<small id="eu86y"></small> 隨著微電子技術的高速發展，實時圖像處理在多媒體、圖像通信等領域有著越來越廣泛的應用。FPGA就是硬件處理實時圖像數據的理想選擇，基于FPGA的圖像處理專用芯片的研究將成為信息產業的新熱點。 本文以FPGA為平臺，使用VHDL硬件描述語言設計并實現了中值濾波、順序濾波、數學形態學、卷積運算和高斯濾波等圖像處理算法。在設計過程中，通過改進算法和優化結構，在合理地利用硬件資源的條件下，有效地挖掘出算法內在的并行性，采用流水線結構優化算法，提高了頂層濾波模塊的處理速度。在中值濾波器的硬件設計中，本文提出了一種快速中值濾波算法，該算法大大節省了硬件資源，處理速度也很快。在數學形態學算法的硬件實現中，本文提出的最大值濾波和最小值濾波算法大大減少了硬件資源的占用率，適應了流水線設計的要求，提高了圖像處理速度。 整個設計及各個模塊都在Altera公司的開發環境QuartusⅡ以及第三方仿真軟件Modelsim上進行了邏輯綜合以及仿真。綜合和仿真的結果表明，使用FPGA硬件處理圖像數據不僅能夠獲得很好的處理效果，達到較高的工作頻率，處理速度也遠遠高于軟件法處理圖像，可滿足實時圖像處理的要求。 本課題為圖像處理專用FPGA芯片的設計做了有益的探索性嘗試，對今后完成以FPGA圖像處理芯片為核心的實時圖像處理系統的設計有著積極的意義。
上傳時間： 2013-06-08
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運動控制技術是機電一體化的核心部分，提高運動控制技術水平對于提高我國的機電一體化技術具有至關重要的作用。運動控制技術的發展是制造自動化前進的旋律，是推動新的產業革命的關鍵技術。對于數控系統來說，最重要的是控制各個電機軸的運動，這是運動控制器接收并依照數控裝置的指令來控制各個電機軸運動從而實現數控加工的，數據加工中的定位控制精度、速度調節的性能等重要指標都與運動控制器直接相關。目前對數控系統的研究都集中在插入PC的NC控制器的研究上，而其核心部分就是對步進、伺服電機進行控制的運動控制卡的研究。對PC-NC來說，運動控制卡的性能很大程度上決定了整個數控系統的性能，而微電子和數字信號處理技術的發展及其應用，使運動控制卡的性能得到了不斷改進，集成度和可靠性大大提高。 本課題通過對運動控制技術的深入研究，并針對國內運動控制技術的研究起步較晚的現狀，結合當前運動控制領域的具體需要，緊跟當前運動控制技術研究的發展趨勢，吸收了數控技術和相關運動控制技術的最新成果，提出了基于PCI和FPGA的方案，研制了一款比較新穎的、功能強大的、具有很大柔性的四軸多功能運動控制卡。 本課題的具體研究主要有以下幾方面： 首先，通過對運動控制卡及運動控制系統等行業現狀的全面調研，和對運動控制技術的深入學習，在比較了幾種常用的運動控制方案的基礎上，提出了基于FPGA的運動控制設計方案，并規劃了板卡的總體設計。 其次，根據總體設計，規劃了板卡的結構，詳細劃分并實現了FPGA各部分的功能；利用光電隔離原理設計了數字輸入/輸出電路。 再次，利用FPGA的資源實現了PCI從設備接口，達到跟控制卡通信的目的，針對運動控制中的一些具體問題，如運動平穩性、實時控制以及多軸聯動等，在FPGA上設計了四軸運動控制電路，定義了各個寄存器的具體功能，設計了功能齊全的加／減速控制電路、變頻分配電路、倍頻分頻電路和三個功能各異的計數器電路等，自動降速點運動、A／B相編碼器倍頻計數電路等特殊功能。最后，進行了本運動控制卡的測試，從測試和應用結果來看，該卡達到預期的要求。
上傳時間： 2013-07-27
