《計算機組成原理》是計算機系的一門核心課程。但是它涉及的知識面非常廣，內容包括中央處理器、指令系統、存儲系統、總線和輸入輸出系統等方面，學生在學習該課程時，普遍覺得內容抽象難于理解。但借助于該計算機組成原理實驗系統，學生通過實驗環節，可以進一步融會貫通學習內容，掌握計算機各模塊的工作原理，相互關系的來龍去脈。 為了增強實驗系統的功能，提高系統的靈活性，降低實驗成本，我們采用FPGA芯片技術來徹底更新現有的計算器組成原理實驗平臺。該技術可根據用戶要求為芯片加載由VHDL語言所編寫出的不同的硬件邏輯，FPGA芯片具有重復編程能力，使得系統內硬件的功能可以像軟件一樣被編程，這種稱為“軟”硬件的全新系統設計概念，使實驗系統具有極強的靈活性和適應性。它不僅使該系統性能的改進和擴充變得十分簡易和方便，而且使學生自己設計不同的實驗變為可能。計算機組成原理實驗的最終目的是讓學生能夠設計CPU，但首先，學生必須知道CPU的各個功能部件是如何工作，以及相互之間是如何配合構成CPU的。因此，我們必須先設計出一個教學用的以FPGA芯片為核心的硬件平臺，然后在此基礎上開發出VHDL部件庫及主要邏輯功能，并設計出一套實驗。 本文重點研究了基于FPGA芯片的VHDL硬件系統，由于VHDL的高標準化和硬件描述能力，現代CPU的主要功能如計算，存儲，I/O操作等均可由VHDL來實現。同時設計實驗內容，包括時序電路的組成及控制原理實驗、八位運算器的組成及復合運算實驗、存儲器實驗、數據通路實驗、浮點運算器實驗、多流水線處理器實驗等，這些實驗形成一個相互關聯的系統。每個實驗先由教師講解原理及原理圖，學生根據教師提供的原理圖，自己用MAX+PLUSII完成電路輸入，學生實驗實際上是編寫VHDL，不需要寫得很復雜，只要能調用接口，然后將程序燒入平臺，這樣既不會讓學生花太多的時間在畫電路圖上，又能讓學生更好的理解每個部件的工作原理和工作過程。 論文首先研究分析了FPGA硬件實驗平臺，即實驗系統的硬件組成。系統采用FPGA-XC4010EPC84，62256CPLD以及其他外圍芯片(例如74LS244，74LS275)組成。根據不同的實驗要求，規劃不同實驗控制邏輯。用戶可選擇不同的實驗邏輯，通過把實驗邏輯下載到FPGA芯片中構成自己的實驗平臺。 其次，論文詳細的闡述了VHDL模塊化設計，如何運用VHDL技術來依次實現CPU的各個功能部件。VHDL語言作為一種國際標準化的硬件描述語言，自1987年獲得IEEE批準以來，經過了1993年和2001年兩次修改，至今已被眾多的國際知名電子設計自動化(EDA)工具研發商所采用，并隨同EDA設計工具一起廣泛地進入了數字系統設計與研發領域，目前已成為電子業界普遍接受的一種硬件設計技術。再次，論文針對實驗平臺中遇到的較為棘手的多流水線等問題，也進行了深入的闡述和剖析。學生需要什么樣的實驗條件，實驗內容及步驟才能了解當今CPU所采用的核心技術，才能掌握CPU的設計，運行原理。另外，本論文的背景是需要學生熟悉基本的VHDL知識或技能，因為實驗是在編寫VHDL代碼的前提下完成的。 本文在基于實驗室的環境下，基本上較為完整的實現了一個基于FPGA的實驗平臺方案。在此基礎上，進行了部分功能的測試和部分性能方面的分析。本論文的研究，為FPGA在實際系統中的應用提供研究思路和參考方案。論文的研究結果將對FPGA與VHDL標準的進一步發展具有重要的理論和現實意義。
上傳時間： 2013-04-24
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本文內容來源于實際工程項目，屬于FPGA技術在航空電子系統中的應用范疇。該項目的主要任務是通過設計—總線適配器將嵌入式航路控制器接入航電總線，使之成為航空電子系統的一部分。本文主要介紹航電總線適配器的設計，包括總線適配器接口協議分析、系統總體規劃、主控制器的FPGA實現、硬件設計和軟件設計等內容。 首先，本立在對項目背景、項目需求和總線適配器接口協議進行分析的基礎上，規劃了系統的總體結構。并且根據此系統結構制定了相應的轉換協議，以規范數據傳輸。其次，根據系統設計要求選擇主控制器和外圍器件，并以此搭建硬件平臺，完成系統硬件設計。本部分內容包括主控制器的FPGA實現分析以及系統硬件各功能模塊如MIL-STD-1553B協議控制器模塊、RS-422電平轉換模塊、FPGA配置模塊和電源模塊等的設計。最后介紹了系統的軟件開發，此部分主要完成了軟件的總體設計、功能模塊的劃分以及各功能模塊的軟件實現，包括BU-61580接口模塊、異步串口模塊和協議控制模塊等的具體設計。
