遺傳算法是一種基于自然選擇原理的優化算法，在很多領域有著廣泛的應用。但是，遺傳算法使用計算機軟件實現時，會隨著問題復雜度和求解精度要求的提高，產生很大的計算延時，這種計算的延時限制了遺傳算法在很多實時性要求較高場合的應用。為了提升運行速度，可以使用FPGA作為硬件平臺，設計數字系統完成遺傳算法。和軟件實現相比，硬件實現盡管在實時性和并行性方面具有很大優勢，但同時會導致系統的靈活性不足、通用性不強。本文針對上述矛盾，使用基于功能的模塊化思想，將基于FPGA的遺傳算法硬件平臺劃分成兩類模塊：系統功能模塊和算子功能模塊。針對不同問題，可以在保持系統功能模塊不變的前提下，選擇不同的遺傳算子功能模塊完成所需要的優化運算。本文基于Xilinx公司的Virtex5系列FPGA平臺，使用VerilogHDL語言實現了偽隨機數發生模塊、隨機數接口模塊、存儲器接口/控制模塊和系統控制模塊等系統功能模塊，以及基本位交叉算子模塊、PMX交叉算子模塊、基本位變異算子模塊、交換變異算子模塊和逆轉變異算子模塊等遺傳算法功能模塊，構建了系統功能構架和遺傳算子庫。該設計方法不僅使遺傳算法平臺在解決問題時具有更高的靈活性和通用性，而且維持了系統架構的穩定。本文設計了多峰值、不連續、不可導函數的極值問題和16座城市的旅行商問題 (TSP)對遺傳算法硬件平臺進行了測試。根據測試結果，該硬件平臺表現良好，所求取的最優解誤差均在1％以內。相對于軟件實現，該系統在求解一些復雜問題時，速度可以提高2個數量級。最后，本文使用FPGA實現了粗粒度并行遺傳算法模型，并用于 TSP問題的求解。將硬件平臺的運行速度在上述基礎上提高了近1倍，取得了顯著的效果。關鍵詞：遺傳算法，硬件實現，并行設計，FPGA，TSP
標簽： FPGA 算法 硬件實現
上傳時間： 2013-06-15
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隨著多媒體技術的發展，數字圖像處理已經成為眾多應用系統的核心和基礎。它的發展主要依賴于兩個性質不同、自成體系但又緊密相關的研究領域：圖像處理算法及其相應的電路實現。圖像處理系統的硬件實現—般有三種方式：專用的圖像處理器件集成芯片(Application Specific Integrated Circuit)、數字信號處理器(Digital Signal Process)和現場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array)以及相關電路組成。它們可以實時高速完成各種圖像處理算法。圖像處理中，低層的圖像預處理的數據量很大，要求處理速度快，但運算結果相對比較簡單。相對于其他兩種方式，基于FPGA的圖像處理方式的系統更適合于圖像的預處理。本文設計了—種基于FPGA的小波域圖像去噪系統。首先，闡述了基于小波變換的圖像去噪算法原理，重點討論了小波鄰域閾值(NeighShrink)去噪算法，并給出了該算法相應的Matlab 仿真；然后，為了改進鄰域閾值去噪算法中對每個分解子帶都采用相同鄰域和閾值的缺點，本文提出了基于最小二乘支持向量機(LS-SVM)分類的鄰域閾值去噪算法和以斯坦無偏估計 (SURE)為準則同時結合小波系數尺度間關系的鄰域閾值去噪算法。經Matlab實驗表明，相比于其他幾種經典算法，本文提出的兩種改進算法在濾除噪聲的同時能更好地保護圖像細節，并在較高噪聲情況下能獲得更高的峰值信噪比。在此基礎上本文將提出的改進小波鄰域閾值去噪算法進行了相應的簡化，以滿足低噪聲處理要求且易于在FPGA上實現；最后，給出了基于 FPGA的小波鄰域閾值去噪系統的總體結構和FPGA內部各功能模塊的具體實現方案，包括二維離散小波變換模塊、二維離散小波逆變換模塊、SDRAM存儲器控制模塊、去噪計算模塊和系統核心控制模塊，并對各個系統模塊和整體進行了仿真驗證，結果表明本文設計的基于FPGA 的小波鄰域閾值去噪系統能滿足實際的圖像處理要求，具有一定的理論和實際應用價值。關鍵詞：圖像處理系統，FPGA，圖像去噪算法，小波變換
標簽： 小波變換 圖像去噪 算法研究
上傳時間： 2013-05-16
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基于過采樣和∑-△噪聲整形技術的DAC能夠可靠地把數字信號轉換為高精度的模擬信號(大于等于16位)。采用這一架構進行數模轉換具有諸多優點，例如極低的失配噪聲和更高的可靠性，便于實現嵌入式集成等，最重要的是可以得到其他DAC結構所無法達到的精度和動態范圍。在高精度測量，音頻轉換，汽車電子等領域有著廣泛的應用價值。 本文采用∑-△結構以FPGA方式實現了一個具有高精度的數模轉換器，在24比特的輸入信號下，達到了約150dB的信噪比。作為一個靈活的音頻DAC實現方案。