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離散余弦變換(DCT)及其反變換(IDCT)在圖像編解碼方面應用十分廣泛，至今已被JPEG、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4和H.26x等國際標準所采用。由于其計算量較大，軟件實現往往難以滿足實時處理的要求，因而在很多實際應用中需要采用硬件設計的DCT/IDCT處理電路來滿足我們對處理速度的要求。本文所研究的內容就是針對圖像處理應用的8×8二維DCT/IDCT處理核的硬件實現。 本文首先介紹了DCT和IDCT在圖像處理中的作用和原理，詳細說明了DCT變換實現圖像壓縮的過程，并與其它變換比較說明了用DCT變換實現圖像壓縮的優勢。接著，分析研究了DCT的各種快速算法，總結了前人對DCT快速算法及其實現所做的研究。本文給出了兩種性能、資源上有一定差異的二維DCT/IDCT的FPGA設計方案。兩種方案均利用DCT的行列分離特性，采用流水線設計技術，將二維DCT/IDCT實現轉化為兩個一維DCT/IDCT實現。在一維DCT/IDCT設計中，根據圖像處理的特點對Loeffler算法的數據流進行了優化，通過合理安排時鐘周期數和簡化各周期內的操作，大大縮短了關鍵路徑的執行時間，從而提高了流水線的執行速度。最后，對所設計的DCT/IDCT處理核進行了綜合和時序仿真。 結果表明，當使用Altera公司的MERCURY系列FPGA器件時，本文設計的方案一能夠在116M時鐘頻率下正確完成8×8的二維DCT或IDCT的邏輯運算，消耗2827個邏輯單元；方案二能夠在74M時鐘頻率下正常工作，消耗1629個邏輯單元。
上傳時間： 2013-07-14
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當前，在系統級互連設計中高速串行I/O技術迅速取代傳統的并行I/O技術正成為業界趨勢。人們已經意識到串行I/O“潮流”是不可避免的，因為在高于1Gbps的速度下，并行I/O方案已經達到了物理極限，不能再提供可靠和經濟的信號同步方法。基于串行I/O的設計帶來許多傳統并行方法所無法提供的優點，包括：更少的器件引腳、更低的電路板空間要求、減少印刷電路板（PCB）層數、PCB布局布線更容易、接頭更小、EMI更少，而且抵抗噪聲的能力也更好。高速串行I/O技術正被越來越廣泛地應用于各種系統設計中，包括PC、消費電子、海量存儲、服務器、通信網絡、工業計算和控制、測試設備等。迄今業界已經發展出了多種串行系統接口標準，如PCI Express、串行RapidIO、InfiniBand、千兆以太網、10G以太網XAUI、串行ATA等等。 Aurora協議是為私有上層協議或標準上層協議提供透明接口的串行互連協議，它允許任何數據分組通過Aurora協議封裝并在芯片間、電路板間甚至機箱間傳輸。Aurora鏈路層協議在物理層采用千兆位串行技術，每物理通道的傳輸波特率可從622Mbps擴展到3.125Gbps。Aurora還可將1至16個物理通道綁定在一起形成一個虛擬鏈路。16個通道綁定而成的虛擬鏈路可提供50Gbps的傳輸波特率和最大40Gbps的全雙工數據傳輸速率。Aurora可優化支持范圍廣泛的應用，如太位級路由器和交換機、遠程接入交換機、HDTV廣播系統、分布式服務器和存儲子系統等需要極高數據傳輸速率的應用。 傳統的標準背板如VME總線和CompactPCI總線都是采用并行總線方式。然而對帶寬需求的不斷增加使新興的高速串行總線背板正在逐漸取代傳統的并行總線背板。現在，高速串行背板速率普遍從622Mbps到3.125Gbps，甚至超過10Gbps。AdvancedTCA（先進電信計算架構）正是在這種背景下作為新一代的標準背板平臺被提出并得到快速的發展。它由PCI工業計算機制造商協會（PICMG）開發，其主要目的是定義一種開放的通信和計算架構，使它們能被方便而迅速地集成，滿足高性能系統業務的要求。ATCA作為標準串行總線結構，支持高速互聯、不同背板拓撲、高信號密度、標準機械與電氣特性、足夠步線長度等特性，滿足當前和未來高系統帶寬的要求。 采用FPGA設計高速串行接口將為設計帶來巨大的靈活性和可擴展能力。Xilinx Virtex-IIPro系列FPGA芯片內置了最多24個RocketIO收發器，提供從622Mbps到3.125Gbps的數據速率并支持所有新興的高速串行I/O接口標準。結合其強大的邏輯處理能力、豐富的IP核心支持和內置PowerPC處理器，為企業從并行連接向串行連接的過渡提供了一個理想的連接平臺。 本文論述了采用Xilinx Virtex-IIPro FPGA設計傳輸速率為2.5Gbps的高速串行背板接口，該背板接口完全符合PICMG3.0規范。本文對串行高速通道技術的發展背景、現狀及應用進行了簡要的介紹和分析，詳細分析了所涉及到的主要技術包括線路編解碼、控制字符、逗點檢測、擾碼、時鐘校正、通道綁定、預加重等。同時對AdvancedTCA規范以及Aurora鏈路層協議進行了分析， 并在此基礎上給出了FPGA的設計方法。最后介紹了基于Virtex-IIPro FPGA的ATCA接口板和MultiBERT設計工具，可在標準ATCA機框內完成單通道速率為2.5Gbps的全網格互聯。
