數(shù)據(jù)采集是信號與信息系統(tǒng)中一個(gè)重要的組成部分，也是數(shù)字信號處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本論文主要介紹一種基于FPGA的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，提出一種由高速A/D轉(zhuǎn)換芯片、高性能FPGA和PCI總線接口組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方案及其的硬件電路實(shí)現(xiàn)方法。該系統(tǒng)利用AD器件對信號進(jìn)行放大、差分轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換，利用FPGA設(shè)計(jì)內(nèi)部模塊和時(shí)鐘信號來進(jìn)行電路控制及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩存、數(shù)據(jù)傳遞等功能，最后通過PCI邏輯接口把暫存在FPGA的數(shù)據(jù)傳送到PC主機(jī)。FPGA作為采集系統(tǒng)的核心部件，完成了內(nèi)部數(shù)字電路設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)具有很高的可適應(yīng)性、可擴(kuò)展性和可調(diào)試性。 本論文從研究數(shù)據(jù)采集的理論出發(fā)，重點(diǎn)研究了A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換、FPGA芯片設(shè)計(jì)及PCI總結(jié)接口設(shè)計(jì)，完成了系統(tǒng)的各級電路硬件設(shè)計(jì)，并通過系統(tǒng)仿真驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性。
標(biāo)簽： FPGA 數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)研究
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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本論文基于直接擴(kuò)頻通信的理論設(shè)計(jì)了一種全數(shù)字的中頻接收機(jī)，使用Xilinx公司的FPGA芯片xc3s400作為接收機(jī)的主芯片，實(shí)現(xiàn)中頻數(shù)字信號的下變頻，基帶解調(diào)，PN碼的捕獲及跟蹤環(huán)路的設(shè)計(jì)并給出了它們的具體設(shè)計(jì)步驟及RTL級邏輯電路圖。本文對于數(shù)字下變頻器的設(shè)計(jì)、數(shù)字抑制載波恢復(fù)環(huán)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的論述，還使用Matlab中的Simulink對本接收機(jī)系統(tǒng)所要使用的全數(shù)字Costas環(huán)進(jìn)行了功能仿真并給出了仿真結(jié)果。 本文使用高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9601對中頻模擬信號進(jìn)行采樣，最后再用高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD9740還原出原始信息，并給出了它們與核心芯片xc3s400的接口設(shè)計(jì)方法及原理電路圖。
標(biāo)簽： FPGA 全數(shù)字 中頻接收機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-07-30
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現(xiàn)代數(shù)字信號處理對實(shí)時(shí)性提出了很高的要求，當(dāng)最快的數(shù)字信號處理器(DSP)仍無法達(dá)到速度要求時(shí)，唯一的選擇是增加處理器的數(shù)目，或采用客戶定制的門陣列產(chǎn)品。隨著可編程邏輯器件技術(shù)的發(fā)展，具有強(qiáng)大并行處理能力的現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)在成本、性能、體積等方面都顯示出了優(yōu)勢。本文以此為背景，研究了基于FPGA的快速傅立葉變換、數(shù)字濾波、相關(guān)運(yùn)算等數(shù)字信號處理算法的高效實(shí)現(xiàn)。 首先，針對圖像聲納實(shí)時(shí)性的要求和FPGA片內(nèi)資源的限制，設(shè)計(jì)了級聯(lián)和并行遞歸兩種結(jié)構(gòu)的FFT處理器。文中詳細(xì)討論了利用流水線技術(shù)和并行處理技術(shù)提高FFT處理器運(yùn)算速度的方法，并針對蝶形運(yùn)算的特點(diǎn)提出了一些優(yōu)化和改進(jìn)措施。 