上傳時間： 2013-05-22
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隨著電子科學、圖像傳輸處理技術與理論的迅速發展，機器人視頻監控技術的實際研究與應用曰益得到重視，并不斷地在許多領域取得驕人的成果。特別是近年來，機器人視頻監控技術已成為高技術領域一個重要的研究課題。 本論文詳細介紹了一種機器人視頻監視系統的設計方案，實現了具有前端視頻采集、圖像傳輸處理功能的FPGA系統。該系統采用Altera公司的FPGA芯片作為中央處理器，由視頻采集模塊、異步FIFO模塊、I
上傳時間： 2013-07-21
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軟件無線電已成為無線通信非常關鍵的技術之一。其基本思想是將寬帶A/D、D/A盡可能靠近天線，在一個開放式、模塊化的通用硬件平臺上用盡可能多的軟件來實現無線電臺的各種功能。 本文所討論的多相濾波器組信道化接收機(PPCR)及信道非均勻劃分，即是應用了軟件無線電理念的一種新技術。該技術針對傳統無線電接收機存在的結構不靈活、系統升級困難、同時處理多信號能力弱及系統規模過大等問題，應用現代多速率信號處理理論對之進行了改進。改進后的軟件無線電PPCR．具有全概率接收能力，能對信號進行下變頻并降低其采樣率處理，實現后資源耗費較低，而且依托現場可編程門陣列(FPGA)建立的平臺是開放式的，在需要時可在不改變硬件系統的情況下通過軟件更改系統的功能，極大地提高了系統的靈活性。諸多的優點使其具有十分廣泛的應用前景，也成為當前研究熱點之一。 本文首先介紹了課題的應用背景，并深入討論了軟件無線電的基本理論：信號采樣理論及多速率信號處理理論，介紹了應用PPCR的采樣處理過程，給出了推導PPCR的數學模型，并在此基礎上分析闡述了信道非均勻劃分的原理。 在本文的系統仿真及實現部分，首先介紹了應用現代DSP開發工具DSPBuilder進行開發的設計流程，然后對應用DSP Builder來設計PPCR中的主要模塊一多相濾波器組及快速傅立葉變換模塊做了詳細闡述，最后對系統仿真及實現過程的實驗結果圖進行了分析。 本文主要是在實驗室階段對算法在硬件實現上進行研究。成果可以作為后續應用研究的基礎，對各種應用軟件無線電理念的通信系統都具有一定的參考價值。
上傳時間： 2013-06-17
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近年來，人們對無線數據和多媒體業務的需求迅猛增加，促進了寬帶無線通信新技術的發展和應用。正交頻分復用 (Orthogonal Frequency Division Multiolexing，OFDM)技術已經廣泛應用于各種高速寬帶無線通信系統中。然而 OFDM 系統相比單載波系統更容易受到頻偏和時偏的影響，因此如何有效地消除頻偏和時偏，實現系統的時頻同步是 OFDM 系統中非常關鍵的技術。 本文討論了非同步對 OFDM 系統的影響，分析了當前用于 OFDM 系統中基于數據符號的同步算法，并簡單介紹非基于數據符號同步技術。基于數據符號的同步技術通過加入訓練符號或導頻等附加信息，并利用導頻或訓練符號的相關性實現時頻同步。此算法由于加入了附加信息，降低了帶寬利用率，但同步精度相對較高，同步捕獲時間較短。 隨著電子芯片技術的快速發展，電子設計自動化 (Electronic DesignAutomation，EDA) 技術和可編程邏輯芯片 (FPGA/CPLD) 的應用越來越受到大家的重視，為此文中對 EDA 技術和 Altera 公司制造的 FPGA 芯片的原理和結構特點進行了闡述，還介紹了在相關軟件平臺進行開發的系統流程。 論文在對基于數據符號三種算法進行較詳細的分析和研究的基礎上，尤其改進了基于導頻符號的同步算法之后，利用 Altera 公司的 FPGA 芯片EP1S25F102015 在 OuartusⅡ5.0 工具平臺上實現了 OFDM 同步的硬件設計，然后進行了軟件仿真。