現(xiàn)場可編程門陣列(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)計的規(guī)模和集成度不斷提高。同時也帶來了電子系統(tǒng)設(shè)計方法和設(shè)計思想的不斷推陳出新。 隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號處理的理論和技術(shù)廣泛的應(yīng)用于通訊、語音處理、計算機(jī)和多媒體等領(lǐng)域。快速傅里葉變換(FFT)作為數(shù)字信號處理的核心技術(shù)之一，是離散傅里葉變換的運(yùn)算時間縮短了幾個數(shù)量級。FFT已經(jīng)成為現(xiàn)代信號處理的重要理論之一。 該文的目的就是研究如何應(yīng)用FPGA實(shí)現(xiàn)FFT算法，研制具有自己知識產(chǎn)權(quán)的FFT信號處理器具有重要的理論意義和實(shí)用意義。 設(shè)計采用基4算法設(shè)計了一個具有實(shí)用價值的FFT實(shí)時硬件處理器。其中使用了改進(jìn)的CORDIC流水線結(jié)構(gòu)設(shè)計了FFT的蝶型運(yùn)算單元，將硬件不易于實(shí)現(xiàn)、運(yùn)算緩慢的乘法單元轉(zhuǎn)換成硬件易于實(shí)現(xiàn)、運(yùn)算快捷的加法單元。并根據(jù)基4算法的尋址特點(diǎn)設(shè)計了簡單快速的地址發(fā)生器。整體采用流水線的工作方式，并將雙端口RAM、只讀ROM全部內(nèi)置在FPGA芯片內(nèi)部，使整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換和處理速度得以提高。 整個設(shè)計利用ALTERA公司提供的QUARTUSⅡ4.0開發(fā)軟件，采用先進(jìn)的層次化設(shè)計思想，使用一片F(xiàn)PGA芯片完成了整個FFT處理器的電路設(shè)計。整體設(shè)計經(jīng)過時序仿真和硬件仿真，運(yùn)行速度達(dá)到100MHz以上。
上傳時間： 2013-07-01
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DFT(Discrete Fourier Transformation)是數(shù)字信號分析與處理如圖形、語音及圖像等領(lǐng)域的重要變換工具,直接計算DFT的計算量與變換區(qū)間長度N的平方成正比.當(dāng)N較大時,因計算量太大,直接用DFT算法進(jìn)行譜分析和喜好的實(shí)時處理是不切實(shí)際的.快速傅里葉變換(Fast Fourier Transformation,簡稱FFT)使DFT運(yùn)算效率提高1~2個數(shù)量級.本文的目的就是研究如何應(yīng)用FPGA這種大規(guī)模可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)FFT的算法.本設(shè)計主要采用先進(jìn)的基-4DIT算法研制一個具有實(shí)用價值的FFT實(shí)時硬件處理器.在FFT實(shí)時硬件處理器的設(shè)計實(shí)現(xiàn)過程中,利用遞歸結(jié)構(gòu)以及成組浮點(diǎn)制運(yùn)算方式,解決了蝶形計算、數(shù)據(jù)傳輸和存儲操作協(xié)調(diào)一致問題.合理地解決了位增長問題.同時,采用并行高密度乘法器和流水線(pipeline)工作方式,并將雙端口RAM、只讀ROM全部內(nèi)置在FPGA芯片內(nèi)部,使整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換和處理速度得以很大提高,實(shí)際合理地解決了資源和速度之間相互制約的問題.本設(shè)計采用Verilog HDL硬件描述語言進(jìn)行設(shè)計,由于在設(shè)計中采用Xilinx公司提供的稱為Core的IP功能塊極大地提高了設(shè)計效率.
