本文以數(shù)字信號處理系統(tǒng)為應用背景，圍繞基于FPGA的ⅡR數(shù)字濾波器的實現(xiàn)技術展開了研究。 首先以ⅡR數(shù)字濾波器的優(yōu)化設計基本理論為依據(jù)，研究了在頻域上的最小均方誤差設計法和在時域上的最小平方誤差設計法。以四階和六階兩個ⅡR低通數(shù)字濾波器設計為例，利用Matlab軟件進行輔助設計，探討了濾波器的設計過程。 然后著重研究了FPGA的設計方法和設計流程，在設計中采用了層次化、模塊化的設計思想，將整個濾波器劃分為多個功能模塊，利用VHDL語言編程和原理圖兩種設計技術進行了ⅡR濾波器的各個功能模塊的設計，采用EPlCl2Q240器件實現(xiàn)了基于FPGA的二個二階節(jié)級聯(lián)型結構的四階ⅡR低通數(shù)字濾波器，并類推了設計六階ⅡR低通數(shù)字濾波器。最后用QuartusⅡ4.0軟件進行了綜合與仿真，用MATLAB7.0軟件對仿真結果進行了分析，最終在GW48-PK2開發(fā)系統(tǒng)中進行了硬件電路驗證，得出了實際濾波效果測試波形，驗證了所設計濾波器的正確性。 本設計對于用二階節(jié)級聯(lián)型結構構成的ⅡR數(shù)字濾波器硬件電路具有通用性，通過改變二階節(jié)級聯(lián)型結構的數(shù)量，可以構成任意偶數(shù)階的濾波器；同時，通過上模型中系數(shù)的變換，也可以構成相應階數(shù)的高通、帶通、帶阻等濾波器。
標簽： FPGA 數(shù)字濾波器
上傳時間： 2013-06-20
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自適應濾波器是統(tǒng)計信號處理的一個重要組成部分。在實際應用中，由于沒有充足的信息來設計固定系數(shù)的數(shù)字濾波器，或者設計規(guī)則會在濾波器正常運行時改變，因此我們需要研究自適應濾波器。凡是需要處理未知統(tǒng)計環(huán)境下運算結果所產生的信號或需要處理非平穩(wěn)信號時，自適應濾波器可以提供一種吸引人的解決方法，而且其性能通常遠優(yōu)于用常規(guī)方法設計的固定濾波器。此外，自適應濾波器還能提供非自適應方法所不可能提供的新的信號處理能力。 本論文從自適應濾波器研究的重要意義入手，介紹了線性自適應濾波器的基本原理、算法及設計方法，對幾種基于最小均方誤差準則或最小平方誤差準則的自適應濾波器算法進行研究，最終基于一改近的LMS算法設計復數(shù)自適應濾波器，并以VHDL語言編寫在maxplus平臺上進行仿真測試。
上傳時間： 2013-07-11
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建立在數(shù)據(jù)率轉換技術之上的寬帶數(shù)字偵察接收機要求能夠實現(xiàn)高截獲概率、高靈敏度、近乎實時的信號處理能力。雙信號數(shù)據(jù)率轉換技術是寬帶數(shù)字偵察接收機關鍵技術之一，是解決寬帶數(shù)字接收機中前端高速ADC采樣的高速數(shù)據(jù)流與后端DSP處理速度之間瓶頸問題的可行方案。測頻技術以及帶通濾波，即寬帶數(shù)字下變頻技術，是實現(xiàn)數(shù)據(jù)率轉換系統(tǒng)的關鍵技術。本文首先介紹了寬帶數(shù)字偵察接收關鍵技術之一的數(shù)據(jù)率轉換技術，著重研究了快速、高精度雙信號測頻算法以及實驗系統(tǒng)硬件實現(xiàn)。論文主要工作如下： (1)分析了現(xiàn)代電子偵察環(huán)境下的信號特征，指出寬帶數(shù)字接收機必須滿足寬監(jiān)視帶寬、流水作業(yè)以及近實時的響應時間。給出了一種頻率引導式的數(shù)字接收機方案，簡要介紹這種接收機的關鍵技術——快速、高精度頻率估計以及高效的數(shù)據(jù)率轉換。 (2)介紹了FFT技術在測頻算法中的應用，比較了FFT專用芯片及其優(yōu)點和缺點，指出為了滿足實時處理要求，必須選用FPGA設計FFT模塊。 (3)在分析常規(guī)的插值算法基礎上，提出了一種單信號的快速插值頻率估計方法，只需三個FFT變換系數(shù)的實部構造頻率修正項，計算量低。該方法具有精度高、測頻速率快的特點。 (4)基于DFT理論和自相關理論，提出了結合FFT和自相關的雙信號頻率估計算法。該方法先用DFT估計其中一個信號的頻率和幅度，以此頻率對信號解調并對消該頻率成分，最后利用自相關理論估計出另一個信號的頻率。 (5)基于DFT理論和FFT技術，研究了信號平方與FFT結合的雙信號頻率估計算法。根據(jù)信號中兩頻率分量的幅度比，只需一次一維平方信號譜峰搜索，就可以得到雙信號的和頻與差頻分量的估計值，并利用插值技術提高測頻精度。該算法能夠精確地估計頻率間隔小的雙信號頻率，且容易地擴展到復信號，F(xiàn)PGA硬件實現(xiàn)容易。 (6)基于現(xiàn)代譜分析理論，研究了基于AR(2)模型的雙信號頻率估計算法。方法在利用AR(2)模型系數(shù)估計雙正弦信號頻率之和的同時，利用FFT快速測頻算法估計其中強信號分量的頻率值。算法仿真驗證和性能分析表明了提出的算法能快速高精度地估計雙信號頻率。 (7)給出了基于頻譜重心算法的雷達雙信號頻率估計的FPGA硬件實現(xiàn)架構，并進行了時序仿真。 (8)討論了雙信號帶寬匹配接收系統(tǒng)的硬件設計方案，給出了快速測頻及帶寬估計模塊設計。
上傳時間： 2013-06-02
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本文介紹了一個基于CPLD／FPGA的嵌入式IP核設計。論文在闡述可編程邏輯器件及其發(fā)展趨勢的基礎上，探討了知識產權復用理念，MCU的復雜化設計以及數(shù)字信號傳輸與處理的速度要求。結合國內外對CPLD／FPGA的使用現(xiàn)狀，引出了在CPLD／FPGA上開發(fā)嵌入式模塊程序的理念并提出了設計實現(xiàn)方法和設計實例。課題的設計目標為開發(fā)一個基于CPLD／FPGA的USBIP模塊，實現(xiàn)開發(fā)板與PC機之間的USB通信。設計過程首先進行硬件設計，在FPGA開發(fā)板上開發(fā)擴展板；其次用ISE開發(fā)軟件進行FPGA數(shù)字化設計；在軟件開發(fā)完成后，將配置生成的比特流文件通過JTAG電纜下載到FPGA開發(fā)板上，實現(xiàn)FPGA開發(fā)板與PC機之間的通信。 該設計具有很高的實用性，它進一步擴大了可編程芯片的領地，將復雜專有芯片擠向高端和超復雜應用；它使得IP資源復用理念得到更普遍的應用；為基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)設計提供了廣闊的思路。
上傳時間： 2013-07-05
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甚短距離傳輸(VSR)是一種用于短距離(約300 m～600m)內進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓鈧鬏敿夹g.它主要應用于網絡中的交換機、核心路由器(CR)、光交叉連接設備(OXC)、分插復用器(ADM)和波分復用(WDM)終端等不同層次設備之間的互連,具有構建方便、性能穩(wěn)定和成本低等優(yōu)點,是光通信技術發(fā)展的一個全新領域,逐漸成為國際通用的標準技術,成為全光網的一個重要組成部分. 本文深入研究了VSR并行光傳輸系統(tǒng),完成了VSR技術的核心部分--轉換器子系統(tǒng)的設計與實現(xiàn),使用現(xiàn)場可編程陣列FPGA(Field Programmable GateArray)來完成轉換器電路的設計和功能實現(xiàn).