其中對基于導頻符號同步的改進算法硬件設計過程了進行了詳細闡述。不僅如此，對于基于 PN 序列幀的同步算法和基于循環前綴 (Cycle Prefix，CP) 的極大似然 (Maximam Likelihood,ML)估計同步算法也有具體的仿真實現。 最后，文章還對它們進行了比較，基于導頻符號同步設計的同步精度比較高，但是耗費芯片的資源多，另一個缺點是沒有頻偏估計，因此運用受到一定限制。基于 PN 序列幀的同步設計使用了最少的芯片資源，但要提取 PN 序列中的信號數據有一定困難。基于循環前綴的同步設計占用了芯片 I/O 腳稍顯多。這幾種同步算法各有優缺點，但可以根據不同的信道環境選用它們。
上傳時間： 2013-04-24
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IPC-A-610D是目前全球范圍內應用最為廣泛的電子組裝標準。 IPC-A-610D用全彩照片和插圖形象地羅列了電子組裝行業通行的工藝標準，是所有質保和組裝部門必備的法典。 該標準內容涵蓋無鉛焊接、元器件極性和通孔的焊接標準、表面貼裝和分立導線組件、機械組裝、清潔、標記、涂覆以及層壓板要求。 IPC-A-610對所有的質檢員、操作員和培訓人員來說都具有很大的借鑒意義。 D版本中新增了超過730幅關于可接受性標準的插圖，其清晰度和準確度都經過了嚴格的審核。
上傳時間： 2013-05-17
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測試儀廣泛應用于國民經濟和國防建設的各個領域，是科研和生產不可或缺的重要裝備之一。其工作原理是由信號發生裝置向被測對象發送激勵信號，同時由信號采集與處理裝置通過傳感器采集被測對象的響應信號，并送到上位機進行數據分析和處理。本文研究采用靈活的現場可編程邏輯陣列FPGA為核心，協調整個儀器的運轉，并采用先進的USB總線技術，將信號發生、信號采集與處理有機地集成為一體的多功能測試儀。 本文的第一章介紹了測試儀及其研究應用現狀，根據儀器的成本、便攜性和通用性要求不斷提高的發展趨勢，提出了本課題的研究任務和關鍵技術； 第二章從硬件和軟件兩個方面討論了測試儀的總體設計方案，并且分別詳述了電源模塊、USB模塊、FPGA模塊、DSP模塊、A/D模塊、D/A模塊這六個功能模塊的硬件設計； 第三章討論了USB模塊相關的軟件設計，其中包含USB固件設計、驅動程序設計和客戶應用程序設計三個方面的內容，詳細論述了各部分軟件的架構和主要功能模塊的實現。 第四章討論了主控器FPGA的設計，是本文的核心部分。先從總體上介紹了FPGA的設計方案，然后從MCU模塊、信號采集模塊、信號發生模塊三部分具體描述了其實現方式。軟件設計上采用了模塊化的設計思想，使得結構清晰，可讀性強，易于進一步開發；并且靈活的使用了有限狀態機，大大提高了程序的穩定性和運行效率。 第五章介紹了DSP模塊的設計，討論了波形生成的原理及實現，并提出了與FPGA接口的方式。 第六章詳細描述了實驗的步驟和結果，分別從單通道采樣和多通道采樣兩方面實驗，驗證了儀器的性能和設計的可行性。
上傳時間： 2013-06-25
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目前，數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，但其具體硬件實現方法卻值得探討。FPGA是近年來廣泛應用的超大規模、超高速的可編程邏輯器件，由于其具有高集成度、高速、可編程等優點，大大推動了數字系統設計的單片化、自動化，縮短了單片數字系統的設計周期、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的數據采集與處理技術進行研究，基于FPGA在數據采樣控制和信號處理方面的高性能和單片系統發展的新熱點，把FPGA作為整個數據采集與處理系統的控制核心。主要研究內容如下： FPGA的單片系統研究。針對數據采集與處理，對FPGA進行選型，設計了基于FPGA的單片系統的結構。