其次，分析了具有相同結(jié)構(gòu)的數(shù)字濾波和相關(guān)運(yùn)算的特點(diǎn)，采用了有乘法器和無乘法器兩種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)乘累加(MAC)運(yùn)算。無乘法器結(jié)構(gòu)采用分布式算法(DA)，將乘法運(yùn)算轉(zhuǎn)化為FPGA易于實(shí)現(xiàn)的查表和移位累加操作，顯著提高了運(yùn)算效率。此外，還對相關(guān)運(yùn)算的時(shí)域多MAC方法及頻域FFT方法進(jìn)行了研究。 最后，完成了圖像聲納預(yù)處理模塊。在一片EP2S60上實(shí)現(xiàn)了對160路信號的接收、濾波、正交變換以及發(fā)送等處理。實(shí)驗(yàn)表明，本論文所有算法均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
標(biāo)簽： FPGA 數(shù)字信號處理 算法研究
上傳時(shí)間： 2013-06-09
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高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在信號檢測、雷達(dá)、圖像處理、網(wǎng)絡(luò)通信等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，不同的應(yīng)用要求使用不同的總線和不同的設(shè)計(jì)，但是，無論基于何種應(yīng)用，其設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在接口的實(shí)現(xiàn)上。 @@ 隨著cPCI總線技術(shù)的發(fā)展，cPCI總線逐漸代替了PCI總線、VME總線，成為測控領(lǐng)域中最受人們青睞的總線形式。 @@ 為滿足高速采集過程中數(shù)據(jù)傳輸速度的要求和采集卡與PC機(jī)連接的機(jī)械強(qiáng)度的要求，本論文提出設(shè)計(jì)基于cPCI總線接口的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。設(shè)計(jì)中利用單片F(xiàn)PGA芯片實(shí)現(xiàn)PCI協(xié)議，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的FIFO芯片和串并轉(zhuǎn)換芯片，并完成對模擬電路的控制功能；并提出將應(yīng)用程序中的一部分?jǐn)?shù)據(jù)讀寫操作放入動(dòng)態(tài)鏈接庫中，減少因應(yīng)用程序反復(fù)調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序而造成的資源浪費(fèi)和時(shí)間的延遲。 @@ 通過分析PCI總線協(xié)議，理解高頻數(shù)字電路設(shè)計(jì)方法和高速數(shù)據(jù)采集原理，本文開發(fā)了基于cPCI接口的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。經(jīng)過綜合測試和現(xiàn)場應(yīng)用驗(yàn)證表明，采集系統(tǒng)已達(dá)到了要求的性能指標(biāo)。 @@關(guān)鍵詞：FPGA；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；cPCI； PC
上傳時(shí)間： 2013-07-08
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隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)不斷的進(jìn)步，SOC(System On a Chip)是未來IC產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究關(guān)注的重點(diǎn)。由于SOC設(shè)計(jì)的日趨復(fù)雜化，芯片的面積增大，芯片功能復(fù)雜程度增大，其設(shè)計(jì)驗(yàn)證工作也愈加繁瑣。復(fù)雜ASIC設(shè)計(jì)功能驗(yàn)證已經(jīng)成為整個(gè)設(shè)計(jì)中最大的瓶頸。 使用FPGA系統(tǒng)對ASIC設(shè)計(jì)進(jìn)行功能驗(yàn)證，就是利用FPGA器件實(shí)現(xiàn)用戶待驗(yàn)證的IC設(shè)計(jì)。利用測試向量或通過真實(shí)目標(biāo)系統(tǒng)產(chǎn)生激勵(lì)，驗(yàn)證和測試芯片的邏輯功能。通過使用FPGA系統(tǒng)，可在ASIC設(shè)計(jì)的早期，驗(yàn)證芯片設(shè)計(jì)功能，支持硬件、軟件及整個(gè)系統(tǒng)的并行開發(fā)，并能檢查硬件和軟件兼容性，同時(shí)還可在目標(biāo)系統(tǒng)中同時(shí)測試系統(tǒng)中運(yùn)行的實(shí)際軟件。