上傳時間： 2013-05-29
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在合成孔徑雷達的研究和研制工作中，合成孔徑雷達模擬技術具有十分重要的作用。本文以440MHz帶寬線性調頻信號，采樣頻率500MHz高分辨合成孔徑雷達視頻模擬器為研究對象。首先對模擬器的幾項主要技術進行分析，在對點目標回波信號模型分析研究的基礎上，對點目標原始回波數據進行模擬并做了成像驗證，從而為硬件實現提供了正確的信號模型；針對傳統的“波形存儲直讀法”方案，即在計算機平臺上用模擬軟件產生原始回波數據并存儲，再通過計算機接口實現數據傳輸，最后完成數模轉換產生視頻信號這一過程，分析指出該方案在實現高分辨率時的速度和容量瓶頸。 針對具體的設計要求，圍繞速度和容量問題，本文著眼于高分辨率SAR模擬器的FPGA實現研究，指出FPGA實時生成點目標原始回波數據是其實現的核心；針對這一核心問題，充分利用現代VLSI設計中的流水線技術與并行陣列技術以及FPGA的優良性能和豐富資源，在時間上采用同步流水結構、空間上采用并行陣列形式，將速度和容量問題統一為數據的高速生成問題；給出了系統總體設計思想，該方案不需要大容量存儲器單元，大大減少模擬器復雜度；對原始回波數據實時生成模塊的各主要單元給出了結構并進行了仿真，結果表明FPGA可以滿足課題設計要求；同時，對該模擬器片上系統的實現、增強人機交互性，給出了人機界面的設計思路。 分析指出了點目標原始回波數據實時生成模塊通過并行擴展即可實現多點目標的原始回波數據實時生成；最后對復雜場景目標模擬器的實現進行了構思，指出了傳統方案在改進的基礎上實現高分辨率視頻模擬器的可行性。本文首次提出以FPGA實現高分辨率合成孔徑雷達原始回波數據實時生成的思想，為國內業界在此方向做了一些理論和實踐上的有益探索，對于國內高分辨率合成孔徑雷達的研制具有一定的實際意義。
上傳時間： 2013-04-24
上傳用戶：阿四AIR
在合成孔徑雷達的研究和研制工作中，合成孔徑雷達模擬技術具有十分重要的作用。本文以440MHz帶寬線性調頻信號，采樣頻率500MHz高分辨合成孔徑雷達視頻模擬器為研究對象。首先對模擬器的幾項主要技術進行分析，在對點目標回波信號模型分析研究的基礎上，對點目標原始回波數據進行模擬并做了成像驗證，從而為硬件實現提供了正確的信號模型；針對傳統的“波形存儲直讀法”方案，即在計算機平臺上用模擬軟件產生原始回波數據并存儲，再通過計算機接口實現數據傳輸，最后完成數模轉換產生視頻信號這一過程，分析指出該方案在實現高分辨率時的速度和容量瓶頸。 針對具體的設計要求，圍繞速度和容量問題，本文著眼于高分辨率SAR模擬器的FPGA實現研究，指出FPGA實時生成點目標原始回波數據是其實現的核心；針對這一核心問題，充分利用現代VLSI設計中的流水線技術與并行陣列技術以及FPGA的優良性能和豐富資源，在時間上采用同步流水結構、空間上采用并行陣列形式，將速度和容量問題統一為數據的高速生成問題；給出了系統總體設計思想，該方案不需要大容量存儲器單元，大大減少模擬器復雜度；對原始回波數據實時生成模塊的各主要單元給出了結構并進行了仿真，結果表明FPGA可以滿足課題設計要求；同時，對該模擬器片上系統的實現、增強人機交互性，給出了人機界面的設計思路。 分析指出了點目標原始回波數據實時生成模塊通過并行擴展即可實現多點目標的原始回波數據實時生成；最后對復雜場景目標模擬器的實現進行了構思，指出了傳統方案在改進的基礎上實現高分辨率視頻模擬器的可行性。本文首次提出以FPGA實現高分辨率合成孔徑雷達原始回波數據實時生成的思想，為國內業界在此方向做了一些理論和實踐上的有益探索，對于國內高分辨率合成孔徑雷達的研制具有一定的實際意義。
