本文以“機車車輛輪對動態檢測裝置”為研究背景，以改進提升裝置性能為目標，研究在Altera公司的FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片Cyclone上實現圖像采集控制、圖像處理算法、JPEG(Joint Photographic Expert Group)壓縮編碼標準的基本系統。本文使用硬件描述語言Verilog，以RedLogic的RVDK開發板作為硬件平臺，在開發工具OUARTUS2 6.0和MODELSIM SE 6.1B環境中完成軟核的設計與仿真驗證。 數據采集部分完成的功能是將由模擬攝像機拍攝到的圖像信號進行數字化，然后從數據流中提取有效數據，加以適當裁剪，最后將奇偶場圖像數據合并成幀，存儲到存儲器中。數字化及碼流產生的功能由SAA7113芯片完成，由FPGA對SAA7113芯片初始化設置、控制，并對數字化后的數據進行操作。 圖像處理算法部分考慮到實時性與算法復雜度等因素，從裝置的圖像處理流程中有選擇性地實現了直方圖均衡化、中值濾波與邊緣檢測三種圖像處理算法。 壓縮編碼部分依據JPEG標準基本系統順序編碼模式，在FPGA上實現了DCT(Discrete Cosine Transform)變換、量化、Zig-Zag掃描、直流系數DPCM(Differential Pulse Code Modulation)編碼、交流系數RLC(Run Length code)編碼、霍夫曼編碼等主要步驟，最后用實際的圖像數據塊對系統進行了驗證。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著現代互聯網規模的不斷擴大，網絡數據流量迅速增長，傳統的路由器已經無法滿足網絡的交換和路由需求。當前，新一代路由器普遍利用了交換式路由技術，通過使用交換背板以充分利用公共通信鏈路，有效的提高了鏈路的利用率，并使各通信節點的并行通信成為可能。硬件系統設計中結合了專用網絡處理器，可編程器件各自的特點，采用了基于ASIC，FPGA，CPLD硬件結構模塊化的設計方法。基于ASIC技術體系的GSR的出現，使得路由器的性能大大提高。但是，這種路由器主要滿足數據業務(文字，圖象)的傳送要求，不能解決全業務(語音，數據，視頻)數據傳送的需要。隨著網絡規模的擴大，矛盾越來越突出，而基于網絡處理器技術的新一代路由器，從理論上提出了解決GSR所存在問題的解決方案。 基于網絡路由器技術實現的路由器，采用交換FPGA芯片硬件實現的方式，對路由器內部各種單播、多播數據包進行路由轉發，實現網絡路由器與外部數據收發芯片的數據通信。本文主要針對路由器內部交換FPGA芯片數據轉發流程的特點，分析研究了傳統交換FPGA所采用的交換算法，針對簡單FIFO算法所產生的線頭阻塞現象，結合虛擬輸出隊列(VOQ)機制及隊列仲裁算法(RRM)的特點，并根據實際設計中各外圍接口芯片，給出了一種消除數據轉發過程中出現的線頭阻塞的iSLIP改進算法。針對實際網絡單播、多播數據包在數據轉發處理過程的不同，給出了實際的解決方案。并對FPGA外部SSRAM包緩存帶寬的利用，數據轉發的包亂序現象及FPGA內部環回數據包的處理流程作了分析并提出了解決方案，有效的提高了路由器數據交換性能。 根據設計方案所采用的算法的實現方式，結合FPGA內部部分關鍵模塊的功能特點及性能要求，給出了交換FPGA內部可用BlockRam資源合理的分配方案及部分模塊的設計實現，滿足了實際的設計要求。所有處理模塊均在xilinx公司的FPGA芯片中實現。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著科技的發展，電子電路的設計正逐漸擺脫傳統的設計模式。可編程邏輯器件及硬件描述語言的出現與發展從根本上改變了數字系統設計與實現的技術與方法，越來越多的數字信號處理系統采用可編程邏輯器件來實現。 數字濾波技術作為數字信號處理的基本分支之一，在各種數字信號處理中起著重要作用，被廣泛應用于很多領域。其中有限長沖激響應（FIR）濾波器，只有零點、系統穩定、運算速度快、具有線性相位的特性，設計靈活，在工程實際中獲得廣泛應用。 本文以數字濾波器的基本理論為依據，通過對現場可編程門陣列（FPGA）內部結構的研究，結合軟件工程學中結構化設計思想和硬件描述語言的特點，以9階FIR低通數字濾波器為例，采用Altera公司的EPIK30TC144-3器件完成了FIR數字濾波器的軟硬件設計。