現場可編程門陣列(FPGA)的發展已經有二十多年，從最初的1200門發展到了目前數百萬門至上千萬門的單片FPGA芯片。現在，FPGA已廣泛地應用于通信、消費類電子和車用電子類等領域，但國內市場基本上是國外品牌的天下。 在高密度FPGA中，芯片上時鐘分布質量變的越來越重要，時鐘延遲和時鐘偏差已成為影響系統性能的重要因素。目前，為了消除FPGA芯片內的時鐘延遲，減小時鐘偏差，主要有利用延時鎖相環(DLL)和鎖相環(PLL)兩種方法，而其各自又分為數字設計和模擬設計。雖然用模擬的方法實現的DLL所占用的芯片面積更小，輸出時鐘的精度更高，但從功耗、鎖定時間、設計難易程度以及可復用性等多方面考慮，我們更愿意采用數字的方法來實現。 本論文是以Xilinx公司Virtex-E系列FPGA為研究基礎，對全數字延時鎖相環(DLL)電路進行分析研究和設計，在此基礎上設計出具有自主知識產權的模塊電路。 本文作者在一年多的時間里，從對電路整體功能分析、邏輯電路設計、晶體管級電路設計和仿真以及最后對設計好的電路仿真分析、電路的優化等做了大量的工作，通過比較DLL與PLL、數字DLL與模擬DLL，深入的分析了全數字DLL模塊電路組成結構和工作原理，設計出了符合指標要求的全數字DLL模塊電路，為開發自我知識產權的FPGA奠定了堅實的基礎。 本文先簡要介紹FPGA及其時鐘管理技術的發展，然后深入分析對比了DLL和PLL兩種時鐘管理方法的優劣。接著詳細論述了DLL模塊及各部分電路的工作原理和電路的設計考慮，給出了全數字DLL整體架構設計。最后對DLL整體電路進行整體仿真分析，驗證電路功能，得出應用參數。在設計中，用Verilog-XL對部分電路進行數字仿真，Spectre對進行部分電路的模擬仿真，而電路的整體仿真工具是HSIM。 本設計采用TSMC0.18μmCMOS工藝庫建模，設計出的DLL工作頻率范圍從25MHz到400MHz，工作電壓為1.8V，工作溫度為-55℃～125℃，最大抖動時間為28ps，在輸入100MHz時鐘時的功耗為200MW，達到了國外同類產品的相應指標。最后完成了輸出電路設計，可以實現時鐘占空比調節，2倍頻，以及1.5、2、2.5、3、4、5、8、16時鐘分頻等時鐘頻率合成功能。
上傳時間： 2013-06-10
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隨著我國國防現代化建設進程的不斷深化，MIL-STD-1553B標準總線已經廣泛應用于各種軍事應用領域。MIL-STD-1553B標準總線是我國上世紀八十年代引進的一種現代化通訊總線，國內稱為GJB289A-97。該總線技術以其高穩定性和使用靈活等特點成為現代航空電子綜合系統所廣泛采用的通訊總線技術。 1553B總線接口模塊作為總線通訊的基本單元，其性能成為影響航電綜合系統整體性能的一個關鍵因素。目前國內關于1553B總線通訊模塊的對外接口類型較多，而基于嵌入式處理芯片的接口設計并不多見。嵌入式設備具有體積小、重量輕、實時性強、功耗小、穩定性好以及接口方便等優點。 基于以上考慮，論文中提出了以DSP+FPGA為平臺實現MIL-STD-1553B總線的收發控制，通過收發控制器和變壓器實現MIL-STD-1553B總線的電氣連接。根據項目需求，設計分為硬件和軟件兩部分完成。在對MIL-STD-1553B總線協議進行詳細研究后提出了總體設計方案原理圖。再根據方案需求設計各功能模塊。使用硬件描述語言VHDL對各功能模塊進行邏輯和行為描述，最終實現在FPGA中，使其能夠完成1553B數據碼的接受、發送、轉換和與處理器的信息交換等功能。DSP部分采用的是TI公司的TMS320F2812，使用C語言進行軟件的編譯，使其實現總體控制和通訊的調度等功能。 該方案經過實際參與1553B總線通訊系統驗證實驗，證明各項技術指標均達到預定的目標，可以投入實際應用。