標(biāo)簽： FPGA FFT 數(shù)字處理器 硬件實(shí)現(xiàn)
上傳時間： 2013-06-20
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隨著TD—SCDMA技術(shù)的不斷發(fā)展，TD—SCDMA系統(tǒng)產(chǎn)品也逐步成熟并隨之完善。產(chǎn)品家族日益豐富，室內(nèi)型宏基站、室外型宏基站、分布式基站(BBU+RRU)、微基站等系列化基站產(chǎn)品逐步問世，可以滿足不同場景的建網(wǎng)需求。而分布式基站(BBU+RRU)越來越多地受到業(yè)界的關(guān)注和重視。 本文主要從TD—SCDMA頻點(diǎn)拉遠(yuǎn)系統(tǒng)(RRU)和軟件無線電技術(shù)的發(fā)展入手，重點(diǎn)研究TD—SCDMA頻點(diǎn)拉遠(yuǎn)系統(tǒng)的FPGA設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。TD—SCDMA通信系統(tǒng)通過靈活分配不同的上下行時隙，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的不對稱性，但是多路數(shù)字中頻所構(gòu)成的系統(tǒng)成本高和控制的復(fù)雜性，以及TDD雙工模式下，系統(tǒng)的峰均比隨時隙數(shù)增加而增加，對整個頻點(diǎn)拉遠(yuǎn)系統(tǒng)的前端放大器線性輸入提出了很高的要求。TD—SCDMA系統(tǒng)使用軟件無線電平臺，一方面軟件算法可以有效保證時隙分配的準(zhǔn)確性，保證對前端控制器的開關(guān)控制，以及對上下行功率讀取計算和子幀的靈活提取，另一方面靈活的DUC/CFR算法可以有效的提高頻帶利用率和抗干擾能力，有效的控制TDD系統(tǒng)的峰均比，有效降低系統(tǒng)對前端放大器線性輸出能力的要求。 本文主要研究軟件無線電中DUC和CFR的關(guān)鍵技術(shù)以及FPGA實(shí)現(xiàn)，DUC主要由3倍FIR內(nèi)插成型濾波器、2倍插值補(bǔ)償濾波器以及5級CIC濾波器級聯(lián)組成；而CFR主要采用類似基帶削峰的加窗濾波的中頻削峰算法，可以降低相鄰信道的溢出，更有效的降低CF值。將DUC/CFR以單片F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)，能很好提高RRU性能，減少其硬件結(jié)構(gòu)，降低成本，降低功耗，增加外部環(huán)境的穩(wěn)定性。
標(biāo)簽： TDSCDMA FPGA 頻點(diǎn)
上傳時間： 2013-04-24
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常用的實(shí)時數(shù)字信號處理的器件有可編程的數(shù)字信號處理(DSP)芯片(如AD系列、TI系列)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)等。在工程實(shí)踐中,往往要求對信號處理要有高速性、實(shí)時性和靈活性,而已有的一些軟件和硬件實(shí)現(xiàn)方式則難以同時達(dá)到這幾方面的要求。隨著可編程邏輯器件和EDA技術(shù)的發(fā)展,使用FPGA來實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號處理,既具有實(shí)時性,又兼顧了一定的靈活性。FPGA具有的靈活的可編程邏輯可以方便的實(shí)現(xiàn)高速數(shù)字信號處理,突破了并行處理、流水級數(shù)的限制,有效地利用了片上資源,加上反復(fù)的可編程能力,越來越受到國內(nèi)外從事數(shù)字信號處理的研究者所青睞。 FIR數(shù)字濾波器以其良好的線性特性被廣泛使用,屬于數(shù)字信號處理的基本模塊之一。本論文對基于FPGA的FIR數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究,所做的主要工作如下： 1.介紹了FIR數(shù)字濾波器的基本理論和FPGA的基本概況,以及FPGA設(shè)計流程、設(shè)計指導(dǎo)原則和常用的設(shè)計指導(dǎo)思想與技巧。 2.以FIR數(shù)字濾波器的基本理論為依據(jù),使用分布式算法為濾波器的硬件實(shí)現(xiàn)算法,并對其進(jìn)行了詳細(xì)的討論。針對分布式算法中查找表規(guī)模過大的缺點(diǎn),采用優(yōu)化分布式算法的多塊查找表方式使得硬件規(guī)模極大的減小。 3.設(shè)計出一個192階的FIR濾波器實(shí)例。其系統(tǒng)要求為：定點(diǎn)16位輸入、定點(diǎn)12位系數(shù)、定點(diǎn)16位輸出,采樣率為75MHz。設(shè)計用Quartus II軟件進(jìn)行仿真,并將其仿真結(jié)果與Matlab仿真結(jié)果進(jìn)行對比分析。 仿真結(jié)果表明,本論文設(shè)計的濾波器硬件規(guī)模較小,采樣率達(dá)到了75MHz。同時只要將查找表進(jìn)行相應(yīng)的改動,就能分別實(shí)現(xiàn)低通、高通、帶通FIR濾波器,體現(xiàn)了設(shè)計的靈活性。