FPGA仿真的突出優(yōu)點(diǎn)是速度快，能夠?qū)崟r(shí)仿真用戶設(shè)計(jì)所需的對各種輸入激勵(lì)。由于一些SOC驗(yàn)證需要處理大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，而FPGA作為硬件系統(tǒng)，突出優(yōu)點(diǎn)是速度快，實(shí)時(shí)性好。可以將SOC軟件調(diào)試系統(tǒng)的開發(fā)和ASIC的開發(fā)同時(shí)進(jìn)行。 此設(shè)計(jì)以ALTERA公司的FPGA為主體來構(gòu)建驗(yàn)證系統(tǒng)硬件平臺，在FPGA中通過加入嵌入式軟核處理器NIOS II和定制的JTAG(Joint Test ActionGroup)邏輯來構(gòu)建與PC的調(diào)試驗(yàn)證數(shù)據(jù)鏈路，并采用定制的JTAG邏輯產(chǎn)生測試向量，通過JTAG控制SOC目標(biāo)系統(tǒng)，達(dá)到對SOC內(nèi)部和其他IP(IntellectualProperty)的在線測試與驗(yàn)證。同時(shí)，該驗(yàn)證平臺還可以支持SOC目標(biāo)系統(tǒng)后續(xù)軟件的開發(fā)和調(diào)試。 本文介紹了芯片驗(yàn)證系統(tǒng)，包括系統(tǒng)的性能、組成、功能以及系統(tǒng)的工作原理；搭建了基于JTAG和FPGA的嵌入式SOC驗(yàn)證系統(tǒng)的硬件平臺，提出了驗(yàn)證系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，重點(diǎn)對驗(yàn)證系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈路的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了闡述；詳細(xì)研究了嵌入式軟核處理器NIOS II系統(tǒng)，并將定制的JTAG邏輯與處理器NIOS II相結(jié)合，構(gòu)建出調(diào)試與驗(yàn)證數(shù)據(jù)鏈路；根據(jù)芯片驗(yàn)證的要求，設(shè)計(jì)出軟核處理器NIOS II系統(tǒng)與PC建立數(shù)據(jù)鏈路的軟件系統(tǒng)，并完成芯片在線測試與驗(yàn)證。 本課題的整體任務(wù)主要是利用FPGA和定制的JTAG掃描鏈技術(shù)，完成對國產(chǎn)某型DSP芯片的驗(yàn)證與測試，研究如何構(gòu)建一種通用的SOC芯片驗(yàn)證平臺，解決SOC驗(yàn)證系統(tǒng)的可重用性和驗(yàn)證數(shù)據(jù)發(fā)送、傳輸、采集的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、可測性問題。本文在SOC驗(yàn)證系統(tǒng)在芯片驗(yàn)證與測試應(yīng)用研究領(lǐng)域，有較高的理論和實(shí)踐研究價(jià)值。
上傳時(shí)間： 2013-05-25
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為適應(yīng)組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的微型化、高性能度的要求，拓寬導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，本文設(shè)計(jì)出一種基于浮點(diǎn)型DSP(TMS320C6713)和可編程邏輯陣列器件(FPGA： EP1C12N240C8)協(xié)同合作的導(dǎo)航計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 論文在闡述了組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用要求后，提出基于DSP和FPGA的組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)系統(tǒng)方案。該方案以DSP為導(dǎo)航解算處理器，由FPGA完成IMU信號的采集和緩存以及系統(tǒng)控制信號的整合；DSP通過EMIF接口實(shí)現(xiàn)和FPGA通信。在此基礎(chǔ)上研究了各擴(kuò)展通信接口、系統(tǒng)硬件原理圖和PCB的開發(fā)，且在FPGA中使用調(diào)用IP核來實(shí)現(xiàn)FIR低通濾波數(shù)據(jù)處理機(jī)抖激光陀螺的機(jī)抖振動(dòng)的影響。其次，詳細(xì)闡述了利用TI公司的DSP集成開發(fā)環(huán)境和DSP/BIOS準(zhǔn)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)開發(fā)多任務(wù)系統(tǒng)軟件的具體方案。本文引入DSP/BIOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)提供的多任務(wù)機(jī)制，將采集處理按照功能劃分四個(gè)相對獨(dú)立的任務(wù)，這些任務(wù)在DSP/BIOS的調(diào)度下，按照用戶指定的優(yōu)先級運(yùn)行，大大提高系統(tǒng)的工作效率。