當今電子系統(tǒng)的設計是以大規(guī)模FPGA為物理載體的系統(tǒng)芯片的設計，基于FPGA的片上系統(tǒng)可稱為可編程片上系統(tǒng)(SOPC)。SOPC的設計是以知識產權核(IPCore)為基礎，以硬件描述語言為主要設計手段，借助以計算機為平臺的EDA工具進行的。 本文在介紹了FPGA與SOPC相關技術的基礎上，給出了SOPC技術開發(fā)調制解調器的方案。在分析設計軟件Matlab/DSP(Digital Signal Processing)。builder以及Quartus Ⅱ開發(fā)軟件進行SOPC(System On a Programmable Chip)設計流程后，依據(jù)調制解調算法提出了一種基于DSP Builder調制解調器的SOPC實現(xiàn)方案，模塊化的設計方法大大縮短了調制解調器的開發(fā)周期。 在SOPC技術開發(fā)調制解調器的過程中，用MATLAB/Simulink的圖形方式調用Altera DSP Builder和其他Simulink庫中的圖形模塊(Block)進行系統(tǒng)建模，在Simulink中仿真通過后，利用DSP Builder將Simulink的模型文件(．mdl)轉化成通用的硬件描述語言VHDL文件，從而避免了VHDL語言手動編寫系統(tǒng)的煩瑣過程，將精力集中于算法的優(yōu)化上。 基于DSP Builder的開發(fā)功能，調制解調器電路中的低通濾波器可直接調用FIRIP Core，進一步提高了開發(fā)效率。 在進行編譯、仿真調試成功后，經過QuartusⅡ將編譯生成的編程文件下載到ALTERA公司Cyclone Ⅱ系列的FPGA芯片EP2C5F256C6，完成器件編程，從而給出了一種調制解調器的SOPC系統(tǒng)實現(xiàn)方案。
上傳時間： 2013-06-24
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目前，數(shù)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(xiàn)方法卻值得探討。FPGA是近年來廣泛應用的超大規(guī)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(yōu)點，大大推動了數(shù)字系統(tǒng)設計的單片化、自動化，縮短了單片數(shù)字系統(tǒng)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(shù)據(jù)采集與處理技術進行研究，基于FPGA在數(shù)據(jù)采樣控制和信號處理方面的高性能和單片系統(tǒng)發(fā)展的新熱點，把FPGA作為整個數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的控制核心。主要研究內容如下： FPGA的單片系統(tǒng)研究。針對數(shù)據(jù)采集與處理，對FPGA進行選型，設計了基于FPGA的單片系統(tǒng)的結構。把整個控制系統(tǒng)分為三個部分：多通道采樣控制模塊，數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)處理模塊的設計。FFT算法在數(shù)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(xiàn)結構，提出了用FPGA實現(xiàn)FFT的一種設計思想，給出了總體實現(xiàn)框圖。分別設計了旋轉因子復數(shù)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(xiàn)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(xiàn)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(tài)機控制器成功地對各個模塊進行了有序、協(xié)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(shù)據(jù)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(xiàn)進行了研究，結合單片系統(tǒng)的特點，把整個系統(tǒng)分為多通道采樣控制模塊，數(shù)據(jù)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(tǒng)可完成對實時信號的高速采集與處理。