標(biāo)簽： FPGA FIR 數(shù)字濾波器
上傳時間： 2013-06-06
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波前處理機(jī)是自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中實(shí)時信號處理和運(yùn)算的核心，隨著自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)得發(fā)展，波前傳感器的采樣頻率越來越高，這就要求波前處理機(jī)必須有更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力以保證系統(tǒng)的實(shí)時性。在整個波前處理機(jī)的工作流程中，對CCD傳來的實(shí)時圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時處理是第一步，也是十分重要的一步。如果不能保證圖像處理的實(shí)時性，那么后續(xù)的處理過程都無從談起。因此，研制高性能的圖像處理平臺，對波前處理機(jī)性能的提高具有十分重要的意義。 論文介紹了本研究課題的背景以及國內(nèi)外圖像處理技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展?fàn)顩r，接著介紹了傳統(tǒng)的專用和通用圖像處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和模型，并通過分析DSP芯片以及DSP系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了基于DSP和FPGA芯片的實(shí)時圖像處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)基于PC機(jī)模式的圖像處理系統(tǒng)，發(fā)揮了DSP和FPGA兩者的優(yōu)勢，能更好地提高圖像處理系統(tǒng)實(shí)時性能，同時也最大可能地降低成本。 論文根據(jù)圖像處理系統(tǒng)的設(shè)計目的、應(yīng)用需求確定了器件的選型。介紹了主要的器件，接著從系統(tǒng)架構(gòu)、邏輯結(jié)構(gòu)、硬件各功能模塊組成等方面詳細(xì)介紹了DSP+FPGA圖像處理系統(tǒng)硬件設(shè)計，并分析了包括各種參數(shù)指標(biāo)選擇、連接方式在內(nèi)的具體設(shè)計方法以及應(yīng)該注意的問題。 論文在闡述傳輸線理論的基礎(chǔ)上，在制作PCB電路板的過程中，針對高速電路設(shè)計中易出現(xiàn)的問題，詳細(xì)分析了高速PCB設(shè)計中的信號完整性問題，包括反射、串?dāng)_等，說明了高速PCB的信號完整性、電源完整性和電磁兼容性問題及其解決方法，進(jìn)行了一定的理論和技術(shù)探討和研究。 論文還介紹了基于FPGA的邏輯設(shè)計，包括了圖像采集模塊的工作原理、設(shè)計方案和SDRAM控制器的設(shè)計，介紹了SDRAM的基本操作和工作時序，重點(diǎn)闡述系統(tǒng)中可編程器件內(nèi)部模塊化SDRAM控制器的設(shè)計及仿真結(jié)果。 論文最后描述了硬件系統(tǒng)的測試及調(diào)試流程，并給出了部分的調(diào)試結(jié)果。 該系統(tǒng)主要優(yōu)點(diǎn)有：實(shí)時性、高速性。硬件設(shè)計的執(zhí)行速度，在高速DSP和FPGA中實(shí)現(xiàn)信號處理算法程序，保證了系統(tǒng)實(shí)時性的實(shí)現(xiàn)；性價比高。自行研究設(shè)計的電路及硬件系統(tǒng)比較好的解決了高速實(shí)時圖像處理的需求。
標(biāo)簽： DSPFPGA 圖像處理 電路板 硬件設(shè)計
上傳時間： 2013-04-24
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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)需要對焦而上的4 000個光纖定位單元進(jìn)行精確定位，一個光纖定位單元需要兩個步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動，即需要對8 000個電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動控制。如何對這8 000個電機(jī)進(jìn)行有效的控制，是本文主要的研究內(nèi)容。 本義引入EDA(Electronic Design Automation)，技術(shù)，以FPGA和CAN總線為硬件載體來進(jìn)行設(shè)計。