深入研究現(xiàn)有VSR4-1.0和VSR4-3.0兩種并行傳輸標準,在其技術原理的基礎上,提出新的VSR并行方案,提高了多模光纖帶的信道利用率,充分利用系統(tǒng)總吞吐量大的優(yōu)勢,為將來向更高速率升級提供了依據(jù).根據(jù)萬兆以太網的技術特點和傳輸要求,提出并設計了用VSR技術實現(xiàn)局域和廣域萬兆以太網在較短距離上的高速互連的系統(tǒng)方案,成功地將VSR技術移植到萬兆以太網上,實現(xiàn)低成本、構建方便和性能穩(wěn)定的高速短距離傳輸. 本文所有的設計均在Altera Stratix GX系列FPGA的EP1SGX25F1020C7上實現(xiàn),采用Altera的Quartus Ⅱ開發(fā)工具和 Verilog HDL硬件描述語言完成了VSR4-1.0轉換器集成電路和萬兆以太網的SERDES的設計和仿真,并給出了各模塊的電路結構和仿真結果.仿真的結果表明,所有的設計均能正確的實現(xiàn)各自的功能,完全能夠滿足10Gb/s高速并行傳輸系統(tǒng)的要求.
上傳時間： 2013-07-14
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本文介紹了如何利用FPGA(FieldProgrammableGateArray)技術來實現(xiàn)傳送流特殊信息的處理，其主要內容如下：1.介紹了MPEG-2傳送流系統(tǒng)層的語法規(guī)范；2.描述了傳送流特殊信息之間的結構關系；3.簡要介紹了傳送流復用的原理和實現(xiàn)方法；4.詳細討論了如何用FPGA技術來實現(xiàn)對特殊信息的處理；整個項目的設計采用VHDL作為程序設計語言，都是以Xilinx的FPGA芯片及其ISE5.2i作為開發(fā)系統(tǒng)進行的。
上傳時間： 2013-06-11
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逆變控制器的發(fā)展經歷從分立元件的模擬電路到以專用微處理芯片（DSP/MCU）為核心的電路系統(tǒng)，并從數(shù)模混合電路過渡到純數(shù)字控制的歷程。但是，通用微處理芯片是為一般目的而設計，存在一定局限。為此，近幾年來逆變器專用控制芯片（ASIC）實現(xiàn)技術的研究越來越受到關注，已成為逆變控制器發(fā)展的新方向之一。本文利用一個成熟的單相電壓型PWM逆變器控制模型，圍繞逆變器專用控制芯片ASIC的實現(xiàn)技術，依次對專用芯片的系統(tǒng)功能劃分，硬件算法，全系統(tǒng)的硬件設計及優(yōu)化，流水線操作和并行化，芯片運行穩(wěn)定性等問題進行了初步研究。首先引述了單相電壓型PWM逆變器連續(xù)時間和離散時間的數(shù)學模型，以及基于極點配置的單相電壓型PWM逆變器電流內環(huán)電壓外環(huán)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的設計過程，同時給出了仿真結果，仿真表明此系統(tǒng)具有很好的動、靜態(tài)性能，并且具有自動限流功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。緊接著分析了FPGA器件的特征和結構。在給出本芯片應用目標的基礎上，制定了FPGA目標器件的選擇原則和芯片的技術規(guī)格，完成了器件選型及相關的開發(fā)環(huán)境和工具的選取。然后系統(tǒng)闡述了復雜FPGA設計的設計方法學，詳細介紹了基于FPGA的ASIC設計流程，概要介紹了僅使用QuartusII的開發(fā)流程，以及Modelsim、SynplifyPro、QuartusII結合使用的開發(fā)流程。