參數下壓縮率與失真度的變化。 算法驗證完成后，本文進行了PC機客戶端設計，使其具有遠程訪問、H．264解碼與實時顯示的功能。同時將H．264 編碼算法程序移植到NiosⅡ中，并將嵌入式圖像服務器與若干客戶端接入網絡進行聯合調試，構建完整的網絡視頻監控系統， 實驗結果表明，本系統視頻壓縮率高，監控圖像質量良好，充分證明了系統軟硬件與圖像編解碼算法設計成功。本系統具有成本低、擴展性好及適用范圍廣等優點，發展前景十分廣闊。
上傳時間： 2013-04-24
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本文介紹了一個基于CPLD／FPGA的嵌入式IP核設計。論文在闡述可編程邏輯器件及其發展趨勢的基礎上，探討了知識產權復用理念，MCU的復雜化設計以及數字信號傳輸與處理的速度要求。結合國內外對CPLD／FPGA的使用現狀，引出了在CPLD／FPGA上開發嵌入式模塊程序的理念并提出了設計實現方法和設計實例。課題的設計目標為開發一個基于CPLD／FPGA的USBIP模塊，實現開發板與PC機之間的USB通信。設計過程首先進行硬件設計，在FPGA開發板上開發擴展板；其次用ISE開發軟件進行FPGA數字化設計；在軟件開發完成后，將配置生成的比特流文件通過JTAG電纜下載到FPGA開發板上，實現FPGA開發板與PC機之間的通信。 該設計具有很高的實用性，它進一步擴大了可編程芯片的領地，將復雜專有芯片擠向高端和超復雜應用；它使得IP資源復用理念得到更普遍的應用；為基于FPGA的嵌入式系統設計提供了廣闊的思路。
上傳時間： 2013-07-05
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本文首先研究了常規的數據采集的方法，針對由單片機構成的數據采集系統數據處理能力弱的問題提出了基于現場可編程門陣列(FieldProgrammableGateArray,FPGA)為邏輯控制芯片對三片A/D芯片進行控制的遠程多路數據采集的解決方案。 本文利用VisualBasic編寫串口通信程序，通過串行端口向FPGA數據采集板發送數據采集的參數指令,FPGA數據采集板接受指令后進行現場數據采集，并通過串行通信將數據發送到PC機，在通信過程中完全遵守RS-232協議，具有較強的通用性和推廣價值。然后本文重點介紹了該采集系統的硬件設計原理和軟件設計框架，實現實時嵌入式微機數據采集系統的軟件和硬件設計方法，將部分軟件的功能改由硬件實現，從邏輯上大大簡化了嵌入式軟件的設計。
上傳時間： 2013-04-24
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本文首先研究了常規的數據采集的方法，針對由單片機構成的數據采集系統數據處理能力弱的問題提出了基于現場可編程門陣列(FieldProgrammableGateArray,FPGA)為邏輯控制芯片對三片A/D芯片進行控制的遠程多路數據采集的解決方案。 本文利用VisualBasic編寫串口通信程序，通過串行端口向FPGA數據采集板發送數據采集的參數指令,FPGA數據采集板接受指令后進行現場數據采集，并通過串行通信將數據發送到PC機，在通信過程中完全遵守RS-232協議，具有較強的通用性和推廣價值。然后本文重點介紹了該采集系統的硬件設計原理和軟件設計框架，實現實時嵌入式微機數據采集系統的軟件和硬件設計方法，將部分軟件的功能改由硬件實現，從邏輯上大大簡化了嵌入式軟件的設計。
上傳時間： 2013-05-30
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本文提出了一種適合于嵌入式SoC的USB器件端處理器的硬件實現結構。并主要研究了USB器件端處理器的RTL級實現及FPGA原型驗證、和ASIC實現研究，包括從模型建立、算法仿真、各個模塊的RTL級設計及仿真、FPGA的下載測試和ASIC的綜合分析。它的速度滿足預定的48MHz，等效門面積不超過1萬門，完全可應用于SOC設計中。 本文重點對嵌入式USB器件端處理器的FPGA實現作了研究。為了準確測試本處理器的運行情況，本文應用串口傳遞測試數據入FPGA開發板，測試模塊讀入測試數據，發送入PC機的主機端。通過NI-VISA充當軟件端，檢驗測試數據的正確。
上傳時間： 2013-07-24
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在信息化發展的當前，音視頻等多媒體作為信息的載體，在社會生活的各個領域，起著越來越重要的作用。數字視頻的海量性成為阻礙其應用的的瓶頸之一。在這種情況下，H．264作為新一代的視頻壓縮標準，以其高性能的壓縮效率，成為備受關注的焦點和研究問題。H．264通過運動估計/運動補償（MP/MC）消除視頻時間冗余，對差值圖像進行離散余弦變換（DCT）消除空間冗余，對量化后的系數進行可變長編碼（VLC）消除統計冗余，獲得了極高的壓縮效率。隨著嵌入式處理器性能的逐漸提升和3G網絡即將商用的推動，H．264以其優秀的壓縮性能，無論是無線信道傳輸方面，還是存儲容量有限的嵌入式設備都具有廣闊的應用前景。 但H．264在提升壓縮性能的同時付出的代價是算法復雜度的成倍增加，實際應用中人們對視頻解碼的實時性要求嚴格，已出現的對應算法代碼多基于PC通用處理器實現，而嵌入式設備的主頻和處理能力仍然相對有限，存儲容量相對較小，總線速率相對偏低，因此必須對標準對應算法進行優化移植，才能滿足實際應用的需求。 本文在對H．264標準及其新特性進行詳細介紹后，重點研究了在解碼端如何針對解碼耗時較多的模塊進行改進，然后將算法移植到ARM平臺，并針對平臺特點作出相應優化，最后完成解碼圖象顯示，并給出了測試結果。本文主要完成的工作如下： 詳細分析了H．264的參考軟件JM中解碼流程，并利用測試工具分析了各模塊耗時，針對耗時較多的模塊如插值運算及去塊濾波模塊，提出了對應的改進算法并在H．264的參考軟件JM86上進行了實現，PC測試實驗證明了算法改進的優越性和運算優化的可行性。最后針對ARM平臺，在對程序結構和對應代碼進行優化之后，將其移植到WINCE系統之下，同時給出了WINCE平臺解碼后圖象加速顯示方法，并對最終測試結果與性能做出了評價。
上傳時間： 2013-06-04
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