軟件無線電技術作為一種新的通信技術，其基本思想是構造一個通用硬件平臺，使寬帶A/D，D/A盡量靠近天線，在數字域完成信號處理，通過選用不同軟件模塊即可實現不同的通信功能，這樣大大縮短了電臺的研發(fā)周期。該技術在通信(尤其是在移動通信)領域有著迫切的需求和廣闊的應用前景。 本文闡述了軟件無線電的基礎理論，對信號采樣理論、多速率信號處理技術、高效數字濾波器、數字正交變換理論進行了分析和研究。從目前器件發(fā)展水平和實驗研究條件出發(fā)，設計了一個基于FPGA的軟件無線電通信平臺。設計采用了中頻數字化處理的硬件平臺結構，選用Altera Cyclone系列FPGA作為信號處理和總體控制配置的核心，并結合專用通信芯片，數字上變頻器AD9856和數字下變頻器AD6654來實現該平臺。采用VHDL和Verilog HDL語言對時分復用模塊、信道編解碼模塊、調制解調模塊等進行了模塊化設計，并對電路板設計過程中系統(tǒng)的配置和控制、無源濾波器設計、阻抗匹配電路設計等問題進行了詳細的討論，最后對印制電路板進行測試和調試，獲得了預期的效果。 本文給出的設計方案，大大簡化了數字通信系統(tǒng)的硬件設備，具有較強的通用性和靈活性，通過修改系統(tǒng)參數和配置程序，即可適應不同的通信模式和信道狀況，充分體現了軟件無線電的優(yōu)勢。該平臺不僅僅能應用在通信設備上，在許多系統(tǒng)驗證平臺、測試設備中均可應用，頗具實用價值。
上傳時間： 2013-07-21
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隨著電子技術和計算機技術的飛速發(fā)展，視頻圖像處理技術近年來得到極大的重視和長足的發(fā)展，其應用范圍主要包括數字廣播、消費類電子、視頻監(jiān)控、醫(yī)學成像及文檔影像處理等領域。當前視頻圖像處理主要問題是當處理的數據量很大時，處理速度慢，執(zhí)行效率低。而且視頻算法的軟件和硬件仿真和驗證的靈活性低。 本論文首先根據視頻信號的處理過程和典型視頻圖像處理系統(tǒng)的構成提出了基于FPGA的視頻圖像處理系統(tǒng)總體框圖；其次選擇視頻轉換芯片SAA7113，完成視頻圖像采集模塊的設計，主要分三步完成：1)配置視頻轉換芯片的工作模式，完成視頻轉化芯片SAA7113的初始化：2)通過分析輸出數據流的格式標準，來識別奇偶場信號、場消隱信號和有效行數據的開始和結束信號三種控制信號，并根據控制信號，用Verilog硬件描述語言編程實現圖像數據的采集；3)分析SRAM的讀寫控制時序，采用兩塊SRAM完成圖像數據的存儲。然后編寫軟件測試文件，在ISE Simulator仿真環(huán)境進行程序測試與運行，并分析仿真結果，驗證了數據采集和存儲的正確性；最后，對常用視頻圖像算法的MATLAB仿真，選擇適當的算子，采用工具MATLAB、System Generator for DSP和ISE，利用模塊構建方式，搭建視頻算法平臺，實現圖像平滑濾波、銳化濾波算法，在Simulink中仿真并自動生成硬件描述語言和網表，對資源的消耗做簡要分析。 本論文的創(chuàng)新點是采用新的開發(fā)環(huán)境System Generator for DSP實現視頻圖像算法。這種開發(fā)視頻圖像算法的方式靈活性強、設計周期短、驗證方便、是視頻圖像處理發(fā)展的必然趨勢。
標簽： FPGA 視頻圖像 處理系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-28
