隨著 EDA 技術及微電子技術的飛速發(fā)展，現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，簡稱 FPGA)的性能有了大幅度的提高，F(xiàn)PGA的設計水平也達到了一個新的高度。基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)設計為現(xiàn)代電子產(chǎn)品設計帶來了更大的靈活性，以Nios Ⅱ軟核處理器為核心的SOPC(System on Programmable Chip)系統(tǒng)便是把嵌入式系統(tǒng)應用在FPGA上的典型例子，本文設計的指紋識別模塊就是基于FPGA的Nios Ⅱ處理器為核心的SOPC設計。通過IP核技術和靈活的軟硬件編程，實現(xiàn)Nios Ⅱ對FPGA外圍器件的控制，并對指紋處理算法進行了改進，研究了指紋識別算法到Nios Ⅱ系統(tǒng)的移植。 本文首先闡述了指紋識別模塊的SOPC設計方案，然后是對模塊的詳細設計。在硬件方面，完成了指紋識別模塊的 FPGA 硬件設計，包括 FPGA 內(nèi)部的Nios Ⅱ系統(tǒng)硬件設計和 FPGA 外圍電路設計。前者利用 SOPC Builder將Nios Ⅱ處理器、指紋讀取接口 UART、鍵盤與LCD顯示接口、FLASH接口、SDRAM控制器構建成NiosⅡ硬件系統(tǒng)，后者是電源和時鐘電路、SDRAM存儲器電路、FLASH存儲器電路、LCD顯示電路、指紋傳感器電路、FPGA 配置電路這些純實物硬件設計，給出了設計方法和電路連接圖。 在軟件方面，包括下面兩個內(nèi)容： 完成 FPGA 外圍器件程序設計，實現(xiàn)對外圍器件的操作。 深入的研究了指紋識別算法。對指紋圖像識別算法中的指紋圖像濾波和匹配算法進行了分析，提出了指紋圖像增強改進算法和匹配改進算法，通過試驗，改進后的指紋圖像濾波算法取得了較好的指紋圖像增強效果。改進后的匹配算法速度較快，誤識率較低。最后研究了指紋識別算法如何在FPGA中的Nios Ⅱ系統(tǒng)的實現(xiàn)。
上傳時間： 2013-06-12
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本文進行了基于FPGA的GPS直序偽碼擴頻接收機的設計和數(shù)字化硬件實現(xiàn)。論文首先對GPS衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)進行了分析，并對與數(shù)字化接收機直接相關聯(lián)的GPS信號中頻部分結合實際系統(tǒng)要求進行了設計和分析，由此確定了數(shù)字化偽碼捕獲跟蹤接收機研制的具體要求，之后完成了接收機中頻數(shù)字化方案設計。同時對偽碼捕獲跟蹤后端的載波捕獲跟蹤的實現(xiàn)方案進行了描述和分析。最后利用EDA工具在FPGA芯片上實現(xiàn)了GPS數(shù)字化接收機的偽碼捕獲跟蹤。 受工作環(huán)境的制約，GPS衛(wèi)星接收機系統(tǒng)首先表現(xiàn)為功率受限系統(tǒng)，接收機必須滿足在低信噪比條件下工作。同時接收機與衛(wèi)星間高動態(tài)產(chǎn)生的多普勒頻率，給接收機實現(xiàn)快速捕獲帶來了難度。通過仿真分析，綜合了實現(xiàn)難度和性能兩方面因素，針對小信噪比工作條件提出了改進型的序貫偽碼捕獲實施方案。同時按照捕獲概率和時間的要求，對接收機偏壓、上、下門限、NCO增益等進行了設計和仿真分析，確定了捕獲的數(shù)字化實現(xiàn)方案，偽碼跟蹤采用超前滯后環(huán)方案。捕獲完成后可使本地偽碼與接收偽碼的相對誤差保持在±1/4碼元范圍內(nèi)，而跟蹤環(huán)路的跟蹤范圍為±4/3碼元，保證了捕獲到跟蹤的可靠銜接，同時采用可變環(huán)路帶寬措施解決了跟蹤速度和精度的矛盾。 在數(shù)字化實現(xiàn)設計中，給出了詳細的數(shù)字化實現(xiàn)方案和分析，這樣在保證工作精度的同時盡量減少硬件資源的開銷，利用EDA工具，采用Veilog設計語言在Xilinx的VirtexII系列的XC2V500fg256的FPGA上完成數(shù)字化接收機偽碼捕獲跟蹤的實現(xiàn)，并在其開發(fā)平臺上對數(shù)字化接收機進行了仿真驗證，在給定的工作條件下達到了設計性能和指標要求。
標簽： FPGA GPS 中頻 數(shù)字接收機
上傳時間： 2013-04-24