在此基礎上，進行了芯片系統(tǒng)功能劃分，針對：DDS標準正弦波發(fā)生器，電壓電流雙環(huán)控制算法單元，硬件PI算法單元，SPWM產生器，三角波發(fā)生器，死區(qū)控制器，數(shù)據(jù)流/控制流模塊等逆變器控制硬件算法/控制單元，研究了它們的硬件算法，完成了模塊化設計。分析了全數(shù)字鎖相環(huán)的結構和模型，以此為基礎，設計了一種應用于逆變器的，用比例積分方法替代傳統(tǒng)鎖相系統(tǒng)中的環(huán)路濾波，用相位累加器實現(xiàn)數(shù)控振蕩器（DCO）功能的高精度二階全數(shù)字鎖相環(huán)（DPLL）。分析了“流水線操作”等設計優(yōu)化問題，并針對逆變器控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)算法呈多層結構，且層與層之間還有數(shù)據(jù)流聯(lián)系，其執(zhí)行順序和數(shù)據(jù)流的走向較為復雜，不利于直接采用流水線技術進行設計的特點，提出一種全新的“分層多級流水線”設計技術，有效地解決了復雜控制系統(tǒng)的流水線優(yōu)化設計問題。本文最后對芯片運行穩(wěn)定性等問題進行了初步研究。指出了設計中的“競爭冒險”和飽受困擾之苦的“亞穩(wěn)態(tài)”問題，分析了產生機理，并給出了常用的解決措施。
上傳時間： 2013-05-28
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在衛(wèi)星遙感設備中，隨著遙感技術的發(fā)展和對傳輸式觀測衛(wèi)星遙感圖像質量要求的不斷提高，航天遙感圖像的分辨率和采樣率也越來越高，由此引起高分辨率遙感圖像數(shù)據(jù)存儲量和傳輸數(shù)據(jù)量的急劇增長，然而衛(wèi)星信道帶寬有限。為了盡量保持高分辨率遙感圖像所具有的信息，必須解決輸入數(shù)據(jù)碼率和傳輸信道帶寬之間的矛盾。所以星載高分辨率遙感圖像數(shù)據(jù)的高保真、實時、大壓縮比壓縮技術就成了解決這一矛盾的關鍵技術。FPGA器件為實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮提供了一種壓縮算法的硬件實現(xiàn)的一個理想的平臺。FPGA器件集成度高，體積小，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，減少了開發(fā)周期。小波變換能夠適應現(xiàn)代圖像壓縮所需要的如多分辨率、多層質量控制等要求，在較大壓縮比下，小波圖像壓縮質量明顯好于DCT變換，因此小波變換成為新一代壓縮標準JPEG2000的核心算法。同時，小波變換的提升算法結構簡單，能夠實現(xiàn)快速算法，有利于硬件實現(xiàn)，因此提升小波變換對于采用FPGA或ASIC來實現(xiàn)圖像變換來說是很好的選擇。本文針對衛(wèi)星遙感圖像的數(shù)據(jù)流，主要研究可以對衛(wèi)星圖像進行實時二維小波變換的方案。針對提升小波變換的VLSI結構和FPGA設計中的關鍵技術，從邊界延拓、濾波器結構、整數(shù)小波、定點運算、原位運算等方面進行了研究和討論，并且完成了針對衛(wèi)星遙感圖像的分塊二維9/7提升小波變換的FPGA實現(xiàn)。采用VerIlog語言對設計進行了仿真驗證，并將仿真結果同matlab仿真結果進行了比較，比較結果表明該方案能實現(xiàn)對衛(wèi)星遙感圖像數(shù)據(jù)流的二維提升小波變換的功能。同時QuartusII綜合結果也表明，系統(tǒng)時鐘能夠工作在很高的頻率，可以滿足高速實時對衛(wèi)星圖像的小波變換處理。
上傳時間： 2013-06-15
