本文分析了當代高精度地震勘探數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，研究了數(shù)據(jù)采集的A/D方法及理論、現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable GateArray，F(xiàn)PGA)技術(shù)的發(fā)展及原理，串口通信的原理及實現(xiàn)。在此基礎(chǔ)上，探討了采用FPGA控制24位△∑模數(shù)轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)高精度地震勘探數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實現(xiàn)思路，對探測傳感器或檢波器后端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號A/D轉(zhuǎn)換、FPGA與外部接口設(shè)計、串口數(shù)據(jù)通信做了詳細的研究，尤其是在用FPGA來完成與外部ADC的接口控制上做了深入的開發(fā)和設(shè)計，整個接口控制模塊采用VHDL語言編寫，并同時將ROM、FIFO等數(shù)字邏輯模塊一起集成到一片F(xiàn)PGA芯片當中，并在Quartus Ⅱ6.0的開發(fā)平臺上通過了軟件仿真，時序仿真結(jié)果達到了系統(tǒng)要求。
標簽： 高精度 地震勘探 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-21
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論述了AD574逐次逼近型12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的原理、應(yīng)用以及與單片機所構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),分析了系統(tǒng)的硬件、軟件結(jié)構(gòu)和具體操作,給出了AD574與AT89C51單片機的接口線路圖.
標簽： 574 AD 數(shù)據(jù)采集 中的應(yīng)用
上傳時間： 2013-05-23
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圖像采集和處理技術(shù)在機器視覺和圖像分析等諸多領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，大部分情況下，采集卡只需將前端相機捕獲的圖像信息正確地傳回計算機即可。但是在要求較高的應(yīng)用場合需要采集卡能準確控制外部光源和相機，完成圖像采集，預(yù)處理，數(shù)據(jù)傳輸。只有這樣，用戶才可以根據(jù)不同的興趣和需求對特定的某些圖像進行采集、傳輸以及處理，以達到某種分析目的。 本文根據(jù)國家985二期項目“三維粒子圖像測速系統(tǒng)”的圖像采集與處理需要，設(shè)計開發(fā)了一款以FPGA為核心控制芯片的嵌入式圖像采集卡。采集卡以FPGA為邏輯和算法實現(xiàn)的核心器件，不僅實現(xiàn)了傳統(tǒng)意義上的圖像采集，而且實現(xiàn)了CCD相機控制和激光器同步曝光功能，打破了以往單純靠增加硬件設(shè)備實現(xiàn)同步控制的方法，簡化了系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)并節(jié)約系統(tǒng)成本。此外，在系統(tǒng)中嵌入了圖像增強算法和采用PCI接口與計算機連接滿足了高速采集的要求。同時，采用市場上廣泛應(yīng)用的Camera Link作為采集卡的圖像輸入接口，提高了系統(tǒng)的通用性、傳輸速率和抗干擾能力，簡化圖像獲取設(shè)備和模擬攝像頭之間需要視頻解碼等連接。具有嵌入式處理功能，光源同步和相機控制的采集卡將使機器視覺系統(tǒng)，圖像測速等諸多領(lǐng)域的圖像采集應(yīng)用變得更為便捷。 論文首先對圖像采集卡系統(tǒng)的組成、整體方案和可行性進行了論證。然后給出了圖像采集卡的硬件設(shè)計。在此部分結(jié)合整體設(shè)計方案，討論芯片的選型問題。根據(jù)所選芯片的本身特點，分模塊地對圖像采集卡的硬件設(shè)計原理進行了詳細的闡述。接下來是圖像采集卡的軟件設(shè)計部分。用VHDL和原理圖結(jié)合的方法對FPGA進行編程，實現(xiàn)了圖像采集系統(tǒng)的各個功能模塊。根據(jù)圖像采集系統(tǒng)的要求用DriverWorks軟件設(shè)計了圖像采集卡的WDM底層驅(qū)動程序和上層應(yīng)用程序。最后是用FPGA實現(xiàn)了帶修改參數(shù)的硬件嵌入式圖像處理算法——圖像增強。論文中使用QUARTUS軟件嵌入的邏輯分析儀SignalTap對FPGA設(shè)計的模塊進行了硬件調(diào)試，給出了調(diào)試的時序圖和調(diào)試結(jié)果，經(jīng)測試分析該采集卡滿足“三維粒子圖像測速系統(tǒng)”的要求，達到了預(yù)期目標。
上傳時間： 2013-04-24