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一般由信源發(fā)出的數(shù)字基帶信號含有豐富的低頻分量，甚至直流分量，這些信號往往不宜直接用于傳輸，易產(chǎn)生碼間干擾進而直接影響傳輸?shù)目煽啃裕蚨獙ζ溥M行編碼以便傳輸。傳統(tǒng)的井下信號在傳輸過程中普遍采用曼徹斯特碼的編解碼方式，而該方式的地面解碼電路復雜。FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)作為一種新興的可編程邏輯器件，具有較高的集成度，能將編解碼電路集成在一片芯片上，而HDB3碼(三階高密度雙極性碼)具有解碼規(guī)則簡單，無直流，低頻成份少，可打破長連0和提取同步方便等優(yōu)點。基于上述情況，本文提出了基于FPGA的}tDB3編譯碼設計方案。 該研究的總體設計方案包括用MATLAB進行HDB3編譯碼算法的驗證，基于FPGA的HDB3碼編譯碼設計與仿真，結果分析與比較三大部分。為了保證該設計的可靠性，首先是進行編譯碼的算法驗證；其次通過在FPGA的集成設計環(huán)境QuartusⅡ軟件中完成HDB3碼的編譯、綜合、仿真等步驟，通過下載電纜下載到特定的FPGA芯片上，用邏輯分析儀進行時序仿真；最后將算法驗證結果與仿真結果作一對比，分析該研究的可行性與可靠性。 研究表明，基于FPGA的HDB3編譯碼設計具有體積小，譯碼簡單，編程靈活，集成度高，可靠等優(yōu)點。
上傳時間： 2013-04-24
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現(xiàn)代通信系統(tǒng)要求通信距離遠、通信容量大、傳輸質量好。作為其關鍵技術之一的調(diào)制解調(diào)技術一直是人們研究的一個重要方向。用FPGA實現(xiàn)調(diào)制解調(diào)器具有體積小、功耗低、集成度高、可軟件升級、抗干擾能力強的特點，符合未來通信技術發(fā)展的方向。論文從以下幾個方面討論和實現(xiàn)了基于FPGA的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)。 論文首先介紹了調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及FPGA的相關知識。然后介紹了幾種常見的相位調(diào)制解調(diào)方式，重點是QDPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的理論算法。 論文重點介紹了QDPSK解調(diào)調(diào)制系統(tǒng)的具體實現(xiàn)。首先，在在MATLAB環(huán)境下對系統(tǒng)里的每個子模塊完成了功能仿真，并取得滿意的仿真結果；其次，在QDPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)功能仿真正確的基礎上，對每個模塊的功能編寫C++算法，并且驗證了算法的正確性和可實現(xiàn)性；最后，在altera公司的FPGA開發(fā)平臺Quartus Ⅱ 6.0上，采用Verilog硬件描述語言對QDPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)了時序仿真和綜合仿真。
標簽： QDPSK FPGA 調(diào)制 解調(diào)技術
上傳時間： 2013-07-21
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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(chǎn)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(diào)制解調(diào)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(diào)制解調(diào)算法提出了一種基于DSP Builder調(diào)制解調(diào)器的SOPC實現(xiàn)方案，模塊化的設計方法大大縮短了調(diào)制解調(diào)器的開發(fā)周期。 在SOPC技術開發(fā)調(diào)制解調(diào)器的過程中，用MATLAB/Simulink的圖形方式調(diào)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(diào)制解調(diào)器電路中的低通濾波器可直接調(diào)用FIRIP Core，進一步提高了開發(fā)效率。 在進行編譯、仿真調(diào)試成功后，經(jīng)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(diào)制解調(diào)器的SOPC系統(tǒng)實現(xiàn)方案。