標簽： FPGA 數(shù)據(jù)采集 處理技術
上傳時間： 2013-04-24
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隨著科學技術的發(fā)展，指紋識別技術被廣泛應用到各種不同的領域。對于一般的指紋識別系統(tǒng)，其設計要求具有很高的實時性和易用性，因此識別算法應該具有較低的復雜度，較快的運算速度，從而滿足實時性的要求。所以有必要根據(jù)不同的識別算法采用不同的實現(xiàn)平臺，使得指紋識別系統(tǒng)具有較高的可靠性、實時性、有效性等性能要求。 SOPC片上可編程系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)是當前電子設計領域中最熱門的概念。NiosⅡ是Altera．公司開發(fā)的一種采用流水線技術、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入到FPGA內部，與用戶自定義邏輯組建成一個基于FPGA的片上專用系統(tǒng)。 本文在綜合考慮各種應用情況的基礎上，以網絡技術、數(shù)據(jù)庫技術、指紋識別技術和嵌入式系統(tǒng)技術為理論基礎，提出了一種有效可行的系統(tǒng)架構方案。對指紋識別技術中各個環(huán)節(jié)的算法和原理進行了深入研究，合理的改進了部分指紋識別算法；同時為了提高系統(tǒng)的實時性，采用NiosⅡ嵌入式處理器和FPGA硬件模塊實現(xiàn)指紋圖像處理主要算法。論文主要包括以下幾個方面： 1、對指紋圖像預處理、特征提取和特征匹配算法原理進行闡述，同時改進了指紋圖像的細化算法，提高了算法的性能，并設計了一套實用的指紋特征數(shù)據(jù)結構； 2、針對指紋圖像預處理模塊，包括圖像的歸一化、頻率提取、方向提取以及方向濾波，采用基于FPGA的硬件電路的方式實現(xiàn)。實驗結果表明，在保證系統(tǒng)誤識率較低、可靠性高的基礎上，大大提高了系統(tǒng)的執(zhí)行速度； 3、改變了傳統(tǒng)的單枚指紋識別方法，提出采用多枚指紋唯一標識身份，大大降低了識別系統(tǒng)的誤識率； 4、改進了傳統(tǒng)的基于三角形匹配中獲取基準點的方法，同時結合可變界限盒思想進行指紋特征匹配。 5、結合COM+技術、數(shù)據(jù)庫技術和網絡技術，開發(fā)了后臺指紋特征匹配服務系統(tǒng)，實現(xiàn)了嵌入式指紋識別系統(tǒng)同數(shù)據(jù)庫的實時信息交換。 實驗結果表明，本文所提出的系統(tǒng)構架方案有效可行，基于FPGA的自動指紋識別系統(tǒng)在速度、功耗、擴展性等方面具有獨特的優(yōu)勢，擁有廣闊的發(fā)展前景。
上傳時間： 2013-08-04
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在當今的廣播系統(tǒng)中，絕大部分的視頻信號是隔行采樣的。采用這種掃描格式，能夠大幅度地減少視頻的帶寬，但也會引起彩色爬行、畫面閃爍、邊緣模糊及鋸齒等現(xiàn)象。這種缺陷經人尺寸屏幕放大后就更加明顯。為改善畫面的視覺效果，去隔行技術應運而生。同時，視頻信號本身的低幀頻也會導致行抖動、線爬行以及大面積閃爍等視覺效果上的缺陷。增加掃描頻率會把這些視覺缺陷搬移到人眼不敏感的高頻區(qū)域上去從而產生較好的主觀圖象質量。而為了適應不同顯示終端以及對圖像大小變化的要求就必須對原始信號分辨率即每幀行數(shù)和每行像素數(shù)進行變換。因此去隔行、幀頻轉換、分辨率變換成為視頻格式轉換的基本內容。 FPGA 的出現(xiàn)是VLSI技術和EDA技術發(fā)展的結果。FPGA器件集成度高、體積小，具有通過用戶編程實現(xiàn)專門應用的功能。它允許電路設計者利用基于計算機的開發(fā)平臺，經過設計輸入、仿真、測試和校驗，直到達到預期的結果。使用FPGA器件可以大大縮短系統(tǒng)的研制周期，減少資金投入。另外采用FPGA器件可以將原來的電路板級產品集成芯片級產品，從而降低了功耗，提高了可靠性，同時還可以很方便的對設計進行在線修改。 