上傳時間： 2013-04-24
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本項目完成的是基于中國“數字電視地面廣播傳輸系統幀結構、信道編碼和調制”國家標準的發射端系統FPGA設計與實現。在本設計中，系統采用了Stratix系列的EP1S80F1020C5 FPGA為基礎構建的主硬件處理平臺。對于發射端系統，數據處理部分的擾碼器(隨機化)、前向糾錯編碼(FEC)、符號星座映射、符號交織、系統信息復用、頻域交織、幀體數據處理(OFDM調制)、同步PN頭插入、以及信號成形4倍插值滾降濾波器(SRRC)等各模塊都是基于FPGA硬件設計實現的。其中關鍵技術：TDS-OFDM技術及其和絕對時間同步的復幀結構、信號幀的頭和幀體保護技術、低密度校驗糾錯碼(LDPC)等，體現了國標的自主創新特點，為數字電視領域首次采用。其硬件實現，亦尚未有具體產品參考。 本文首先介紹了當今國內外數字電視的發展現狀，中國數字電視地面廣播傳輸國家標準的頒布背景。并對國標系統技術原理框架，發端系統的整體結構以及FPGA設計的相關知識進行了簡要介紹。在此基礎上，第三章重點、詳細地介紹了基于FPGA實現的發射端系統各主要功能模塊的具體結構設計，論述了系統中各功能模塊的FPGA設計和實現，包括設計方案、算法和結構的選取、FPGA實現、仿真分析等。第四章介紹了對整個系統的級連調試過程中，對系統結構進行的優化調整，并對級連后的整個系統的性能進行了仿真、分析和驗證。作者在項目中完成的工作主要有： 1.閱讀相關資料，了解并分析國標系統的技術結構和原理，分解其功能模塊。 2.制定了基于國標的發端系統FPGA實現的框架及各模塊的接口定義。 3.調整和改進了3780點IFFT OFDM調制模塊及滾降濾波器模塊的FPGA設計并驗證。 4.完成了擾碼器、前向糾錯編碼、符號星座映射、符號交織、系統信息復用、頻域交織、幀體數據處理、同步PN頭插入、以及信號成形4倍插值滾降濾波器等功能模塊的FPGA設計和驗證。 5.在系統級連調試中，利用各模塊數據結構特點，優化系統模塊結構。 6.完成了整個發射端系統FPGA部分的調試、分析和驗證。
上傳時間： 2013-04-24
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根據交通部公布的數據，交通事故呈逐年上升趨勢，交通事故不僅給公民的財產造成了損失，而且給公民的人身安全也會造成威脅。因此如何更好地避免交通事故成為一個焦點課題，汽車安全系統更是成為汽車生產商和研究機構的研究熱點。 當前汽車安全系統有兩大種類：一是被動式安全系統。例如：安全帶，安全氣囊等。二是主動式安全系統。主動安全系統又分為主動被動式和主動自動式。前者有ABS等。后者有汽車自動防撞系統和倒車雷達等。 本文采用激光測距系統，開發一種汽車在高速公路上行駛的主動式防撞系統，本文的重點是開發測距預警系統，采用專門的激光測距芯片和接收芯片，并采用FPGA(Filed Programmable Gate Array)作為主控芯片，對前車進行有效的監控，根據檢測得到的數據，實時提出建議和報警，提醒駕駛員減速或者采取制動措施，從而達到預防追尾碰撞的目的。本文工作主要有以下幾個方面： 1) 在比較分析激光、雷達和毫米波等測距方法的基礎上，根據市場需求及潛在用戶分析，確定采用激光脈沖測距方式。針對激光脈沖測距存在的技術難題，提出以FPGA作為系統核心控制模塊的測距系統設計方案。 