上傳時間： 2013-05-28
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回波抵消器在免提電話、無線產(chǎn)品、IP電話、ATM語音服務和電話會議等系統(tǒng)中，都有著重要的應用。在不同應用場合對回波抵消器的要求并不完全相同，本文主要研究應用于電話系統(tǒng)中的電回波抵消器。電回波是由于語音信號在電話網(wǎng)中傳輸時由于阻抗不匹配而產(chǎn)生的。 傳統(tǒng)回波抵消器主要是基于通用DSP處理器實現(xiàn)的，這種回波抵消器在系統(tǒng)實時性要求不高的場合能很好的滿足回波抵消的性能要求，但是在實時性要求較高的場合，其處理速度等性能方面已經(jīng)不能滿足系統(tǒng)高速、實時的需要。現(xiàn)代大容量、高速度的FPGA的出現(xiàn)，克服了上訴方案的諸多不足。用FPGA來實現(xiàn)數(shù)字信號處理可以很好地解決并行性和速度問題，且其靈活的可配置特性使得FPGA構成的DSP系統(tǒng)非常易于修改、測試和硬件升級。 本文研究目標是如何在FPGA芯片上實現(xiàn)回波抵消器，完成的主要工作有： (1)深入研究了回波抵消器各模塊算法，包括自適應濾波算法、遠端檢測算法、雙講檢測算法、NLP算法、舒適噪聲產(chǎn)生算法，并實現(xiàn)了這些算法的C程序。 (2)深入研究了回波抵消器基于FPGA的設計流程與實現(xiàn)方法，并利用硬件描述語言Verilog HDL實現(xiàn)了各部分算法。 (3)在OuartusⅡ和ModelSim仿真環(huán)境下對該系統(tǒng)進行模塊級和系統(tǒng)級的功能仿真、時序仿真和驗證。并在FPGA硬件平臺上實現(xiàn)了該系統(tǒng)。 (4)根據(jù)ITU-T G．168的標準和建議，對設計進行了大量的主、客測試，各項測試結果均達到或優(yōu)于G．168的要求。
上傳時間： 2013-06-23
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基于FPGA的靜止圖像壓縮系統(tǒng)的研究-JPEG編碼器的設計電力電子與電力傳動數(shù)字圖像在人們生活中的應用越來越廣泛，由于原始圖像數(shù)據(jù)量比較大，因此數(shù)字圖像壓縮技術逐漸成為圖像應用的一個核心環(huán)節(jié)。在數(shù)字圖像壓縮領域，國際標準化組織于1992年推出的JPEG標準應用最為廣泛。 本文基于FPGA設計了JPEG圖像壓縮系統(tǒng)，通過改進算法，優(yōu)化結構，在合理的利用硬件資源的條件下，有效的挖掘出算法內(nèi)部的并行性。改進了DCT變換算法，設計了并行查找表結構的乘法器，采用了流水線優(yōu)化算法來解決時間并行性問題，提高了DCT模塊的運算速度。依據(jù)Huffman編碼表的規(guī)律性，采用并行查找表結構，用較少的存儲單元完成了Huffman編碼運算，同時提高了編碼速度。整個設計通過EDA軟件進行了邏輯綜合及功能與時序仿真。綜合和仿真結果表明，本文提出的算法在速度和資源利用方面均達到了較好的狀態(tài)，可滿足實時JPEG圖像壓縮的要求。 設計了一個硬件開發(fā)平臺，對JPEG圖像壓縮系統(tǒng)進行了驗證。硬件平臺上使用ADV7181B來實現(xiàn)AD轉換；使用TI公司TMS320C6416型DSP芯片實現(xiàn)了系統(tǒng)配置以及通過PCI接口與上位機PC的實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換；使用Microsoft VC++6．0開發(fā)平臺開發(fā)了系統(tǒng)控制軟件平臺，實現(xiàn)對整個壓縮系統(tǒng)的控制。
標簽： FPGA 圖像壓縮系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-24