我們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語言進行了各個功能模塊的設計。 為了使設計的過程和結果更為直觀，文中詳細介紹了核心及外圍硬件電路的設計過程，最終達到了基于FPGA硬件實現參數化FIR數字濾波器的目的。實驗測試表明，本論文所設計的基于FPGA的9階FIR低通數字濾波器基本達到了設計指標。依照此方法，只要修改參數，升級相關硬件，便可以更改濾波器性能，實現高通、帶通FIR數字濾波器，說明本設計具有普遍指導意義。
上傳時間： 2013-05-24
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傳統的數控系統采用的大多是專用的封閉式結構，它能提供給用戶的選擇有限，用戶無法對現有數控設備的功能進行修改以滿足自己的特殊要求；各種廠商提供給用戶的操作方式各不相同，用戶在培訓人員、設備維護等方面要投入大量的時間和資金。這些問題嚴重阻礙了CNC制造商、系統集成者和用戶采用快速而有創造性的方法解決當今制造環境中數控加工和系統集成中的問題。隨著電子技術和計算機技術的高速發展，數控技術正朝向柔性化、智能化和網絡化的方向發展。針對數控系統已存在的問題和未來發展的趨勢，本文致力于建立一個適合現場加工特征的開放結構數控平臺，使系統具備軟硬件可重構的柔性特征，同時把監控診斷和網絡模塊融入數控系統的框架體系之內，滿足智能化和網絡化的要求。 本文在深入研究嵌入式系統技術的基礎上，引入可重構的設計方法，選擇具體的硬件平臺和軟件平臺進行嵌入式可重構數控系統平臺的研發。硬件結構以MOTOROLA的高性能32位嵌入式處理器MC68F375和ALTERA的現場可編程門陣列(FPGA)芯片為核心，配以系統所需的外圍模塊；軟件系統以性能卓越的VxWorks嵌入式實時操作系統為核心，開發所需要的應用軟件，將VxWorks嵌入式實時操作系統擴展為一個完整、實用的嵌入式數控系統。該系統不僅具有可靠性高、穩定性好、功能強的優點，而且具有良好的可移植性和軟硬件可裁減性，便于根據實際需求進行功能的擴展和重構。 本論文的主要研究工作如下： (1)深入研究了以高性能微處理器MC68F375為核心的主控制板的硬件電路設計，以及存儲、采集、通訊和網絡等模塊的設計。 (2)深入研究了基于FPGA的串行配置方法和可重構設計方法，設計出基于FPGA的電機運動控制、機床IO控制、鍵盤陣列和液晶顯示控制等接口模塊電路。 (3)深入研究了VxWorks嵌入式實時操作系統在硬件平臺上的移植和任務調度原理，合理分配控制系統的管理任務，開發系統的底層驅動程序和應用程序。 最后，本文總結了系統的開發工作，并對嵌入式可重構數控系統的進一步研究提出了自己的一些想法，以指引后續研究工作。
上傳時間： 2013-04-24
上傳用戶：gcs333
本文完成了一種高速高性能數字脈沖壓縮處理器的設計和FPGA實現，包括系統架構設計、方案論證及仿真、算法實現、結果的測試等。 緒論部分首先闡明了本課題研究的背景和意義，概述了雷達數字脈沖壓縮系統的主要研究內容，關鍵技術及其發展趨勢，然后介紹了數字脈沖壓縮系統設計與實現的要求，最后給出了本文的主要研究內容。 第二章敘述了線性調頻信號脈沖壓縮的基本原理，對系統設計的實現方法進行了實時性方面的論證，并基于MATLAB做了仿真分析。 第三章從數字系統結構化設計方面將本系統劃分為三個部分：輸入部分、脈壓計算部分、輸出部分，并在流程圖中對各部分所要實現的功能做了介紹。 第四章首先總結了數字脈沖壓縮的實現途徑；提出了基于自定制浮點數據格式和分時復用蝶型結構的數字脈沖壓縮系統設計思想，對其關鍵技術進行了深入的研究。 第五章對輸入輸出模塊的功能做了詳細的描述，設計了具體的結構和電路。 第六章針對系統的測試驗證，提出面向SOC的模塊驗證和系統軟硬協同驗證的驗證策略。通過Link for Modelsim工具，實現MATAB與Modelsim之間對VHDL代碼的聯合仿真測試，通過在線邏輯分析工具ChipScope，完成系統的片上測試，并分析系統的性能，證明系統的可實用性。滿足設計的要求。 本文研制的數字脈沖壓縮處理器具有動態范圍大、處理精度高、處理能力強、體積小、重量輕、實時性好的優點，為設計高性能的現代雷達信號處理系統提供了可靠的保證。