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隨著圖像處理和模式識別技術的進步，基于生物特征的識別技術成為蓬勃發(fā)展的高技術之一，根據(jù)IBG(InternationalBiometricGroup)組織對生物特征市場的統(tǒng)計和預測，該領域的收入的年增長率30-50％，到2008年，全球總收入將達到46.39億美元。而基于指紋特征的識別技術由于其獨特的可靠性，穩(wěn)定性，方便快捷的特點，恰好符合了市場的需求。目前指紋識別技術是生物識別領域中應用最廣泛的識別技術，也是研究與應用的一個熱點。 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FPGA內部，與用戶自定義邏輯結合構成一個基于FPGA的片上系統(tǒng)。與嵌入式硬核相比較，嵌入式軟核具有更大的靈活性。而FPGA的高速性、恰恰滿足了指紋識別系統(tǒng)對速度的要求。 本文對指紋識別技術中各個環(huán)節(jié)的算法進行了較為深入的研究，結合NiosⅡ嵌入式處理器的特點，對算法進行了合理的選擇與優(yōu)化，形成了一套完整的指紋識別算法，并提出了一種基于FPGA的指紋識別系統(tǒng)硬件設計方案。 論文的內容主要包括以下幾個方面： 1、對指紋圖像預處理、后處理和匹配算法進行了改進，提高了算法的性能；設計了一種適用于快速匹配的指紋特征數(shù)據(jù)結構；提出了一套基于特征點匹配的指紋識別算法。實驗結果表明該算法速度快、誤識率較低、可靠性較高，可以滿足實用的要求。 2、本著增加系統(tǒng)集成度、減小系統(tǒng)體積、提高便攜性、降低功耗和成本，同時提升系統(tǒng)的性能的原則，使用Altera公司提供的外圍設備IP核配合NiosⅡ處理器軟核搭建了一個單片嵌入式系統(tǒng)，然后以內嵌NiosⅡ軟核的FPGA和FPS200指紋采集器為核心芯片，外配片外RAM和Flash存儲器以及小鍵盤和LCD顯示屏等器件，設計了一個便攜式指紋識別系統(tǒng)，提出了一套基于FPGA的硬件設計方案。 3、利用NiosⅡ開發(fā)板對硬件設計方案進行了初步的驗證，實現(xiàn)了指紋采集芯片F(xiàn)PS200與FPGA的接口，并進行了算法的移植。 實驗結果表明本文所提出的系統(tǒng)設計方案是可行的。基于FPGA的自動指紋識別系統(tǒng)在速度、功耗、體積、擴展性方面有著獨特的優(yōu)勢，具有廣闊的發(fā)展空間。最后提出了對這一設計繼續(xù)改進的思路和下一步研究的內容。
標簽： FPGA 指紋識別 法的研究 硬件實現(xiàn)
上傳時間： 2013-06-07
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本文主要介紹了基于FPGA的無線信道盲均衡器的設計與實現(xiàn),在算法上選擇了比較成熟的DDLMS和CMA相結合的算法,結構上采用四路正交FIR濾波器模型.在設計的過程中我們采取了用MATLAB進行算法仿真,VerilogHDL語言進行FPGA設計的策略.在硬件描述語言的設計流程中,信道盲均衡器運用了Top-Down的模塊化設計方法,大大縮短了設計周期,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可擴展性.測試結果表明均衡器所有的性能指標均達到預定目標,且工作性能良好,均衡效果較為理想,能夠滿足指標要求.本課題所設計和實現(xiàn)的信道盲均衡器,為FPGA芯片設計技術做了有益的探索性嘗試,對今后無線通信系統(tǒng)中的單芯片可編程系統(tǒng)(SOPC)的設計運用有著積極的借鑒意義.
上傳時間： 2013-07-11
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