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在數(shù)字通信中，采用差錯控制技術(糾錯碼)是提高信號傳輸可靠性的有效手段，并發(fā)揮著越來越重要的作用。糾錯碼主要有分組碼和卷積碼兩種。在碼率和編碼器復雜程度相同的情況下，卷積碼的性能優(yōu)于分組碼。 卷積碼的譯碼方法主要有代數(shù)譯碼和概率譯碼。代數(shù)譯碼是基于碼的代數(shù)結構；而概率譯碼不僅基于碼的代數(shù)結構，還利用了信道的統(tǒng)計特性，能充分發(fā)揮卷積碼的特點，使譯碼錯誤概率達到很小。 卷積碼譯碼器的設計是由高性能的復雜譯碼器開始的，對于概率譯碼最初的序列譯碼，隨著譯碼約束長度的增加，其譯碼錯誤概率可達到非常小。后來慢慢地向低性能的簡單譯碼器演化，對不太長的約束長度，維特比(Viterbi)算法是非常實用的。維特比算法是一種最大似然的譯碼方法。當編碼約束度不太大(小于等于10)或者誤碼率要求不太高(約10-5)時，Viterbi譯碼算法效率很高，速度很快，譯碼器也較簡單。 目前，卷積碼在數(shù)傳系統(tǒng)，尤其是在衛(wèi)星通信、移動通信等領域已被廣泛應用。 本論文對卷積碼編碼和Viterbi譯碼的設計原理及其FPGA實現(xiàn)方案進行了研究。同時，將交織和解交織技術應用于編碼和解碼的過程中。 首先，簡要介紹了卷積碼的基礎知識和維特比譯碼算法的基本原理，并對硬判決譯碼和軟判決譯碼方法進行了比較。其次，討論了交織和解交織技術及其在糾錯碼中的應用。然后，介紹了FPGA硬件資源和軟件開發(fā)環(huán)境Quartus Ⅱ，包括數(shù)字系統(tǒng)的設計方法和設計規(guī)則。再有，對基于FPGA的維特比譯碼器各個模塊和相應算法實現(xiàn)、優(yōu)化進行了研究。最后，在Quartus Ⅱ平臺上對硬判決譯碼和軟判決譯碼以及有無交織等不同情況進行了仿真，并根據(jù)仿真結果分析了維特比譯碼器的性能。 分析結果表明，系統(tǒng)的誤碼率達到了設計要求，從而驗證了譯碼器設計的可靠性，所設計基于FPGA的并行Viterbi譯碼器適用于高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱龊稀?/p>
上傳時間： 2013-04-24
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汽車工業(yè)在國民經(jīng)濟增長中發(fā)揮著越來越重要的作用。近幾年，雖然我國的汽車工業(yè)已經(jīng)得到了飛速的發(fā)展，但汽車ECU(Electronic Control Unit)的設計制造一直無法實現(xiàn)國產(chǎn)化，嚴重制約了汽車工業(yè)的發(fā)展。針對這個現(xiàn)狀，本課題對于ECU的設計進行了初步研究。首次嘗試了基于SOPC技術的ECU系統(tǒng)設計，并利用dSPACE實時仿真發(fā)動機，完成了ECU的硬件在回路仿真，對控制效果進行了測試和分析。 目前，市場上的ECU系統(tǒng)都是基于專用單片機的。本文首先對現(xiàn)有的汽車發(fā)動機控制器結構進行了分析比較，總結出ECU的主要組成部件；而后通過各類方案的對比，確定了本課題采用基于FPGA的嵌入NIOS Ⅱ軟核的SOPC技術方案。 之后，進行了汽車發(fā)動機模型搭建和控制算法的設計。發(fā)動機模型以Hendricks提出的均值模型為基礎，參考mathworks公司的發(fā)動機建模方案進行設計。并在該模型基礎上，參考Fekete提出的針對多缸發(fā)動機的基于模型的空燃比控制策略和mathworks發(fā)動機控制方案，建立了以控制空燃比為核心的發(fā)動機噴油控制算法。并通過simulink的仿真，驗證了模型和算法的合理有效性。 基于系統(tǒng)設計總體方案，完成了ECU硬件電路設計，并在該系統(tǒng)中完成了上述算法的移植和優(yōu)化。最后，利用dSPACE實時仿真發(fā)動機，進行ECU的硬件在回路仿真，對本文設計的ECU系統(tǒng)進行了測試。證實了該ECU方案在空燃比控制方面取得了較好的效果。 本論文以大量的圖示形式介紹了發(fā)動機模型和系統(tǒng)軟硬件設計，使得系統(tǒng)結構和軟件流程等一目了然，淺顯易懂。同時論文中采用的基于SOPC技術的ECU設計具有一定創(chuàng)新性，對于其他ECU系統(tǒng)的開發(fā)和設計具有一定指導意義。
上傳時間： 2013-07-11
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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(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(diào)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： 2013-07-06
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