把整個控制系統分為三個部分：多通道采樣控制模塊，數據處理模塊，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。 數據處理模塊的設計。FFT算法在數字信號處理中占有重要的地位，因此本文研究了FFT的硬件實現結構，提出了用FPGA實現FFT的一種設計思想，給出了總體實現框圖。分別設計了旋轉因子復數乘法器，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，狀態機控制器成功地對各個模塊進行了有序、協調的控制。 存儲控制模塊的設計。利用閃存芯片K9K1G08UOA對采集處理后的數據進行存儲，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算法的硬件實現進行了研究，結合單片系統的特點，把整個系統分為多通道采樣控制模塊，數據處理模塊，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單片系統可完成對實時信號的高速采集與處理。
上傳時間： 2013-07-06
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隨著交通工具的迅猛發展，智能交通系統(Intelligent TransportationSystems，簡稱ITS)在交通管理中受到廣泛的關注。而在ITS中，車牌識別(LicensePlate Recognition，簡稱LPR)是其核心技術。車牌識別系統主要由數據采集和車牌識別算法兩個部分組成。由于車牌清晰程度、攝像機性能、氣候條件等因素的影響，牌照中的字符可能出現不清楚、扭曲、缺損或污跡干擾，這都給識別造成一定難度。因此，在復雜背景中快速準確地進行車牌定位成為車牌識別系統的難點。 本文研究和設計了一種集圖象采集，圖象識別，圖象傳輸等于一體的實時嵌入式系統。該平臺包括硬件系統設計與應用程序開發兩個方面，充分利用TI公司的C6000系列DSP強大的并行運算能力、以及FPGA的靈活時序邏輯控制技術，從硬件方面實現系統的高速運行。 本文的主要工作有兩部分組成，具體如下： (1) 在硬件設計方面：實現由A/D、電源、FPGA、DSP以及SDRAM和FLASH所組成的車牌識別系統；設計并完成系統的原理圖和印制板圖；完成電路板調試，以及完成FPGA．在高速圖像采集中的veriIog應用程序開發。 (2) 在軟件開發方面：完成Philips公司的SAA7113H的配置代碼開發，以及DSP底層的部分驅動程序開發。 該系統能夠實現25幀每秒的數字視頻流圖像數據的輸出，并由FPGA負責完成一幅720×572數據量的圖像采集。DSP負責系統的嵌入式操作，包括系統的控制和車牌識別算法的實現。 目前，嵌入式車牌識別系統硬件平臺已經搭建成功，系統軟件代碼程序也已經開發完成。本系統能夠實現高速圖像采集、嵌入式操作與車牌識別算法、UART數據通信等功能，具有速度快、穩定性高、體積小、功耗低等特點，為車牌識別算法提供一個較好的驗證平臺。
上傳時間： 2013-07-30
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隨著城市居民住房的發展，樓房用表需求量不斷增大，傳統的把多個電能表掛在一起的計量方式越來越顯出它的弊端；即體積大，成本高，工程造價高，不利于新型住房的集中用電管理。多用戶、多功能智能電表不僅能很好地解決上述問題，還能實現很多智能化的功能。 多用戶多功能智能電能表可同時計量48戶居民的用電量。該電能表采用2塊LPC2294控制，以完成數據的通信和采集；采用2塊ARM，以減輕CUP的負擔，提高系統的多功能化和智能化。相對于單用戶電表，多用戶電表有多達32路以上通道，采用同一系統進行分時處理，該系統采用12位A／D轉換芯片AD8364，能保證數據采集的精度和速度。上位機還能實現與銀聯系統聯網，可遠程控制用戶的用電。多用戶、多功能電能表在靈活性、多功能化、智能化、精度等方面都有優勢。
上傳時間： 2013-04-24
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