上傳時間： 2013-07-01
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JPEG是聯合圖像專家組(Joint Picture Expert Group)的英文縮寫，是國際標準化組織(ISO)和CCITT聯合制定的靜態圖像壓縮編碼標準。JPEG的基于DCT變換有損壓縮具有高壓縮比特點，被廣泛應用在數據量極大的多媒體以及帶寬資源寶貴的網絡程序中。 動態圖像的JPEG編解碼處理要求圖像恢復質量高、實時性強，本課題就是針對這兩個方面的要求展開的研究。該系統由圖像編碼服務器端和圖像解碼客戶端組成。其中，服務器端實時采集攝像頭傳送的動態圖像，進行JPEG編碼，通過網絡傳送碼流到客戶端；客戶端接收碼流，經過JPEG解碼，恢復出原始圖像送VGA顯示。設計結果完全達到了實時性的要求。 本文從系統實現的角度出發，首先分析了系統開發平臺，介紹FPGA的結構特點以及它的設計流程和指導原則；然后從JPEG圖像壓縮技術發展的歷程出發，分析JPEG標準實現高壓縮比高質量圖像處理的原理；針對FPGA在算法實現上的特點，以及JPEG算法處理的原理，按照編碼和解碼順序，研究設計了基于改進的DA算法的FDCT和IDCT變換，以及按發生頻率進行優化的霍夫曼查找表結構，并且從系統整體上對JPEG編解碼進行簡化，以提高系統的處理性能。最后，通過分析Nios嵌入式微處理器可定制特性，根據SOPC Builder中Avalon總線的要求，把圖像采集，JPEG圖像壓縮和網絡傳輸轉變成用戶自定義模塊，在SOPC Builder下把用戶自定義模塊添加到系統中，由Nios嵌入式軟核的控制下運行，在FPGA芯片上實現整個JPEG實時圖像編解碼系統(soc)。 在FPGA上實現硬件模塊化的JPEG算法，具有造價低功耗低，性能穩定，圖像恢復后質量高等優點，適用于精度要求高且需要對圖像進行逐幀處理的遠程微小目標識別和跟蹤系統中以及廣電系統中前期的非線性編輯工作以及數字電影的動畫特技制作，對降低成本和提高圖像處理速度兩方面都有非常重大的現實意義。通過在FPGA上實現JPEG編解碼，進一步探索FPGA在數字圖像處理上的優勢所在，深入了解進行此類硬件模塊設計的技術特點，是本課題的重要學術意義所在。
上傳時間： 2013-04-24
上傳用戶：shangdafreya
隨著信息技術的發展，數字信號的采集與處理在科學研究、工業生產、航空航天、醫療衛生等部門得到越來越廣泛的應用，這些應用中對數字信號的傳輸速度提出了比較高的要求。傳統的基于ISA總線的信號傳輸效率低，嚴重制約著系統性能的提高。 PCI總線以其高性能、低成本、開放性、軟件兼容性等眾多優點成為當今最流行的計算機局部總線。但是，由于PCI總線硬件接口復雜、不易于接入、協議規范比較繁瑣等缺點，常常需要專用的接口芯片作為橋接，為了解決這一系列問題，本文提出了一種基于FPGA的PCI總線接口橋接邏輯的實現方案，支持PCI突發訪問方式，突發長度為8至128個雙字長度，核心FPGA芯片采用ALTERA公司的CYCLONE FPGA系列的EP1C6Q240C8，容量為6000個邏輯宏單元，速度為-8，編譯后系統速度可以達到80MHz，取得了良好的效果。 基于FPGA的PCI總線接口橋接邏輯的核心是PCI接口模塊。在硬件方面，特別討論了PCI接口模塊、地址轉換模塊、數據緩沖模塊、外部接口模塊和SRAM DMA控制模塊等五個功能模塊的設計方案和硬件電路實現方法，著重分析了PCI接口模塊的數據傳輸方式，采用模塊化的方法設計了內部控制邏輯，并進行了相關的時序仿真和邏輯驗證，硬件需要軟件的配合才能實現其功能，因此設備驅動程序的設計是一個重要部分，論文研究了Windows XP體系結構下的WDM驅動模式的組成、開發設備驅動程序的工具以及開發系統實際硬件的設備驅動程序時的一些關鍵技術。 本文最后利用基于FPGA的PCI總線接口橋接邏輯中的關鍵技術，對PCI數據采集卡進行了整體方案的設計。該系統采用Altera公司的cyclone Ⅱ系列FPGA實現。
上傳時間： 2013-05-22
上傳用戶：彭玖華