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目前，數(shù)字信號處理廣泛應(yīng)用于通信、雷達、聲納、語音與圖像處理等領(lǐng)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(yīng)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(shè)計的單片化、自動化，縮短了單片數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計周期、提高了設(shè)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(yīng)用。本文對FPGA的數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)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(nèi)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(shè)計了基于FPGA的單片系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。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(shè)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(shè)計了通道選擇控制模塊和A/D轉(zhuǎn)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(shè)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(jié)構(gòu)，提出了用FPGA實現(xiàn)FFT的一種設(shè)計思想，給出了總體實現(xiàn)框圖。分別設(shè)計了旋轉(zhuǎn)因子復(fù)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(shè)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(shè)計實現(xiàn)了蝶形處理單元中的旋轉(zhuǎn)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(fù)雜度。理論分析和仿真結(jié)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(diào)的控制。 存儲控制模塊的設(shè)計。利用閃存芯片K9K1G08UOA對采集處理后的數(shù)據(jù)進行存儲，設(shè)計了FPGA與閃存的硬件連接，設(shè)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(jié)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(shè)計和仿真。設(shè)計采用VHDL編寫程序的源代碼。仿真測試結(jié)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(shù)
上傳時間： 2013-07-06
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數(shù)字信號處理是信息科學(xué)中近幾十年來發(fā)展最為迅速的學(xué)科之一。常用的實現(xiàn)高速數(shù)字信號處理的器件有DSP和FPGA。FPGA具有集成度高、邏輯實現(xiàn)能力強、速度快、設(shè)計靈活性好等眾多優(yōu)點，尤其在并行信號處理能力方面比DSP更具優(yōu)勢。在信號處理領(lǐng)域，經(jīng)常需要對多路信號進行采集和實時處理，為解決這一問題，本文設(shè)計了基于FPGA的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)。 本文首先介紹數(shù)字信號處理系統(tǒng)的組成和數(shù)字信號處理的優(yōu)點，然后通過FFT算法的比較選擇和硬件實現(xiàn)方案的比較選擇，進行總體方案的設(shè)計。在硬件方面，特別討論了信號調(diào)理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、FPGA芯片配置等功能模塊的設(shè)計方案和硬件電路實現(xiàn)方法。信號處理單元的設(shè)計以Xilinx ISE為軟件平臺，采用VHDL和IP核的方法，設(shè)計了時鐘產(chǎn)生模塊、數(shù)據(jù)滑動模塊、FFT運算模塊、求模運算模塊、信號控制模塊，完成信號處理單元的設(shè)計，并采用ModelSim仿真工具進行相關(guān)的時序仿真。最后利用MATLAB對設(shè)計進行驗證，達到技術(shù)指標要求。
標簽： 同步數(shù)據(jù)采集 處理系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-07
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人體血液成份的無創(chuàng)檢測是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域尚未攻克的前沿課題之一，動態(tài)光譜法在理論上克服了其它檢測方法難以逾越的障礙——個體差異和測量條件對檢測結(jié)果的影響。實現(xiàn)動態(tài)光譜檢測，其關(guān)鍵在于采集多波長的光電容積脈搏波信號，并對其進行處理。針對動態(tài)光譜檢測中信號微弱、信噪比低、處理數(shù)據(jù)量大的特點，本文設(shè)計了基于FPGA和面陣CCD攝像頭的動態(tài)光譜數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理系統(tǒng)，提高檢測精度，采集出滿足動態(tài)光譜信號提取要求的光電脈搏波；并對動態(tài)光譜頻域提取法的核心算法FFT的FPGA實現(xiàn)進行研究。 課題提出用高靈敏度的面陣CCD攝像頭替代常規(guī)光柵光譜儀中的光電接收器，實現(xiàn)對多波長的光電容積脈搏波的檢測。結(jié)合面陣CCD的二維圖像特點，采用信號累加法去除噪聲，提高信號的信噪比。 創(chuàng)新性的提出一種不同于以往的信號累加方法——將處于同一行的視頻信號在采樣過程中直接累加，然后再進行傳輸和存儲。不同于幀累加和異行累加，這種同行累加方式不但大大的提高了信號的信噪比，同時減小了數(shù)據(jù)的傳輸速度和傳輸量，降低了對存儲器容量的要求，改善了動態(tài)光譜信號檢測系統(tǒng)的性能。 