2) 根據對車載動態測距系統測量精度、測量頻率和測量范圍的基本要求，結合脈沖激光測距的特點，提出采用多頭脈沖激光測距和多周期脈沖測量的技術方案。該方案可有效提高系統測距精度和測量范圍，降低系統成本。 3) 基于上述方案，完成了基于FPGA的多頭脈沖激光測距系統的各功能模塊的詳細設計、功能仿真、綜合優化及板級測試實驗。實驗表明，各主要功能模塊基本達到預期設計要求，為測距系統的后期開發奠定了基礎。 4) 完成了激光測距傳感器外圍光電轉換電路、電源轉換電路及通訊接口的設計、制作、安裝及實驗室調試。 5) 最后對論文研究工作進行了總結，提出了系統的不足之處和進一步研究工作的方向。
上傳時間： 2013-05-24
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當前，片上系統(SOC)已成為系統實現的主流技術。流片風險與費用增加、上市時間壓力加大、產品功能愈加復雜等因素使得SOC產業逐漸劃分為IP提供者、SOC設計服務者和芯片集成者三個層次。SOC設計已走向基于IP集成的平臺設計階段，經過嚴格驗證質量可靠的IP核成為SOC產業中的重要一環。 GPIB控制器芯片是組建自動測試系統的核心，在測試領域應用廣泛。本人通過查閱大量的技術資料，分析了集成電路在國內外發展的最新動態，提出了基于FPGA的自主知識產權的GPIB控制器IP核的設計和實現。 本文首先討論了基于FPGA的GPIB控制器的背景意義，接著對FPGA開發所具備的基本知識作了簡要介紹。文中對GPIB總線進行了簡單的描述，根據芯片設計的主要思想，重點在于論述怎樣用FPGA來實現IEEE-488.2協議，并詳細闡述了GPIB控制器的十種接口功能及其狀態機的IP核實現。同時，對數據通路也進行了較為細致的說明。在設計的時候采用基于模塊化設計思想，用VerilogHDL語言完成各模塊功能描述，通過Synplifv軟件的綜合，用Modelsim對設計進行了前、后仿真。最后利用生成的模塊符號采取類似畫電路圖的方法完成整個系統芯片的lP軟核設計，并用EDA工具下載到了FPGA上。 為了更好地驗證設計思想，借助EDA工具對GPIB控制器的工作狀態進行了軟件仿真，給出仿真結果，仿真波形驗證了GPIB控制器的工作符合預想。最后，本文對基于FPGA的GPIB控制器的IP核設計過程進行了總結，展望了當前GPIB控制器設計的發展趨勢，指出了開展進一步研究需要做的工作。
上傳時間： 2013-06-12
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隨著微電子技術的快速發展，電子設備逐漸向著小型化、集成化方向發展；人們在要求設備性能不斷提升的同時，還要求設備功耗低、體積小、重量輕、可靠性高。同樣在我軍武器裝備的研制過程中，也對各武器裝備都提出了新的要求，特別是針對單兵配備的便攜設備，對體積、功耗、擴展性的要求更是嚴格。 在某手持式設備的開發項目中，需要設計一塊接口板，要求實現高達8個串行口擴展以及能源管理和數字輸入輸出接口等功能，該接口板與處理器模塊的連接總線采用LPC總線，整個手持設備除了對功能有基本的要求以外，對體積及功耗都提出了極高的要求。針對項目的具體設計要求，經過與傳統設計方法的比較，決定采用FPGA來實現LPC接口及UART控制器功能。 論文的主要目標是完成LPC接口的UART控制在FPGA中的實現。對于各模塊中的關鍵的功能部分，文中對其實現都進行了詳細的說明。整個設計全部采用硬件描述語言(HDL)實現，并且采用了分模塊的設計風格，具有很好的重用性。 為了在硬件平臺上驗證設計，還實做了FPGA驗證平臺，并用C語言編寫了測試程序。經過驗證，該方案完全實現了接口板的功能要求，并且滿足體積和功耗上的要求，取得了良好的效果。 論文通過采用FPGA作為電路設計的核心，以一種新的數字電路設計方法實現電路功能；旨在通過這種方式，不斷提高設備的性能并拓展設計者思想。
