隨著計算機和自動化測量技術的日益發展，測量儀器和計算機的關系日益密切。計算機的很多成果很快就應用到測量和儀器領域，與計算機相結合已經成為測量儀器和自動測試系統發展的必然趨勢。高度集成的現場可編程門陣列（FPGA）是超大規模集成電路和計算機輔助設計技術發展的結果，由于FPGA器件具備集成度高、體積小、可以利用基于計算機的開發平臺，用編寫軟件的方法來實現專門硬件的功能等優點，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。 本文研究基于網絡的高速數據采集系統的設計與實現問題。論文完成了以FPGA結構為系統硬件平臺，uClinux為核心的系統的軟件平臺設計，進行信號的采集和遠程網絡監測的功能。 論文從軟硬件兩方面入手，闡述了基于FPGA器件進行數據采集的硬件系統設計方法，以及基于uClinux操作系統的設備驅動程序設計和應用程序設計。 硬件方面，FPGA采用Xilinx公司Spartan系列的XC3S500芯片，用verilog HDL硬件描述語言在Xilinx公司提供的ISE輔助設計軟件中實現FPGA編程。將微處理器MicroBlaze、數據存儲器、程序存儲器、以太網控制器、數模轉換控制器等數字邏輯電路通過CoreConnect技術用OPB總線集成在同一個FPGA內部，形成一個可編程的片上系統（SOPC）。采用基于FPGA的SOPC設計的突出優點是不必更換芯片就可以實現設計的改進和升級，同時也可以降低成本和提高可靠性。 軟件方面，為了更好更有效地管理和拓展系統功能，移植了uClinux到MicroBlaze軟處理器上，設計實現了平臺上的ADC設備驅動程序和數據采集應用程序。并通過修訂內核，實現了利用以太網TCP/IP協議來訪問數據采集程序獲得的數據。
上傳時間： 2013-05-23
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現代數字信號處理對實時性提出了很高的要求，當最快的數字信號處理器(DSP)仍無法達到速度要求時，唯一的選擇是增加處理器的數目，或采用客戶定制的門陣列產品。隨著可編程邏輯器件技術的發展，具有強大并行處理能力的現場可編程門陣列(FPGA)在成本、性能、體積等方面都顯示出了優勢。本文以此為背景，研究了基于FPGA的快速傅立葉變換、數字濾波、相關運算等數字信號處理算法的高效實現。 首先，針對圖像聲納實時性的要求和FPGA片內資源的限制，設計了級聯和并行遞歸兩種結構的FFT處理器。文中詳細討論了利用流水線技術和并行處理技術提高FFT處理器運算速度的方法，并針對蝶形運算的特點提出了一些優化和改進措施。 其次，分析了具有相同結構的數字濾波和相關運算的特點，采用了有乘法器和無乘法器兩種結構實現乘累加(MAC)運算。無乘法器結構采用分布式算法(DA)，將乘法運算轉化為FPGA易于實現的查表和移位累加操作，顯著提高了運算效率。此外，還對相關運算的時域多MAC方法及頻域FFT方法進行了研究。 最后，完成了圖像聲納預處理模塊。在一片EP2S60上實現了對160路信號的接收、濾波、正交變換以及發送等處理。實驗表明，本論文所有算法均達到了設計要求。
上傳時間： 2013-06-09
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數字信號發生器是數字信號處理中不可缺少的調試設備。在某工程項目中，為了提供特殊信號，比如雷達信號，就需要設計專用的數字信號發生器，用以達到發送雷達信號的要求。在本文中提出了使用PCI接口的專用數字信號發生器方案。 該方案的目標是能夠采錄雷達信號，把信號發送到主機作為信號文件存儲起來，然后對這個信號文件進行航跡分離，得到需要的航跡信號文件。同時，信號發生器具有發送信號的功能，可以把不同形式的信號文件發送到檢測端口，用于設備調試。 在本文中系統設計主要分為硬件和軟件兩個方面來介紹： 硬件部分采用了FPGA邏輯設計加上外圍電路來實現的。在硬件設計中，最主要的是FPGA邏輯設計，包括9路主從SPI接口信號的邏輯控制，片外SDRAM的邏輯控制，PCI9054的邏輯控制，以及這些邏輯模塊間信號的同步、發送和接收。在這個過程中信號的方向是雙向的，所選用的芯片都具有雙向數據的功能。 在本文中軟件部分包括驅動軟件和應用軟件。驅動軟件采用PLXSDK驅動開發，通過控制PCI總線完成數據的采錄和發送。應用軟件中包括數據提取和數據發送，采用卡爾曼濾波器等方法。 通過實驗證明該方案完全滿足數據傳輸的要求，達到SPI傳輸的速度要求，能夠完成航跡提取，以及數據傳輸。