針對面陣CCD攝像頭輸出的復(fù)合視頻信號的特點，設(shè)計視頻信號解調(diào)電路，得到高速、高精度的數(shù)字視頻信號和準確的視頻同步信號，用于后續(xù)的視頻信號采集與處理。 根據(jù)動態(tài)光譜信號檢測和視頻信號采集的要求，選擇可編程邏輯器件FPGA作為硬件平臺，設(shè)計并實現(xiàn)了基于FPGA和面陣CCD攝像頭的光電脈搏波采集與預(yù)處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了視頻信號的精確定位，通過光譜信號的高速同行累加，實現(xiàn)了光電脈搏波信號的高精度檢測。系統(tǒng)采用基于FPGA的Nios II嵌入式處理器系統(tǒng)，通過對其應(yīng)用程序的開發(fā)，可靠的實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、傳輸和存儲，提高了系統(tǒng)的集成度，降低了開發(fā)成本。 為實現(xiàn)動態(tài)光譜信號的頻域提取，研究了基于FPGA的FFT實現(xiàn)方案，對各關(guān)鍵模塊進行設(shè)計，為動態(tài)光譜信號的進一步處理打下良好的基礎(chǔ)。 最后，通過實驗證明了系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的正確性和信號預(yù)處理的可行性，得到了符合動態(tài)光譜信號提取要求的脈搏波信號。
標簽： 動態(tài) 光譜數(shù)據(jù)采集 預(yù)處理
上傳時間： 2013-04-24
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數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是信號與信息處理系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分，同時也是軟件無線電系統(tǒng)中的核心模塊，在現(xiàn)代雷達系統(tǒng)以及無線基站系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。為了能夠滿足目前對軟件無線電接收機自適應(yīng)性及靈活性的要求，并充分體現(xiàn)在高性能FPGA平臺上設(shè)計SOC系統(tǒng)的思路，本文提出了由高速高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片、高性能FPGA、PCI總線接口、DB25并行接口組成的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計方案及實現(xiàn)方法。其中FPGA作為本系統(tǒng)的控制核心和傳輸橋梁，發(fā)揮了極其重要的作用。通過FPGA不僅完成了系統(tǒng)中全部數(shù)字電路部分的設(shè)計，并且使系統(tǒng)具有了較高的可適應(yīng)性、可擴展性和可調(diào)試性。 在時序數(shù)字邏輯設(shè)計上，充分利用FPGA中豐富的時序資源，如鎖相環(huán)PLL、觸發(fā)器，緩沖器FIFO、計數(shù)器等，能夠方便的完成對系統(tǒng)輸入輸出時鐘的精確控制以及根據(jù)系統(tǒng)需要對各處時序延時進行修正。 在存儲器設(shè)計上，采用FPGA片內(nèi)存儲器。可根據(jù)系統(tǒng)需要隨時進行設(shè)置，并且能夠方便的完成數(shù)據(jù)格式的合并、拆分以及數(shù)據(jù)傳輸率的調(diào)整。 在傳輸接口設(shè)計上，采用并行接口和PCI總線接口的兩種數(shù)據(jù)傳輸模式。通過FPGA中的宏功能模塊和IP資源實現(xiàn)了對這兩種接口的邏輯控制，可使系統(tǒng)方便的在兩種傳輸模式下進行切換。 在系統(tǒng)工作過程控制上，通過VB程序編寫了應(yīng)用于PC端的上層控制軟件。并通過并行接口實現(xiàn)了PC和FPGA之間的交互，從而能夠方便的在PC機上完成對系統(tǒng)工作過程的控制和工作模式的選擇。 在系統(tǒng)調(diào)試方面，充分利用QuartuslI軟件中自帶的嵌入式邏輯分析儀SignalTaplI，實時準確的驗證了在系統(tǒng)整個傳輸過程中數(shù)據(jù)的正確性和時序性，并極大的降低了用常規(guī)儀器觀測FPGA中眾多待測引腳的難度。 本文第四章針對FPGA中各功能模塊的邏輯設(shè)計進行了詳細分析，并對每個模塊都給出了精確的仿真結(jié)果。同時，文中還在其它章節(jié)詳細介紹了系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計、并行接口設(shè)計、PCI接口設(shè)計、PC端控制軟件設(shè)計以及用于調(diào)試過程中的SignalTapⅡ嵌入式邏輯分析儀的使用方法，并且也對系統(tǒng)的仿真結(jié)果和測試結(jié)果給出了分析及討論。最后還附上了系統(tǒng)的PCB版圖、FPGA邏輯設(shè)計圖、實物圖及注釋詳細的相關(guān)源程序清單。
標簽： FPGA 控制 高速數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-09