最后給了DSP芯片Bootloader的制作方法。 導(dǎo)航計(jì)算機(jī)系統(tǒng)研制開發(fā)是軟、硬件研究緊密結(jié)合的過程。在微型導(dǎo)航計(jì)算機(jī)系統(tǒng)方案建立的基礎(chǔ)上，本文首先討論了系統(tǒng)硬件整體設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)流程；其次針對導(dǎo)航計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各個(gè)功能模塊以及多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與開發(fā)工作，涉及系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信模塊、模擬信號采集模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊；最后，對導(dǎo)航計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)合調(diào)試工作，并對各個(gè)模塊進(jìn)行了詳細(xì)的功能測試與驗(yàn)證，完成了微型導(dǎo)航計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的制作。 以DSP/FPGA作為導(dǎo)航計(jì)算機(jī)硬件平臺的捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)能夠滿足系統(tǒng)所要求的高精度、實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性要求，適應(yīng)了其高性能、低成本、低功耗的發(fā)展方向。
標(biāo)簽： FPGA DSP 導(dǎo)航計(jì)算機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
上傳用戶：lishuoshi1996
數(shù)字D類音頻放大器，也叫數(shù)字脈沖調(diào)制放大器，具有效率高，低電壓，低失真的特點(diǎn)，在低成本，高性能的消費(fèi)類產(chǎn)品特別是便攜式設(shè)備中得到越來越廣泛的應(yīng)用。數(shù)字D類放大器包括數(shù)字脈沖寬度調(diào)制（PWM）和輸出級（含低通濾波器）兩個(gè)部分，數(shù)字PWM又包括兩個(gè)部分，采樣處理和脈沖產(chǎn)生。傳統(tǒng)的采樣處理算法運(yùn)算復(fù)雜，硬件實(shí)現(xiàn)成本高，面積大，從而導(dǎo)致功耗也大，不適合當(dāng)今向低功耗發(fā)展的趨勢。 本文在傳統(tǒng)算法的基礎(chǔ)上提出了一種新的算法，該算法不包括乘法或者除法這些計(jì)算復(fù)雜和非常消耗硬件資源的單元，只含加法和減法運(yùn)算。在推導(dǎo)出該算法的傅立葉表達(dá)式后，在MATLAB的simulink中建立系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真以驗(yàn)證算法的可行性，在輸入信號頻率為1kHZ，采樣頻率為48kHZ，電源電壓為10V，輸出負(fù)載為4Ω的條件下，得到的總諧波失真為0．12％，符合D類放大器的性能要求。本文還在基于Xilinx公司的Spartan-3系列FPGA的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了該算法的電路結(jié)構(gòu)，綜合結(jié)果表明，實(shí)現(xiàn)基于本文算法的數(shù)字D類音頻系統(tǒng)所需要的硬件資源大大減少，從而減少了功耗。 關(guān)鍵詞：D類放大器；脈沖寬度調(diào)制；采樣算法；數(shù)字音頻放大器；FPGA
上傳時(shí)間： 2013-07-19
上傳用戶：zhuoying119
低密度校驗(yàn)碼(LDPC)是一種能逼近Shannon容量限的漸進(jìn)好碼，其長碼性能甚至超過了Turbo碼。低密度校驗(yàn)碼以其迭代譯碼復(fù)雜度低，沒有錯(cuò)誤平層，碼率和碼長可靈活改變的優(yōu)點(diǎn)成為Turbo碼強(qiáng)有力的競爭對手。目前，LDPC碼已廣泛應(yīng)用于深空通信、光纖通信、衛(wèi)星數(shù)字視頻和音頻廣播等領(lǐng)域，因此LDPC碼編譯碼器的硬件實(shí)現(xiàn)已成為糾錯(cuò)編碼領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。 本文在分析LDPC碼的基本編碼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，首先研究了LDPC碼的隨機(jī)構(gòu)造方法，并給出了有效的PEG算法實(shí)現(xiàn)方法，重點(diǎn)分析了用環(huán)消除(cycle elimination)算法實(shí)現(xiàn)的準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼的構(gòu)造。