基于微處理器的數字PID控制器改變了傳統模擬PID控制器參數整定不靈活的問題。但是常規微處理器容易在環境惡劣的情況下出現程序跑飛的問題，如果實現PID軟算法的微處理器因為強干擾或其他原因而出現故障，會引起輸出值的大幅度變化或停止響應。而FPGA的應用可以從本質上解決這個問題。因此，利用FPGA開發技術，實現智能控制器算法的芯片化，使之能夠廣泛的用于各種場合，具有很大的應用意義。 首先分析FPGA的內部結構特點，總結FPGA設計技術及開發流程，指出實現結構優化設計，降低設計難度，是擴展設計功能、提高芯片性能和產品性價比的關鍵。控制系統由四個模塊組成，主要包括核心控制器模塊、輸入輸出模塊以及人機接口。其中控制器部分為系統的關鍵部件。在分析FPGA設計結構類型和特點的基礎上，提出一種基于FPGA改進型并行結構的PID溫度控制器設計方法。在PID算法與FPGA的運算器邏輯映像過程中，采用將補碼的加法器代替減法器設計，增加整數運算結果的位擴展處理，進行不同數據類型的整數歸一化等不同角度的處理方法融合為一體，可以有效地減少邏輯運算部件。應用Ouartus Ⅱ圖形輸入與Verilog HDL語言相結合設計實現了PID控制器，用Modelsim仿真驗證了設計結果的正確性，用Synplify Pro進行電路綜合，在Quaitus Ⅱ軟件中實現布局布線，最后生成FPGA的編程文件。根據控制系統的要求，論文設計完成了12位模數AD轉換器、數據顯示器、按鍵等相關外圍接口電路。 將一階、純滯后、大慣性電阻爐溫作為控制對象，以EP1C3T144 FPGA為核心，構建PID控制系統。在采用Pt100溫度傳感器、分辨率為2℃、最大溫度控制范圍0～400℃的條件下，實驗結果表明，達到無超調的穩定控制要求，為降低FPGA實現PID控制器的設計難度提供了有效的方法。
上傳時間： 2013-05-24
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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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隨著信號處理技術的進步和電子技術的發展，雷達信號偵察接收機逐漸從模擬體制向數字體制轉變。軟件無線電概念的提出，促使雷達偵察接收機朝大帶寬、全截獲方向發展，現有的串行信號處理體制已經很難滿足系統要求。FPGA器件的出現，為實現寬帶雷達信號偵察數字接收機提供了硬件支持。 本文結合FPGA芯片特點，在前人研究基礎上，從算法和硬件實現兩方面，對雷達信號偵察數字接收機若干關鍵技術進行了研究和創新，主要研究內容包括以下幾個方面。 1)給出了基于QuartusII/Matlab和ISE/ModelSim/Matlab的兩種FPGA設計聯合仿真技術。這種聯合仿真技術，大大提高了基于FPGA的雷達信號偵察數字接收機的設計效率。 2)給出了一種基于FFT/IFFT的寬帶數字正交變換算法，并將該算法在FPGA中進行了硬件實現，設計可對600MHz帶寬內的輸入信號進行實時正交變換。 3)提出了一種全并行結構FFT的FPGA實現方案，并將其在FPGA芯片中進行了硬件實現，設計能夠在一個時鐘周期內完成32點并行FFT運算，滿足了數字信道化接收機對數據處理速度的要求。 4)提出了一種自相關信號檢測FPGA實現方案，通過改變FIFO長度改變自相關運算點數，實現了弱信號檢測。提出通過二次門限處理來消除檢測脈沖中的毛刺和凹陷，降低了虛警概率，提高了檢測結果的可靠性。 5)在單通道自相關信號檢測算法基礎上，提出采用三路并行檢測，每路采用不同的相關點數和檢測門限，再綜合考慮三路檢測結果，得到最終檢測結果。給出了算法FPGA實現過程，并對設計進行了聯合時序仿真，提高了檢測性能。 6)給出了一種利用FFT變換后的兩根最大譜線進行插值的快速高精度頻率估計方法，并將該算法在FPGA硬件中進行了實現。通過利用FFT運算后的實/虛部最大值進行插值，降低了硬件資源消耗、縮短了運算延遲。 7)結合4)、5)、6)中的研究成果，完成了對雷達脈沖信號到達時間、終止時間、脈沖寬度和脈沖頻率的估計，最終在一塊FPGA芯片內實現了一個精簡的雷達信號偵察數字接收機，并在微波暗室中進行了測試。
上傳時間： 2013-06-13
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