該文在介紹了視頻格式轉換中的主要算法后，重點對去隔行、幀頻轉換、分辨率變換的FPGA綜合實現(xiàn)方案進行了由簡單到復雜的深入研究，分別給出了最簡解決方案、基于非線性算法的解決方案和基于運動補償?shù)慕鉀Q方案。最簡解決方案利用線性算法將去隔行，幀頻轉換，分辨率變換三項處理同時實現(xiàn)，達到FPGA內部資源和外部RAM耗用量都為最小的要求，是后續(xù)復雜方案的基礎。其中去隔行采用場合并方式，幀頻轉換采用幀重復方式，分辨率變換采用均勻插值方式。基于非線性算法的解決方案中加入了對靜止區(qū)域的判斷，靜止區(qū)域的輸出像素值直接選用相應位置的已存輸入數(shù)據(jù)，非靜止區(qū)域的輸出像素值通過對已存輸入數(shù)據(jù)進行非線性運算得出。基于運動補償?shù)慕鉀Q方案在對靜止區(qū)域進行判斷和處理的基礎上，對欲生成的變頻后的場間插值幀進行運動估計，根據(jù)運動矢量得出非靜止區(qū)域的輸出像素值。其中為求得輸入場間相應時間位置上的插值幀輸出數(shù)據(jù)，該方案采用了自定義的前后向塊匹配運動估計方式，通過對三步搜索算法的高效實現(xiàn)，將SAD 值進行比較得出運動矢量。
上傳時間： 2013-07-19
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JPEG 2000是為適應不斷發(fā)展的圖像壓縮應用而出現(xiàn)的新的靜止圖像壓縮標準，小波變換是JEPG 2000核心算法之一。小波變換是一種可達到時(空)域或頻率域局部化的時頻域或空頻域分析方法，其多尺度分解特性符合人類的視覺機制，更加適用于圖像信息的處理。提升小波變換是一類不采用傅立葉變換做為主要分析工具的小波變換新方法，提升小波變換的提出大大簡化了小波變換的計算，使其在實時信號處理領域得到廣泛的應用。通過提升的方法很容易構造一般的整數(shù)小波變換，由于圖像一般用位數(shù)較低的整數(shù)表示，整數(shù)小波變換可以將為整數(shù)序列的圖像矩陣映射成整數(shù)小波系數(shù)矩陣，這就大大簡化了小波變換的硬件電路設計。在當今數(shù)字化和信息化時代背景下，研究具有高速硬件處理功能的可變程邏輯器件在圖像壓縮算法領域的應用已經成為當今研究的熱點。 本文旨在探討和研制基于FPGA的小波變換模塊的可能性和方法。本文采用Xilinx公司的Spartan-Ⅲ系列芯片，根據(jù)JPEG 2000推薦無損提升小波算法和有損提升小波算法，設計圖像壓縮系統(tǒng)的小波變換模塊。主要工作如下： 第一部分介紹了傳統(tǒng)小波分析理論和提升小波分析理論。包括連續(xù)小波時頻局域性的特征，離散小波變換系數(shù)的意義，多分辨分析引出的構造小波基的系統(tǒng)方法和計算離散小波的快速算法等。重點放在介紹正交小波和雙正交小波的構造方法，并介紹了數(shù)字圖像在小波域的特點。討論了提升小波變換的基本思想，討論了用提升方法構造小波基以及傳統(tǒng)小波變換的提升實現(xiàn)，討論了整數(shù)小波變換。 第二部分介紹了FPGA結構及其設計流程。介紹了FPGA/CPLD器件的特征、發(fā)展趨勢及FPGA/CPLD基本結構，然后重點介紹了本文用到的Xilinx公司Spartan-Ⅲ系列芯片的結構特點，以及Xilinx的FPGA開發(fā)軟件ISE，最后介紹了硬件描述語言VHDL語言的特點。 最后一部分是本論文研究的主要內容，即JPEG 2000中最核心的算法-提升格式小波變換的一維變換模塊設計和二維變換模塊設計。一維提升小波變換模塊采用兩種不同的電路結構進行設計-低速低功耗的串行流水線結構和高速高功耗的并行陣列結構。同樣，二維小波變換模塊也采用了兩種不同的電路結構進行設計-低速低功耗的折疊結構和高速高功耗的串行結構。 文章對提升小波變換的FPGA實現(xiàn)中的大量細節(jié)問題進行了討論，給出了每種結構提升小波變換模塊的電路原理圖，并對原理圖進行了仿真測試，仿真測試結果不僅表明了模塊功能的正確性，而且表明不同小波模塊可以滿足相應領域的實際要求。
上傳時間： 2013-06-08