該DAC可以對CD/DVD/HDCD/SACD等多種制式下的音頻信號進行處理，接受并轉換采樣率為32/44.1/48/88.2/96/192kHz，字長為16/18/20/24比特的PCM數據，具備良好的兼容性和通用性。 由于非線性和不穩定性的存在，高階∑-△調制器的設計與實現存在較大的難度。本文綜合大量文獻中的經驗原則和方法，闡述了穩定的高階高精度調制器的設計流程；并據此設計了達到24bit精度和滿量程輸入范圍的的5階128倍調制器。本文創新性地提出了∑-△調制器的一種高效率流水線實現結構。分析表明，與其他常見的∑-△調制器實現結構相比，本方案具有結構簡單、運算單元少等優點；此外在同樣信號采樣率下，調制器所需的時鐘頻率大大降低。 文中的過采樣濾波模塊采用三級半帶濾波器和一個可變CIC濾波器級聯組成，可以達到最高128倍的過采樣比，同時具有良好的通帶和阻帶特性。在半帶濾波器的設計中采用了CSD編碼，使結構得到了充分的簡化。 本文提出的過采樣DAC方案具有可重配置結構，讓使用者能夠方便地控制過采樣比和調制器階數。通過積分梳狀濾波器的配置，能夠獲得32/64/128倍的不同過采樣比，從而實現對于32～192kHz多種采樣率輸入的處理。在不同輸入字長情況下，通過調制器的重構，則可以將調制器由高精度的5階模式改變為功耗更低的3階模式，滿足不同分辨率信號輸入時的不同精度要求。這是本文的另一創新之處。 目前，該過采樣DAC已經在XilinxVirtexⅡ系列FPGA器件下得到硬件實現和驗證。測試表明，對于從32kHz到192kHz的不同輸入信號，該DAC模塊輸出1比特碼流的帶內信噪比均能滿足24比特數據轉換應用的分辨率要求。
標簽： FPGA bit DAC 24
上傳時間： 2013-07-08
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時間間隔測量在導航定位、航空航天、通訊、電子儀器、天文、計量、電子技術等眾多領域有著廣泛的應用。隨著這些領域技術的發展，對時間間隔測量的精度提出了更高的要求。 本文基于脈沖計數法的基礎上提出了等效脈沖計數...
標簽： FPGA 高分辨率 時間間隔測量
上傳時間： 2013-05-26
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目前見到的許多關于直流電機的測速與控制類文獻中，以研究無刷直流電機較多，采用PID算法，PWM調速的居多。這些文獻所采用的控制器一般都是Motorola公司的MC33035，MICROLlinear公司的ML4425/4428,諸如Infineon的嵌入式單片機C504或采用通用的PWM芯片如SG3524、TL494等。采用這些ASIC芯片，雖然能實現直流電機的無級調速，但還存在一些問題，如無法與計算機直接接口，許多較為復雜的控制算法無法在不增加硬件成本的情況下實現，控制器的人機界面不理想。總的來講，控制器的智能化程度不高，可移植性差。雖然采用PWM芯片來實現電機無級調速的方案成本較低，但當控制器針對不同的應用場合增加多種附加功能時，其靈活性不夠，而且反而增加硬件的成本。還有一些使用PLC控制器或高檔處理器芯片（如DSP器件）的文獻，它們雖然具有較高的控制性能，但由于這些高檔處理器價格過高，需要更多的外圍器件，因此也不具備在通常情況下大規模使用的條件。 從發展趨勢上看，總體的研究方向是提出質量更高的算法和調速方案，以及在考慮成本要求的前提下選擇適合這種算法的核心控制器。 在研究方法上，有的采用軟件仿真，從理論作深入的研究；有的通過實踐總結提出一些具有使用價值的實踐方法。其中常見的有PID算法，模糊PID算法，結合神經算法的PID算法等；在調速方案上，有采用普通的PWM調速，也有特殊PWM(PWM-ON-PWM)調速以及其它調速方式。另外電機轉速測量方案通常有光電式和磁電式，也有用超聲波測量的方案。 直流電機，尤其是永磁直流無刷直流電機（PM-BLDC），由于其固有的許多特點，在加上我國的稀土資源豐富，被眾多電機專家認為是21世紀的新型換代產品。隨著半導體集成電路，電力電子器件，控制原理和稀土材料工業的發展，可以預見這種產品必然會逐步取代傳統結構的交流電動機加變頻調速器的模式，近年來已廣泛應用于家電、汽車、數控機床、機器人等更多的領域。
標簽： 單片機控制 直流電機
上傳時間： 2013-06-25