然后對LDPC碼的幾種不同譯碼算法進(jìn)行分析比較，討論了一種適合硬件實(shí)現(xiàn)的譯碼算法-TDMP算法，并對易于硬件實(shí)現(xiàn)的TDMP算法進(jìn)行了性能仿真，仿真結(jié)果表明TDMP算法作為硬件實(shí)現(xiàn)的譯碼算法具有優(yōu)異的性能優(yōu)勢。最后針對Altera公司的StratixEPIS25 FPGA芯片設(shè)計(jì)了一個(gè)基于TDMP算法的(4096，2048)非規(guī)則LDPC碼譯碼器，內(nèi)部用了4個(gè)單校驗(yàn)碼譯碼器并行譯1幀數(shù)據(jù)，3幀同時(shí)譯碼，作者詳細(xì)介紹了該譯碼器芯片的設(shè)計(jì)過程和內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作流程。
上傳時(shí)間： 2013-05-23
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對于H.264視頻編碼系統(tǒng)，雖然單純用軟件也可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)編碼過程，但是由于整個(gè)編碼系統(tǒng)的算法復(fù)雜度很高，里面又有大量的數(shù)學(xué)運(yùn)算，使得軟件的計(jì)算能力差、速度慢，容易造成總線擁擠，所以單純地依靠軟件無法實(shí)現(xiàn)視頻編碼的要求。為了縮短整個(gè)編碼的時(shí)間，提高編碼系統(tǒng)的工作效率，有必要將軟件中耗費(fèi)時(shí)間和資源較多的模塊用硬件來實(shí)現(xiàn)。本文正是基于上述的想法，通過使用FPGA豐富的內(nèi)部資源來實(shí)現(xiàn)H.264的編碼。本系統(tǒng)流程是首先使用視頻解碼芯片SAA7113將從攝像頭傳輸過來的PAL制式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為ITU656格式的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)，然后由FPGA讀取并進(jìn)行預(yù)測、變換和編碼，最后將編碼生成的碼流通過USB接口發(fā)送到PC端進(jìn)行解碼和顯示。
上傳時(shí)間： 2013-06-30
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現(xiàn)代社會(huì)信息量爆炸式增長，由于網(wǎng)絡(luò)、多媒體等新技術(shù)的發(fā)展，用戶對帶寬和速度的需求快速增加。并行傳輸技術(shù)由于時(shí)鐘抖動(dòng)和偏移，以及PCB布線的困難，使得傳輸速率的進(jìn)一步提升面臨設(shè)計(jì)的極限；而高速串行通信技術(shù)憑借其帶寬大、抗干擾性強(qiáng)和接口簡單等優(yōu)勢，正迅速取代傳統(tǒng)的并行技術(shù)，成為業(yè)界的主流。 本論文針對目前比較流行并且有很大發(fā)展?jié)摿Φ膬煞N高速串行接口電路——高速鏈路口和Rocket I/O進(jìn)行研究，并以Xilinx公司最新款的Virtex-5 FPGA為研究平臺進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)。本論文的主要工作是以某低成本相控陣?yán)走_(dá)信號處理機(jī)為設(shè)計(jì)平臺，在其中的一塊信號處理板上，進(jìn)行了基于LVDS(Low VoltageDifferential Signal)技術(shù)的高速LinkPort(鏈路口)設(shè)計(jì)和基于CML(Current ModeLogic)技術(shù)的Rocket I/O高速串行接口設(shè)計(jì)。首先在FPGA的軟件中進(jìn)行程序設(shè)計(jì)和功能、時(shí)序的仿真，當(dāng)仿真驗(yàn)證通過之后，重點(diǎn)是在硬件平臺上進(jìn)行調(diào)試。硬件調(diào)試驗(yàn)證的方法是將DSP TS201的鏈路口功能與在FPGA中的模擬高速鏈路口相連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)的互相傳送，接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)相同，證明了高速鏈路口設(shè)計(jì)的正確性。并且在硬件調(diào)試時(shí)對Rocket IO GTP收發(fā)器進(jìn)行回環(huán)設(shè)計(jì)，經(jīng)過回環(huán)之后接收到的數(shù)據(jù)與發(fā)送的數(shù)據(jù)相同，證明了Rocket I/O高速串行接口設(shè)計(jì)的正確性。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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