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隨著現(xiàn)代計算機技術、微電子技術的進一步結合和發(fā)展，可編程邏輯技術已成為當前電子設計領域中最具活力和發(fā)展前途的技術。通過采用FPGA/EDA技術，對通信卡的PCI接口、E1接口、外部邏輯電路進行集成，并利用目前通用計算機強大的數(shù)字信息處理能力，可大大簡化CTI硬件的設計，降低制造成本，提高系統(tǒng)可靠性。 據(jù)此，本論文提出了基于FPGA/EDA技術的PCI-E1接口設計方法，文中對PCI總線接口、E1接口及兩接口的互連等相關技術進行了深入分析，對各功能模塊和系統(tǒng)進行了VHDL建模與仿真。 同時，論文還介紹了基于ALTERACyclone系列FPGA芯片的PCI-E1接口硬件平臺的設計原理和基于DriverWorks的WDM驅動程序的設計方法。 本論文涉及的軟件、硬件系統(tǒng)已經開發(fā)、調試完成。測試結果表明：1、論文所研究的PCI接口(主/從設備)在進行配置讀/寫、I/O讀寫、存儲器讀寫及總線的猝發(fā)數(shù)據(jù)傳送等操作中，各項性能符合PCI2.3規(guī)范的要求。 2、論文所研究的E1接口支持成幀和不成幀兩種傳輸方式：在成幀模式下，信息的有效傳送速率為31×64Kbit/s；在不成幀的模式下，信息的有效傳送速率為2.048Mbit/s。E1輸出口各項參數(shù)符合CCITT相關規(guī)范要求。 3、論文所研究的PCI-E1接口在與現(xiàn)網設備、模塊的對接測試中，性能穩(wěn)定。基于本論文的產品已經正式發(fā)布。國內部分廠家已對該產品進行了多方面的綜合測試，并計劃將其應用到實際的生產和研究中。 本論文對于CTI硬件的設計是一項嘗試和革新。測試和應用證明該方法行之有效，符合設計目標，具有較廣闊的應用前景。
上傳時間： 2013-06-02
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隨著信息技術和計算機技術的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理已經逐漸發(fā)展成一門關鍵的技術科學。圖像處理作為一種重要的現(xiàn)代技術，己經在通信、航空航天、遙感遙測、生物醫(yī)學、軍事、信息安全等領域得到廣泛的應用。圖像處理特別是高分辨率圖像實時處理的實現(xiàn)技術對相關領域的發(fā)展具有深遠意義。另外，現(xiàn)場可編程門陣列FPGA和高效率硬件描述語言Verilog HDL的結合，大大變革了電子系統(tǒng)的設計方法，加速了系統(tǒng)的設計進程，為圖像壓縮系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了硬件支持和軟件保障。 本文主要包括以下幾個方面的內容： (1)結合某工程的具體需求，設計了一種基于FPGA的圖像壓縮系統(tǒng)，核心硬件選用XILINX公司的Virtex-Ⅱ Pro系列FPGA芯片，存儲器件選用MICRON公司的MT48LC4M16A2SDRAM，圖像壓縮的核心算法選用近無損壓縮算法JPEG-LS。 (2)用Verilog硬件描述語言實現(xiàn)了JPEG-LS標準中的基本算法，為課題組成員進行算法改進提供了有力支持。 (3)用Verilog硬件描述語言設計并實現(xiàn)了SDRAM控制器模塊，使核心壓縮模塊能夠方便靈活地訪問片外存儲器。 (4)構建了圖像壓縮系統(tǒng)的測試平臺，對實現(xiàn)的SDRAM控制器模塊和JPEG-LS基本算法模塊進行了軟件仿真測試和硬件測試，驗證了其功能的正確性。
標簽： FPGA 圖像壓縮系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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在步進電機驅動方式中，效果最好的是細分驅動，當今高端的步進電機驅動器基本都采用這種技術。步進電機的細分驅動技術是一門綜合了數(shù)字化技術、集成控制技術和計算機技術的新技術，被廣泛應用于工業(yè)、科研、通訊、天文等領域。 本文設計了一種基于DSP以及FPGA的兩相混合式步進電機SPWM(正弦脈寬調制)波細分驅動系統(tǒng)。在DSP系統(tǒng)中采用TMS320I．F2407A微控制器作為核心控制器件，用軟件產生SPWM波；在FPGA系統(tǒng)中采用FPGA芯片，通過VerilogHDL語言，實現(xiàn)了SPWM波；在功率驅動級電路上采用雙極性H橋的驅動方式。最終實現(xiàn)了對兩相混合式步進電機SPWM波細分驅動，大大提高了步進電機的運轉性能。 本文介紹了兩相混合式步進電機的工作原理、控制原理以及細分驅動的基本原理。通過對恒轉矩細分驅動的分析，提出了兩相混合式步進電機SPWM波細分驅動的方案，并給出了SPWM波產生的數(shù)學模型。最后，對步進電機的SPWM波細分驅動系統(tǒng)進行了實驗測量，給出了實驗結果。 實驗的結果表明，設計的基于DSP與FPGA的SPWM波細分驅動系統(tǒng)可以很好地克服電機低頻振蕩的問題，提高電機在中、低速運行的性能。電機的掃描范圍與理論值基本接近；微步距在誤差允許的范圍內也基本可以滿足要求。