上傳時間： 2013-07-14
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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： 2013-04-24
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現代雷達系統廣泛采用脈沖壓縮技術，用以解決作用距離與分辨能力之間的矛盾。脈沖壓縮是指雷達通過發射寬脈沖，保證足夠的最大作用距離，而接收時，采用相應的脈沖壓縮法獲得窄脈沖以提高距離分辨率的過程。同時，數字信號處理技術的迅猛發展和廣泛應用，為雷達脈沖壓縮處理的數字化實現提供了可能。 本文主要研究雷達多波形頻域數字脈沖壓縮系統的硬件系統實現。在匹配濾波理論的指導下，成功研制了基于FPGAEP1K100QC208-1和4片高性能ADSP21160M的多波形頻域數字脈沖壓縮系統。該系統可處理時寬在42μs以內、帶寬在5MHz以下的線性調頻信號(LFM)，非線性調頻信號(NLFM)和Taylor四相碼信號，且技術指標完全滿足實用系統的設計要求。 本文完成的主要工作和創新之處有：(1)基于雙通道模數轉換器AD10242設計高精度數據采集電路，為整個脈壓系統的工作提供必要的條件。完成了前端模擬信號輸入電路的優化和差分輸入時鐘的產生，以實現高精度采樣。 (2)根據協議和脈壓系統的工作要求，以基于FPGAEP1K100QC208完成系統控制，使整個脈壓系統正確穩定地工作。同時以該FPGA生成雙口RAM，實現數據暫存，以匹配采樣速率和脈壓系統頻率。 (3)設計基于4片高性能ADSP21160M的緊耦合并行處理系統，以完成多波形頻域數字脈沖壓縮的全部運算工作。4片DSP共享外部總線，且各DSP以鏈路口互連，進行數據通信。各DSP還使用一個鏈路口連接到接口板DSP，將脈壓結果送出。 (4)以一片ADSP21160M和一片EP1K100QC208為核心，設計輸出板電路，完成數據對齊、求模和數據向下一級的輸出，并產生模擬輸出。 (5)調試并改進處理板和輸出板。
上傳時間： 2013-06-11
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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： 2013-05-26
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在永磁直流電機中，即使電樞繞組不通電，由于永磁體產生的磁場同電樞鐵芯的齒槽相互作用而產生轉矩，即齒槽定位力矩(CoggingTorque)。定位力矩使電機輸出轉矩波動，產生振動及噪聲。文中闡述了產生定位力矩的原理，綜述了包括德昌電機公司的技術在內的抑制定位力矩的方法和研究現狀。抑制定位力矩的方法，主要就是減小電樞旋轉過程中氣隙中磁場能量的變化。 文中以少槽永磁直流電機為例，通過有限元分析，以及DOE實驗驗證，對轉子沖片增加輔助凹槽、充磁方式和轉子沖片不同類型對定位力矩的影響進行了研究，深入分析了沖片輔助凹槽對抑制少槽永磁直流電機定位力矩的作用，結果表明，同一沖片上在對稱位置上排布輔助凹槽能取得很好的效果，而以沖片中心線對稱地加兩個輔助凹槽時，輔助凹槽角度不同作用不同。對不同沖片，適合的輔助凹槽角度也是不同的。文中找出了一個較成熟的抑制少槽永磁直流電機定位力矩的系統方法，給出了生產中實用的抑制方法，同時通過實驗給出了這些方法對電機性能的影響。 DOE方法能從不同因素中找出對定位力矩起主要作用的變異因素，并且尋找到各變異因素之間的影響作用，給出抑制定位力矩各變量的最佳組合，相比現時生產中的方法，該組合可將定位力矩降低70％。
上傳時間： 2013-07-10
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本文介紹使用VB6.0開發工具實現PC機與單片機的串行通訊的基本原理和方法。并結合具體實例給出使用RS-232接口進行串行通信的基本程序。隨著計算機技術尤其是單片微型機技術的發展，人們已越來越
上傳時間： 2013-04-24