上傳時間： 2013-04-24
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圖像采集系統是數字圖像信號處理過程中不可缺少的重要部分，它將前端相機所捕獲的模擬信號轉化為數字信號，或者直接從數字相機中獲取數字信號，然后通過高速的計算機總線傳回計算機，憑借計算機的強大的運算、數據存儲與處理等操作能力，可以方便快捷地對信號進行分析處理，具有人機友好、功能靈活、可移植性強等優點。隨著對數據傳送速度要求的提高，PCI總線以其高的數據傳輸率，即插即用，低功耗等眾多優點，得到廣泛的應用。本文針對PCI總線接口電路使用的廣泛性，介紹了PLX公司橋接芯片PCI9054主模式的工作原理和中斷機制，采用可編程邏輯器件FPGA實現與PCI9054的本地接口的信號轉換，給出了邏輯實現方案和仿真圖。本文針對FPGA中各功能模塊的邏輯設計進行了詳細分析，并對每個模塊都給出了精確的仿真結果。同時，文中還在其它章節詳細介紹了系統的硬件電路設計、并行接口設計、PCI接口設計、PC端控制軟件設計以及用于調試過程中的SignalTapⅡ嵌入式邏輯分析儀的使用方法，并且也對系統的仿真結果和測試結果給出了分析及討論。最后還附上了系統的PCB版圖、FPGA邏輯設計圖、實物圖及注釋詳細的相關源程序清單。在文章的軟件設計部分介紹了WinDriver驅動開發工具，利用WinDriver工具，在WindowsXP系統下實現設備的驅動程序開發，完成主模式數據傳輸和設備中斷的功能。
上傳時間： 2013-06-09
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本文介紹了一種基于現場可編程門陣列FPGA器件的電子密碼鎖的設計方法。重點闡述了紅外遙控電子密碼鎖的整體架構設計；介紹了一種由PT2248作為發送器，MIM-R1AA 38KHZ紅外一體化接收解調器作為接收器的紅外遙控系統的構建方法；詳細說明了如何運用EDA技術自頂向下的設計方法，來實現基于XILINX公司出品的Spartan-3E系列FPGA芯片的紅外遙控解碼、密碼鎖的解鎖、密碼修改、報警提示及液晶顯示等功能。在分析紅外遙控電子密碼鎖各功能模塊時，本論文詳細闡述了各模塊的功能及外部接口信號，給出了各模塊的仿真波形以及整個系統的測試流程和測試結果。本論文在介紹Spartan-3E系列FPGA芯片的特點和性能的同時，利用Spartan-3E系列的XC3S500芯片中的KCPSM3和自行設計完成的狀態機控制器分別實現液晶顯示控制器，通過比較分析得知KCPSM3實現的控制器，在對FPGA的資源利用方面更加合理，實現更加便捷。 本論文利用紅外遙控技術解鎖，大大提高了電子密碼鎖的安全性能；采用FPGA開發設計，所有算法完全由硬件電路來實現，使得系統的工作可靠性大為提高，同時由于FPGA具有在系統可編程功能，當設計需要更改時，只需更改FPGA中的控制和接口電路，利用EDA工具將更新后的設計下載到FPGA中即可，無需更改外部電路的設計，大大提高了設計的效率。因此，采用FPGA開發的數字系統，不僅具有很高的工作可靠性，其升級與改進也極其方便。
上傳時間： 2013-06-25