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)集成多個電機(jī)的摔制，這樣對于提高系統(tǒng)的集成度，節(jié)約成本無疑有著很大的幫助。 在電機(jī)的控制當(dāng)中，其失步和過沖會直接影響到系統(tǒng)的精度，所以需要對電機(jī)脈沖頻率加以控制，對于在平穩(wěn)狀態(tài)下能正常工作的電機(jī)，失步往往發(fā)生在啟動停止等脈沖頻率突然發(fā)生改變的時刻。具體實(shí)現(xiàn)方法是通過實(shí)驗(yàn)找出一條理想的加減速曲線，再將曲線離散化，并把離散化后的加減速分頻系數(shù)存儲在FPGA片內(nèi)ROM里而，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行到對應(yīng)的步數(shù)時，取出分頻系數(shù)來獲取對應(yīng)的運(yùn)行頻率。 在LAMOST觀測中，光纖定位單元的零位是個很重要的基準(zhǔn)，在每次觀測之前，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)檢測到處于零位。這兩種情況會造成越界和機(jī)械零位一直被擠壓的后果，有可能會損壞光纖定位單元，為了防止這些情況出現(xiàn)，軟件程序中加入了計數(shù)器，從而從有效地保護(hù)了光纖定位單元，同時將這些狀況向上反饋，以便維護(hù)和檢修。 在本文完成之時，能夠控制驅(qū)動336個光纖定位單元的小系統(tǒng)已經(jīng)在北京天文臺興隆觀測站實(shí)際投入運(yùn)行，并于2007年5月28日獲得首條光譜，取得了不錯的效果。
標(biāo)簽： 步進(jìn)電機(jī)控制 驅(qū)動系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，在鋼鐵材質(zhì)質(zhì)量檢測的研究領(lǐng)域，電磁無損檢測方法以其非破壞性和簡便快速的優(yōu)點(diǎn)取得了大量成果，然而對于鋼材及其制品的混料、硬度和裂紋質(zhì)量檢測還存在許多難題.如用傳統(tǒng)檢測平臺檢測鋼鐵件硬度的檢測精度和速度都不夠理想。 基于上述情況，論文將先進(jìn)的SOPC技術(shù)應(yīng)用到鋼鐵件的電磁無損檢測中。SOPC技術(shù)將處理器、存儲器、IO接口、各種外圍設(shè)備等系統(tǒng)設(shè)計需要的部件集成到一個可編程邏輯器件上，構(gòu)建成一個可編程的片上系統(tǒng)。 論文詳細(xì)論述了基于FPGA的電磁無損檢測試驗(yàn)裝置的理論基礎(chǔ)，并在此基礎(chǔ)上給出了總體設(shè)計方案。全文著重敘述了系統(tǒng)的模擬部分，系統(tǒng)配置以及軟件部分的整個設(shè)計過程。利用QuartusⅡ自定義外設(shè)和Avalon總線多主并行處理的特點(diǎn)，采用Vefilog HDL，語言實(shí)現(xiàn)激勵信號發(fā)生器和高速數(shù)據(jù)采集器，使得信號激勵和信號采集在同一片芯片中實(shí)現(xiàn)，從而提高了信號及信號處理的精確度。由于電磁檢測對多種參數(shù)的敏感反應(yīng)，必須抑制由此引入的多種因素的干擾，利用FIR數(shù)字濾波和相關(guān)方法從眾多的干擾信號中提取出有效信號的幅度和相位，同時利用NiosⅡC2H功能對濾波模塊進(jìn)行硬件加速處理，大大提高了信號處理的速度。利用最小二乘法建立回歸方程模型進(jìn)行無損檢測。最后運(yùn)用此電磁無損檢測系統(tǒng)對軸承鋼的硬度進(jìn)行了定性測試，取得了較好的檢測結(jié)果。 試驗(yàn)結(jié)果表明，將SOPC技術(shù)應(yīng)用到電磁無損檢測系統(tǒng)中，系統(tǒng)的檢測速度和檢測精度都有所提高，并使得整個系統(tǒng)在規(guī)模、可靠性、性能指標(biāo)、開發(fā)成本、產(chǎn)品維護(hù)及硬件升級等多方面實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化。
上傳時間： 2013-06-04
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這份應(yīng)用筆記描述了stm32硬件實(shí)現(xiàn)特性如電源提供，時鐘管理，重置控制，啟動模式的設(shè)置和調(diào)試管理。
上傳時間： 2013-06-29