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2000年10月2日，美國國家標準與技術研究所宣布采用Rijndael算法作為高級加密標準，并于2002年5月26日正式生效，AES算法將在今后很長一段時間內，在信息安全中扮演重要角色。因此，對AES算法實現的研究就成為了國內外的熱點，會在信息安全領域得到廣泛的應用。用FPGA實現AES算法具有快速、靈活、開發周期短等優點。 本論文就是針對AES加、解密算法在同一片FPGA中的優化實現問題，在深入分析了AES算法的整體結構、基本變換以及加、解密流程的基礎上，對AES算法的加、解密系統的FPGA優化設計進行了研究。主要內容為： 1．確定了實現方案以及關鍵技術，在比較了常用的結構后，采用了適合高速并行實現AES加、解密算法的結構——內外混合的流水線結構，并給出了總體的設計框圖。由于流水線結構不適用于反饋模式，為了達到較高的運算速度，該系統使用的是電碼本模式(ECB)的工作方式； 2．對各個子模塊的設計分別予以詳細分析，結合算法本身和FPGA的特點，采用查表法優化處理了字節代換運算，列混合運算和密鑰擴展運算。同時，考慮到應用環境的不同，本設計支持數據分組為128比特，密鑰長度為128比特、192比特以及256比特三種模式下的AES算法加、解密過程。完成了AES加、解密算法在同一片FPGA中實現的這個系統的優化設計； 3．利用QLJARTUSII開發工具進行代碼的編寫工作和綜合編譯工作，在 MODELSIM中進行仿真并給出仿真結果，給出了各個模塊和整個設計的仿真測試結果； 4．和其他類似的設計做了橫向對比，得出結論：本設計在保證了速度的基礎上實現了資源和速度的均衡，在性能上具有較大的優勢。
上傳時間： 2013-05-25
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在圖像處理及檢測系統中，實時性要求往往影響著系統處理速度的性能。本文在分析研究視頻檢測技術及方法的基礎上，應用嵌入式系統設計和圖像處理技術，以交通信息視頻檢測系統為研究背景，展開了基于FPGA視頻圖像檢測技術的研究與應用，通過系統仿真驗證了基于FPGA架構的圖像并行處理和檢測系統具有較高的實時處理能力，能夠準確并穩定地檢測出運動目標的信息。可見FPGA對提高視頻檢測及處理的實時性是一個較好的選擇。 本文主要研究的內容有： 1．分析研究了視頻圖像檢測技術，針對傳統基于PC構架和DSP處理器的視頻檢測系統的弊端，并從可靠性、穩定性、實時性和開發成本等因素考慮，提出了以FPGA芯片作為中央處理器的嵌入式并行數據處理系統的設計方案。 2．應用模塊化的硬件設計方法，構建了新一代嵌入式視頻檢測系統的硬件平臺。該系統由異步FIFO模塊、圖像空間轉換模塊、SRAM幀存控制模塊、圖像預處理模塊和圖像檢測模塊等組成，較好地解決了圖像采樣存儲、處理和傳輸的問題，并為以后系統功能的擴展奠定了良好的基礎。 3．在深入研究了線性與非線性濾波幾種圖像處理算法，分析比較了各自的優缺點的基礎上，本文提出一種適合于FPGA的快速圖像中值濾波算法，并給出該算法的硬件實現結構圖，應用VHDL硬件描述語言編程、實現，仿真結果表明，快速中值濾波算法的處理速度較傳統算法提高了50％，更有效地降低了系統資源占用率和提高了系統運算速度，增強了檢測系統的實時性能。 4．研究了基于視頻的交通車流量檢測算法，重點討論背景差分法，圖像二值化以及利用直方圖分析方法確定二值化的閾值，并對圖像進行了直方圖均衡處理，提高圖像檢測精度。并結合嵌入式系統處理技術，在FPGA系統上研究設計了這些算法的硬件實現結構，用VHDL語言實現，并對各個模塊及相應算法做出了功能仿真和性能分析。 5．系統仿真與驗證是整個FPGA設計流程中最重要的步驟，針對現有仿真工具用手動設置輸入波形工作量大等弊病，本文提出了一種VHDL測試基準(TestBench)方法解決系統輸入源仿真問題，用TEXTIO程序包設計了MATLAB與FPGA仿真軟件的接口，很好地解決了仿真測試中因測試向量龐大而難以手動輸入的問題。并將系統的仿真結果數據在MATLAB上還原為圖像，方便了系統測試結果的分析與調試。系統測試的結果表明，運動目標的檢測基本符合要求，可以排除行走路人等移動物體(除車輛外)的噪聲干擾，有效地檢測出正確的目標。 本文主要研究了基于FPGA片上系統的圖像處理及檢測技術，針對FPGA技術的特點對某些算法提出了改進，并在MATLAB、QuartusⅡ和ModelSim軟件開發平臺上仿真實現，仿真結果達到預期目標。本文的研究對智能化交通監控系統的車流量檢測做了有益探索，對其他場合的圖像高速處理及檢測也具有一定的參考價值。
上傳時間： 2013-07-13
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