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H.264/AVC是國際電信聯盟與國際標準化組織/國際電工委員會聯合推出的活動圖像編碼標準，簡稱H.264。作為最新的國際視頻編碼標準，H.264/AVC與MPEG-4、H.263等視頻編碼標準相比，性能有了很大的提高，并已在流媒體、數字電視、電話會議、視頻存儲等諸多領域得到廣泛的應用。 本論文的研究課題是基于H.264/AVC視頻編碼標準的CAVLC(Context-based Adaptive Variable Length Coding，基于上下文的自適應可變長編碼)編碼算法研究及FPGA實現。對于變換后的熵編碼，H.264/AVC支持兩種編碼模式：基于上下文的可變長編碼(CAVLC)和基于上下文的自適應算術編碼(CABAC，Context-based Adaptive BinaryArithmetic Coding)。在H.264/AVC中，盡管CAVLC算法也是采用了VLC編碼，但是同以往標準不同，它所有的編碼都是基于上下文進行。這種方法比傳統的查單一表的方法提高了編碼效率，但也增加了設計上的困難。 作者在全面學習H.264/AVC協議和深入研究CAVLC編碼算法的基礎上，確定了并行編碼的CAVLC編碼器結構框圖，并總結出了影響CAVLC編碼器實現的瓶頸。針對這些瓶頸，對CAVLC編碼器中的各個功能模塊進行了優化設計，這些優化設計包括多參考塊的表格預測法、快速查找表法、算術消除法等。最后，用Verilog硬件描述語言對所設計的CAVLC編碼器進行了描述，用EDA軟件對其主要功能模塊進行了仿真，并在Cyclone II系列EP2C20F484的FPGA上驗證了它們的功能。結果表明，該CAVLC編碼器各編碼單元的編碼速度得到了顯著提高且均能滿足實時通信要求，為整個CAVLC編碼器的實時通信提供了良好的基礎。
上傳時間： 2013-06-22
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單片微型計算機(單片機)是將微處理器CPU、程序存儲器、數據存儲器、定時/計數器、輸入/輸出并行接口等集成在一起。由于單片機具有專門為嵌入式系統設計的體系結構與指令系統，所以它最能滿足嵌入式系統的應用要求。Intel公司生產的MCS-51系列單片機是我國目前應用最廣的單片機之一。 隨著可編程邏輯器件設計技術的發展，每個邏輯器件中門電路的數量越來越多，一個邏輯器件就可以完成本來要由很多分立邏輯器件和存儲芯片完成的功能。這樣做減少了系統的功耗和成本，提高了性能和可靠性。FPGA就是目前最受歡迎的可編程邏輯器件之一。IP核是將一些在數字電路中常用但比較復雜的功能塊，設計成可修改參數的模塊，讓其他用戶可以直接調用這些模塊，這樣就大大減輕了工程師的負擔，避免重復勞動。隨著FPGA的規模越來越大，設計越來越復雜，使用IP核是一個發展趨勢。 本課題結合FPGA與8051單片機的優點，主要針對以下三個方面研究： (1)FPGA開發平臺的硬件實現選用Xilinx公司的XC3S500E-PQ208-4-C作為核心器件，采用Intel公司的EEPROM芯片2816A和SRAM芯片6116作為片內程序存儲器，搭建FPGA的硬件開發平臺。 (2)用VHDL語言實現8051IP核分析研究8051系列單片機內部各模塊結構以及各部分的連接關系，實現了基于FPGA的8051IP核。主要包括如下幾個模塊：CPU模塊、片內數據存儲器模塊、定時/計數器模塊、并行端口模塊、串行端口模塊、中斷處理模塊、同步復位模塊等。 (3)基于FPGA的8051IP核應用用所設計的8051IP核，實現了對一個4×4鍵盤的監測掃描、鍵盤確認、按鍵識別等應用。
上傳時間： 2013-06-21
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