上傳時間： 2013-04-24
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圖像縮放在圖像處理領域中，發(fā)揮著重要作用。圖像的分辨率調整和格式變換，都需要用到圖像縮放技術。隨著多媒體技術和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，利用硬件實現(xiàn)視頻圖像無級縮放已成為圖像處理研究的一個重要課題。 圖像縮放通常由插值算法實現(xiàn)。傳統(tǒng)的插值算法由于實現(xiàn)原理的局限性，在縮放時容易引起邊緣鋸齒或細節(jié)模糊現(xiàn)象。針對傳統(tǒng)插值算法的這個不足，出現(xiàn)了許多基于邊緣改進的算法。但這些算法一般只能完成2k倍數(shù)插值，無法真正做到基于邊緣的無級縮放。 為了實現(xiàn)基于邊緣改進的無級縮放，本文做了如下五個方面的研究工作： 1.系統(tǒng)回顧了圖像縮放技術，包括傳統(tǒng)圖像縮放技術和多邊緣檢測插值，分析了這些圖像縮放技術的優(yōu)缺點。 2.重點研究了新興的方向多項式插值算法，該算法能夠真正完成基于邊緣改進的無級縮放。 3.提出改進的方向多項式插值算法(IOPI算法)，該算法針對硬件實現(xiàn)，做了兩個方面改進：提出EDV算法，簡化邊緣方向的確定；提出Cubic6逼近插值算法(A-Cubic6算法)，改善平坦區(qū)域縮放效果。其中的EDV算法通過加減、比較模塊，完成邊緣方向的確定。相比原算法中的乘除法、直方圖計算，大大簡化了硬件實現(xiàn)，降低了硬件實現(xiàn)成本。A-Cubic6算法利用查找表簡化了Cubic6點插值算法的實現(xiàn)，而且明顯改善了非邊緣區(qū)域的縮放效果。 4.研究縮放算法與圖像質量的評價方法。比較、分析各算法的軟件仿真結果，得出結論：本文提出的IOPI算法在平坦區(qū)域和邊緣區(qū)域都具有比其它算法更突出的效果。 5.結合實時視頻處理要求，研究了IOPI算法的FPGA實現(xiàn)。已完成最近鄰域插值和A-Cubic6算法的FPGA實現(xiàn)，可以在硬件平臺上穩(wěn)定工作。
上傳時間： 2013-06-05
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本文首先研究了常規(guī)的數(shù)據(jù)采集的方法，針對由單片機構成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理能力弱的問題提出了基于現(xiàn)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集板發(fā)送數(shù)據(jù)采集的參數(shù)指令,FPGA數(shù)據(jù)采集板接受指令后進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，并通過串行通信將數(shù)據(jù)發(fā)送到PC機，在通信過程中完全遵守RS-232協(xié)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(tǒng)的硬件設計原理和軟件設計框架，實現(xiàn)實時嵌入式微機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件和硬件設計方法，將部分軟件的功能改由硬件實現(xiàn)，從邏輯上大大簡化了嵌入式軟件的設計。
標簽： FPGA WEB 遠程 多路數(shù)據(jù)采集
上傳時間： 2013-04-24
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