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數(shù)據(jù)采集處理技術(shù)是現(xiàn)代信號處理的基礎(chǔ)，廣泛應(yīng)用于雷達、聲納、軟件無線電、瞬態(tài)信號測試等領(lǐng)域。隨著信息科學(xué)的飛速發(fā)展，人們面臨的信號處理任務(wù)越來越繁重，對數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的要求也越來越高。近年來FPGA由于其設(shè)計靈活性、更強的適應(yīng)性及可重構(gòu)性，結(jié)合SDRAM的高速、大容量、價格優(yōu)勢，在設(shè)計高速實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時受到了廣泛的關(guān)注。 本課題重點研究了基于FPGA與DDR2-SDRAM的高速實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)技術(shù)，為需要大容量存儲器的系統(tǒng)設(shè)計提供了新的思路。在深入研究了DDR2-SDRAM器件的基本構(gòu)造與工作原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合成熟的商業(yè)化IP核，提出了基于FPGA與DDR2-SDRAM的高速實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計方案，并從總體設(shè)計構(gòu)想到各邏輯細節(jié)實現(xiàn)都進行了詳細描述。根據(jù)DDR2-SDRAM的特點，選擇合適的內(nèi)存調(diào)度方案，采用Verilog HDL語言設(shè)計實現(xiàn)了該高速實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并對系統(tǒng)功能進行驗證與分析，結(jié)果表明本設(shè)計完全能夠滿足系統(tǒng)的性能指標。
標簽： 高速實時數(shù) 采集系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-24
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數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是將傳感器輸出的模擬信號進行采集，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后送入計算機進行處理，并按需要的形式輸出處理結(jié)果的系統(tǒng)。隨著計算機技術(shù)和電子信息技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)據(jù)采集結(jié)合先進的電子技術(shù)，已經(jīng)能利用軟件來處理大量測量數(shù)據(jù)。近年來，對于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求與日俱增，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有著非常良好的應(yīng)用前景。如今的數(shù)據(jù)采集技術(shù)已滲透到分析儀器、醫(yī)療器械、雷達、通訊、等技術(shù)領(lǐng)域。 本論文在研究了USB總線技術(shù)的基礎(chǔ)上，詳細介紹了一個基于USB和FPFA技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括硬件設(shè)計、固件設(shè)計、設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)計和主機應(yīng)用程序設(shè)計。在硬件設(shè)計部分，本文先介紹了數(shù)據(jù)采集芯片、FPGA以及USB2.0接口芯片F(xiàn)X2 CY7C68013的性能和特點，然后給出了具體的硬件設(shè)計方案；在固件設(shè)計部分，本文先介紹了FX2的固件架構(gòu)，隨后詳細地介紹了CY7C68013GPIF接口模式的固件設(shè)計；在驅(qū)動程序開發(fā)部分，先引入了WDM驅(qū)動程序開發(fā)模型，然后介紹了本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的USB設(shè)備驅(qū)動程序的設(shè)計；最后結(jié)合驅(qū)動程序完成了基于虛擬儀器LabVIEW的主機應(yīng)用程序。
標簽： 性能 數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)設(shè)計
上傳時間： 2013-07-16
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FPGA 技術(shù)是圖像處理領(lǐng)域的一個重要的研究課題，近年來倍受人們的關(guān)注。本文研究了視頻信號的采集、顯示以及通過網(wǎng)絡(luò)進行傳輸?shù)姆椒ā２⑻岢隽艘惶谆贔PGA 的實現(xiàn)方案。 系統(tǒng)可以分為采集控制模塊、顯示控制模塊和網(wǎng)絡(luò)傳輸控制模塊3 部分。視頻信號的采集用到了視頻處理芯片SAA7113，通過FPGA 對其初始化，可以得到經(jīng)過A/D 轉(zhuǎn)換的YUV 格式視頻信號，利用采集控制模塊可以將這些視頻信號保存到SRAM 中去。顯示控制模塊讀出SRAM 中的視頻信號，進行YUV 格式到RGB 格式的轉(zhuǎn)換以及幀頻變換等操作，再利用VGA 顯示芯片THS8134 就可以將采集到的視頻信號在LCD 上顯示出來。基于IEEE802.3 協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)傳輸控制模塊將YUV 格式的視頻信號進行添加報頭、CRC 校驗碼等操作后，將其變成一個MAC 幀，可以在以太網(wǎng)絡(luò)中傳輸。 設(shè)計選用硬件描述語言Verilog HDL，在開發(fā)工具QuartusII 中完成軟核的綜合、布局布線、匯編，并最終在QuartusII 和Active-HDL 中進行時序仿真驗證。 對設(shè)計的驗證采取的是由里及外的方式，先對系統(tǒng)主模塊的功能進行驗證，再模擬外部器件對設(shè)計的接口進行驗證。驗證流程是功能仿真、時序仿真、板級調(diào)試，最終通過了系統(tǒng)測試，驗證了該設(shè)計的功能。
標簽： FPGA 視頻采集 傳輸 實現(xiàn)技術(shù)
上傳時間： 2013-07-21
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