上傳時間： 2013-05-26
上傳用戶：alia
隨著現代雷達技術的不斷發展,電子偵察設備面臨電磁環境日益復雜多變,發展寬帶化、數字化、多功能、軟件化的電子偵察設備已是一項重要的任務.然而,目前的寬帶A/D與后續DSP之間的工作速率總有一到兩個數量級的差別,二者之間的瓶頸成為電子偵察系統數字化的最大障礙.通信領域軟件無線電的成功應用為電子偵察系統的發展提供了一種理想模式.另一方面,微電子技術的快速發展,以及FPGA的廣泛應用,在很大程度上影響了數字電路的設計與開發.這也為解決高速A/D與DSP處理能力之間的矛盾提供了一種有效的解決方法.為了解決寬帶A/D與后續DSP之間的瓶頸問題,本文給出了一種基于多相濾波的寬帶數字下變頻結構,并從軟件無線電原理出發,從理論推導和計算機仿真兩方面對該結構進行了驗證,并進一步給出該結構改進方案以及改進的多相濾波數字下變頻結構的硬件實現方法.本文將多相濾波下變頻的并行結構應用到數字下變頻電路中,并在后繼的混頻模塊中也采用并行混頻的方式來實現,不僅在一定程度上解決了二者之間的瓶頸問題,同時也大大提高了實時處理速度.經過多相濾波下變頻處理后的數據,在速率和數據量上都有大幅減少,達到了現有通用DSP器件處理能力的要求.另外,本人還用FPGA設計了實驗電路,利用微機串口,與實驗目標板進行控制和數據交換.利用FPGA的在線編程特性,可以方便靈活的對各種實現方法加以驗證和比較.
上傳時間： 2013-07-13
上傳用戶：華華123
在工業過程中，許多對象具有滯后特性，由于純滯后的存在，使得系統的超調量變大，調節時間變長。因此滯后過程被公認為較難控制的對象，而且純滯后占整個動態過程的時間越長，難控的程度越大。所以大純滯后對象的控制一直是困擾自動控制和計算機應用領域的一大難題。而這類對象又廣泛存在于石油、化工、釀造、制藥、冶金等工業生產過程中。因此對該問題的研究具有重大的實際意義。 傳統的PID配合Smith預估補償器的控制方法，對模型誤差反映比較靈敏，當存在建模誤差或干擾時，控制效果并不能取得令人滿意的效果。近年來隨著模糊控制、神經網絡控制等智能控制研究的不斷深入，有些學者將它們與Smith預估控制、PID控制及預測控制等相結合，提出了針對不確定大滯后系統的新的控制方法。雖然有些控制方案效果不錯，但系統的復雜程度和調試難度也隨之增加。因此設計簡單、快速、可靠的控制器，仍是一個重大課題。 本文首先介紹了大滯后過程的控制特點，概述了常用的大滯后過程的控制方法及其優缺點。接著概要地介紹了嵌入式系統的優點、發展歷史、現狀及前景。并針對性地介紹了ARM控制器的概況以及它的應用領域。然后本文針對大滯后對象提出了自抗擾控制器與Smith預估補償器相結合的設計方案。通過仿真對比了本方案、PID配合Smith預估補償器及單一的自抗擾控制器的控制效果，表明自抗擾控制器與Smith預估補償器的結合有效地改善了大滯后對象的控制效果，增強了系統的魯棒性和抗干擾能力。為驗證該控制方案的實際控制效果，我們以PCT-II型過程控制實驗裝置中的具有大滯后特性的盤管內部的溫度為被控對象，以JX44BO開發板作為主要的控制平臺設計并完成大滯后控制實驗。所以接下來本文介紹了實現這個嵌入式溫度大滯后控制系統所涉及到的硬件平臺、系統框圖以及實驗內容。然后本文介紹了嵌入式控制平臺的控制界面以及各個主要功能的程序的實現，以及遠程客戶端程序在以太網通訊方面的程序實現和遠程客戶端程序的操作界面。最后本文給出了本次實驗的參數設置以及最終的實驗結果。實驗結果表明在實際應用中本文所提出的方案對于大滯后對象具有較好的控制效果。
上傳時間： 2013-06-11