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生物醫學信號是源于一個生物系統的一類信號，像心音、腦電、生物序列和基因以及神經活動等，這些信號通常含有與生物系統生理和結構狀態相關的信息，它們對這些系統狀態的研究和診斷具有很大的價值。信號拾取、采集和處理的正確與否直接影響到生物醫學研究的準確性，如何有效地從強噪聲背景中提取有用的生物醫學信號是信號處理技術的重要問題。 設計自適應濾波器對帶有工頻干擾的生物醫學信號進行濾波，從而消除工頻干擾，獲得最佳的濾波效果是本研究要解決的問題。生物醫學信號具有信號弱、噪聲強、頻率范圍較低、隨機性強等特點。由于心電(electrocardiogram，ECG)信號的確定性、穩定性、規則性都比其他生物信號高，便于準確評估和檢測濾波效果，本研究采用ECG信號作為原始的模板信號。 本研究將新的電子芯片技術與現代信號處理技術相結合，從過去單一的軟件算法研究，轉向軟件與硬件結合，從而提高自適應速度和精度，而且可以使系統的開發周期縮短、成本降低、容易升級和變更。 采用現場可編程邏輯器件(Field Programmable Gate Array，FPGA)作為新的ECG快速提取算法的硬件載體，加快信號處理的速度。為了將ECG快速提取算法轉換為常用的適合于FPGA芯片的定點數算法，研究中詳細分析了定點數的量化效應對自適應噪聲消除器的影響，以及對浮點數算法和定點數算法的復合自適應濾波器的各種參數的選擇，如步長因子和字長選擇。研究中以定點數算法中的步長因子和字長選擇，作為FPGA設計的基礎，利用串并結合的硬件結構實現自適應濾波器，并得到了預期的效果，準確提取改善后的ECG信號。 研究中，在MATLAB(Matrix Laboratry)軟件的環境下模擬，選取帶有50Hz工頻干擾的不同信噪比的ECG原始信號，在浮點數情況下，原始信號通過采用最小均方LMS(LeastMean Squares)算法的浮點數自適應濾波器后，根據信噪比的改善和收斂速度，確定不同的最佳μ值，并在定點數情況下，在最佳μ值的情況下，原始信號通過采用LMs算法的定點數自適應濾波器后，根據信噪比的改善效果和采用硬件的經濟性，確定最佳的定點數。并了解LMS算法中步長因子、定點數字長值對信號信噪比、收斂速度和硬件經濟性的影響。從而得出針對含有工頻干擾的不同信噪比的原始ECG，應該采用什么樣的μ值和什么樣的定點數才能對原始ECG的改善和以后的硬件實現取得最佳的效果，并根據所得到的數據和結果，在FPGA上實現自適應濾波器，使自適應濾波器能對帶有工頻干擾的ECG原始信號有最佳的濾波效果。
標簽： FPGA 工頻干擾 濾波技術
上傳時間： 2013-04-24
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·摘要： DDB SDRAM使用雙倍數據速率結構,它能獲得比SDRAM更高的性能.DDR SDRAM需要特定的DDB控制器才能完成與DSP、FPGA之間的通信.由于Xilinx VirtexTM-4系列FPGA具備ChipSync源同步技術等優勢,本設計采用它來實現DDRSDRAM控制器.該DDR SDRAM控制器采用直接時鐘數據捕獲技術,本文將重點闡述該技術.
標簽： Xilinx_FPGA DDR_SDRAM 控制器
上傳時間： 2013-05-24
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本原碼是基于Verilog HDL語言的FPGA原程序，主要用于測頻率，特點主要是可以更快地測頻。實時性更高。
標簽： Verilog FPGA HDL 語言
上傳時間： 2013-09-01
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先進的系統架構和集成電路設計技術，使得模數轉換器 (ADC) 制造商得以開發出更高速率和分辨率，更低功耗的產品。這樣，當設計下一代的系統時，ADC設計人員已經簡化了很多系統平臺的開發。例如，同時提高ADC采樣率和分辨率可簡化多載波、多標準軟件無線電系統的設計。這些軟件無線電系統需要具有數字采樣非常寬頻范圍，高動態范圍的信號的能力，以同步接收遠、近端發射機的多種調制方式的高頻信號。同樣，先進的雷達系統也需要提高ADC采樣率和分辨率，以改善靈敏度和精度。在滿足了很多應用的具體需求，ADC的主要性能有了很大的提高的同時，ADC的功耗也有數量級的下降，進一步簡化了系統散熱設計和更小尺寸產品的設計。
標簽： FemtoCharge ADC 高分辨率 低功耗
上傳時間： 2013-10-22
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基于數字微鏡器件（Digital Micro-mirror Device，DMD）的哈達瑪變換光譜技術是一種新型的光譜成像技術，在國內很少有專門的文獻介紹[1-3]。文中先介紹了本實驗采用的哈達瑪光譜儀樣機的原理以及哈達瑪成像光譜儀優于傳統模板的獨特之處，即獲得多通道高能量高信噪比的光譜數據，然后描述對采集到的數據做高信噪比，高分辨率壓縮處理，最后說明此方法實時性強、圖像失真小、實用價值高、應用范圍廣。
標簽： 哈達 變換光譜儀 壓縮系統
上傳時間： 2013-11-25
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