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在雷達(dá)信號偵察中運(yùn)用寬帶數(shù)字接收技術(shù)是電子偵察的一個重要發(fā)展方向。數(shù)字信號處理由于其精度高、靈活性強(qiáng)、以及易于集成等特點(diǎn)而應(yīng)用廣泛。電子系統(tǒng)數(shù)字化的最大障礙是寬帶高速A/D變換器的高速數(shù)據(jù)流與通用DSP處理能力的不匹配。而FPGA的廣泛應(yīng)用，為解決上述矛盾提供了一種有效的方法。 本文利用FPGA技術(shù)，設(shè)計了具備高速信號處理能力的寬帶數(shù)字接收機(jī)平臺，并提出了數(shù)字接收機(jī)實(shí)現(xiàn)的可行性方法，以及對這些方法的驗(yàn)證。具體來說就是如何利用單片的FPGA實(shí)現(xiàn)對雷達(dá)信號并行地實(shí)時檢測和參數(shù)估計。所做工作主要分為兩大部分： 1、適合于FPGA硬件實(shí)現(xiàn)的算法的確定及仿真：對A/D采樣信號采用自相關(guān)累加算法進(jìn)行信號檢測，利用信號的相關(guān)性和噪聲的獨(dú)立性提高信噪比，通過給出檢測門限來估計信號的起止點(diǎn)。對于常規(guī)信號的頻率估計，采用Rife算法。通過Matlab仿真，表明上述算法在運(yùn)算量和精度方面均有良好性能，適合用作FPGA硬件實(shí)現(xiàn)。 2、算法的FPGA硬件實(shí)現(xiàn)：針對原算法中極大消耗運(yùn)算量的相關(guān)運(yùn)算，考慮到FPGA并行處理的特點(diǎn)，將原算法修改為并行相關(guān)算法，并加入流水線，這樣處理極大地提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐率。采用Xilinx公司的Virtex-4系列中的XC4VSX55芯片作為開發(fā)平臺完成設(shè)計，系統(tǒng)測試結(jié)果表明，本設(shè)計能正常工作，滿足系統(tǒng)設(shè)計要求。 文章的最后，結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計給出幾種VHDL優(yōu)化方法，主要圍繞系統(tǒng)的速度、結(jié)構(gòu)和面積等問題展開討論。
標(biāo)簽： FPGA 雷達(dá)信號 數(shù)字接收機(jī)
上傳時間： 2013-06-25
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基于彩色路徑識別的視覺導(dǎo)航方法是當(dāng)前自動導(dǎo)航小車領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和方向。視覺導(dǎo)航是指根據(jù)地面路徑和被控對象之間的位置偏差控制其運(yùn)行的方向，因此，地面彩色路徑圖像的攝取及其識別處理就成為視覺導(dǎo)航系統(tǒng)中的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。在當(dāng)前的視覺導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計中，圖像處理的硬件平臺都是基于通用微處理器，嵌入式微處理器或者DSP進(jìn)行設(shè)計的。這些處理器一個共同的特點(diǎn)就是數(shù)據(jù)串行處理，而圖像處理過程涉及大量的并行處理操作，因此傳統(tǒng)的串行處理方式滿足不了圖像處理的實(shí)時性要求。 鑒于微處理器這方面的不足，作者提出一種使用FPGA實(shí)現(xiàn)圖像識別的并行處理方案，并據(jù)此設(shè)計一個智能圖像傳感器。該傳感器采用先進(jìn)的FPGA技術(shù)，將圖像采集及其顯示，路徑的識別處理以及通信控制等模塊集成在一個芯片上，形成一個片上系統(tǒng)(SOC)。其主要功能是對所采集的彩色路徑圖像進(jìn)行識別處理，獲得彩色路徑的坐標(biāo)及其方向角，并將處理結(jié)果發(fā)送給上位機(jī)，為自動導(dǎo)航提供控制依據(jù)。 本文將彩色路徑的識別處理過程劃分為三個階段，第一階段為顏色聚類識別，以獲得二值路徑圖像，第二階段為數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)運(yùn)算，用于對第一階段中獲得的二值圖像進(jìn)行去斑處理，第三階段為路徑中心線的定位及其方向角的測量。圖像傳感器與上位機(jī)的通信采用異步串行方式，由于上位機(jī)需要控制該傳感器執(zhí)行多種任務(wù)，作者定義一種基于異步串行通信的應(yīng)用層協(xié)議，用于上位機(jī)對傳感器的控制。在圖像的顯示中，為了彌補(bǔ)圖像采集的速率和VGA顯示速率的不匹配，作者提出一種基于單端口存儲器的圖像幀緩沖機(jī)制，通過VGA接口將采集的圖像實(shí)時地顯示出來。 根據(jù)上述思想，作者完成了系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計，并對整個系統(tǒng)進(jìn)行了現(xiàn)場調(diào)試。調(diào)試結(jié)果表明，傳感器系統(tǒng)的各個模塊都能正常工作，F(xiàn)PGA中的數(shù)字邏輯電路能夠?qū)崟r地將路徑從圖像中準(zhǔn)確地識別出來，.充分體現(xiàn)了FPGA對路徑圖像的高速處理優(yōu)勢，達(dá)到了設(shè)計預(yù)期目標(biāo)，在一定程度上豐富了路徑圖像識別處理的技術(shù)和方法。
上傳時間： 2013-04-24
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