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智能電表、水表、煤/燃氣表、熱量表等大量地出現在人們的生活中，同時這些儀表的抄錄工作變得越來越煩瑣，工作量大，工作效率低，不僅給用戶帶來不便，而且會存在漏抄、誤抄、估抄的現象。隨著電子技術、通信技術和計算機技術的飛速發展，人工抄表已經逐步被自動抄表所代替。 集中器是一個數據集中處理器，是多對象自動抄表系統的通信橋梁，負責對各智能表的數據進行采集、存儲和管理，及時有效地向上位機傳輸數據并執行上位機發送的指令。提高多對象集中器數據處理能力，有效完成上下行通信是多對象自動抄表系統AMRS（Automation Meter Reading System）目前需要解決的關鍵問題。 本文針對多對象集中器這樣一個較復雜的通信與控制系統，提出采用32位的高性能嵌入式微處理器。32位ARM9微處理器處理速度快、硬件性能高、低功耗、低成本，集成了相當多的硬件資源，硬件的擴展和設計大大簡化，ARM9（S3C2410）為工業級芯片，抗干擾能力強，能夠適應運行現場的較惡劣環境，8/16位微控制器運算能力有限，對于較復雜的通信與控制算法難以順利完成；硬件平臺依賴性強，不利于軟件的開發、升級與移植；在缺乏多任務調度機制的情況下，應用軟件不僅實現難度大，且可靠性難以保證。 本文首先對多對象遠程抄表系統的總體結構進行研究，主要研究了多對象遠程抄表系統中集中器的軟件和硬件實現，對硬件資源進行了外圍擴展，對S3C2410微處理器芯片的外圍硬件進行了擴展設計，使之具備了滿足使用需求的最小系統硬件資源，包括時鐘、復位、電源、外圍存儲、LCD、RS-485通信模塊、CAN通信模塊等電路設計。實時時鐘為多對象集中器定時抄表提供時間標準；電源電路為多對象集中器系統提供穩定電源；看門狗電路的設計保證多對象集中器系統可靠運行，防止系統死機；數據存儲器主要用于存儲參數、變量、集中器自身的參數，負責智能表的參數以及智能表用量等。上行通道即多對象集中器與上位機之間的通信線路，采用CAN現場總線進行通信；下行通道即多對象集中器與智能表之間的通信，采用RS-485總線進行通信。軟件設計上，主要針對多對象集中器的數據存儲功能和串行通訊功能進行程序編寫。基于ARM的多對象遠程抄表系統集中器可以實現多對象遠程抄表，提高了數據處理能力，有效完成了上下行通信，可靠性強，穩定性高，結構簡單。
上傳時間： 2013-06-07
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隨著現代電力系統向大容量、高電壓方向發展，廣泛用于大型發電機組測量和保護用的大電流互感器的研制就變得很緊迫。考慮到大電流互感器具有大電流、強電磁干擾和多相運行等特點，在設計大電流互感器時，必須采取有效的屏蔽措施，屏蔽來自鄰相的雜散磁通。傳統的屏蔽方案是采用金屬屏蔽罩，盡管有效，但設備笨重。本文中，作者對有外層屏蔽繞組的大電流互感器進行了各種研究。 大電流互感器采用繞組屏蔽方式后，如何優化設計屏蔽繞組，使屏蔽繞組能夠充分有效地屏蔽雜散磁通對環形鐵心的影響呢?針對上述的問題，本文作者主要完成如下幾個方面的工作： 1、首先對國內外大電流互感器的發展與研究現狀進行了敘述，并成功設計了15000/5A大電流互感器。 2、對精典的電磁場理論和場路耦合法的數學理論進行了深入的研究，建立了大電流互感器的三維場路耦合有限元分析的數學模型和仿真模型。應用有限元軟件ANSYS建立三維有限元仿真模型和基于場路耦合原理的外部耦合電路。 3、理論分析了雜散磁通對電流互感器鐵心的影響；重點分析了繞組屏蔽雜散磁通理論；通過等值電流法，得到無論三相還是多相電流互感器條件下，中間相的電流互感器所受到的雜散磁通是最為嚴重的，為大電流互感器的有效保護提供了科學依據。 4、為了得到最優化屏蔽繞組，對屏蔽繞組的匝數采用離散化替代連續性，再考慮屏蔽繞組在環形鐵心上的位置，共提出了多種優化方案；根據三維場路耦合有限元分析模型，精確計算出屏蔽繞組中的電流、電流分布、環形鐵心中的磁感應強度分布和外層繞組的局部最高溫升，通過比較多種計算結果，得到大電流互感器屏蔽繞組的最優化方案。 5、最后建立了大電流互感器的等效磁勢法和降流回路法兩種試驗方案模型，通過比較試驗方案仿真計算結果和出廠試驗結果，證明了仿真計算結果是正確的，可靠的。 通過對屏蔽繞組進行優化設計后，有效地削弱了雜散磁通，使得大電流互感器輕型化、小型化，節約了大量的銅材料，使得其運輸更加方便。
上傳時間： 2013-04-24
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