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視頻監(jiān)控一直是人們關注的應用技術熱點之一，它以其直觀、方便、信息內容豐富而被廣泛用于在電視臺、銀行、商場等場合。在視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)中，經常需要對多路視頻信號進行實時監(jiān)控，如果每一路視頻信號都占用一個監(jiān)視器屏幕，則會大大增加系統(tǒng)成本。視頻圖像畫面分割器主要功能是完成多路視頻信號合成一路在監(jiān)視器顯示，是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分。 傳統(tǒng)的基于分立數字邏輯電路甚至DSP芯片設計的畫面分割器的體積較大且成本較高。為此，本文介紹了一種基于FPGA技術的視頻圖像畫面分割器的設計與實現。 本文對視頻圖像畫面分割技術進行了分析，完成了基于ITU-RBT.656視頻數據格式的畫面分割方法設計；系統(tǒng)采用Xilinx公司的FPGA作為核心控制器，設計了視頻圖像畫面分割器的硬件電路，該電路在FPGA中，將數字電路集成在一起，電路結構簡潔，具有較好的穩(wěn)定性和靈活性；在硬件電路平臺基礎上，以四路視頻圖像分割為例，完成了I2C總線接口模塊，異步FIFO模塊，有效視頻圖像數據提取模塊，圖像存儲控制模塊和圖像合成模塊的設計，首先，由攝像頭采集四路模擬視頻信號，經視頻解碼芯片轉換為數字視頻圖像信號后送入異步FIFO緩沖。然后，根據畫面分割需要進行視頻圖像數據抽取，并將抽取的視頻圖像數據按照一定的規(guī)則存儲到圖像存儲器。最后，按照數字視頻圖像的數據格式，將四路視頻圖像合成一路編碼輸出，實現了四路視頻圖像分割的功能。從而驗證了電路設計和分割方法的正確性。 本文通過由FPGA實現多路視頻圖像的采集、存儲和合成等邏輯控制功能，I2C總線對兩片視頻解碼器進行動態(tài)配置等方法，實現四路視頻圖像的輪流采集、存儲和圖像的合成，提高了系統(tǒng)集成度，并可根據系統(tǒng)需要修改設計和進一步擴展功能，同時提高了系統(tǒng)的靈活性。
上傳時間： 2013-04-24
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基于FPGA的智能小車系統(tǒng)就是本地計算機通過接入Internet小車實現對遠端工作現場、危險工作地段等特殊環(huán)境進行監(jiān)視和控制的系統(tǒng)。智能小車是智能行走機器人的一種，這種智能小車可以適應不同環(huán)境，不受溫度、濕度、空間、磁場輻射、重力等條件的影響，可以在人類無法進入或生存的環(huán)境中完成人類無法完成的探測任務。適用于國防及民用多個領域。整個系統(tǒng)以遙控小車裝置為基礎，通過配置在上面的攝像頭實現圖像的采集及對行車道的檢測，通過配置的紅外測溫儀探測環(huán)境和目標的溫度，具有一定的智能性。其明顯的優(yōu)點是可以通過網絡遠程控制小車運行及采集現場的溫度、圖像等相關信息，完成人類在特定條件下無法完成的工作。對人類的科學研究、探索未知領域、遠程監(jiān)控等有著重要的意義。 論文在深入研究SOPC和嵌入式操作系統(tǒng)的基礎上，提出了基于FPGA的智能小車遠程監(jiān)控方案。采用FPGA來實現，可以充分利用現有的IP核，功能擴展容易，設計開發(fā)成本低，上市時間快，修改方便，甚至可以遠程重構系統(tǒng)。與單片機相比，集成度高，可靠性好，調試和維護方便。 論文主要內容包括以下幾個部分：在對智能小車功能分析的基礎上，設計了硬件系統(tǒng)，并在FPGA上構建了基于Nios Ⅱ的嵌入式系統(tǒng)，配置了SPI、串行口和以太網接口模塊和驅動程序，以及各種存儲器。移植了μClinux操作系統(tǒng)，配置嵌入式Web服務器，編寫CGI程序，設計了動態(tài)網頁；并對行車道檢測系統(tǒng)進行了研究，在DSP Builder中構建了該模塊，并在Matlab中進行了仿真。在研究數碼相機模塊和紅外測溫模塊的基礎上，編寫了圖像采集和溫度測量程序以及小車運動控制程序，并對系統(tǒng)進行了調試，初步達到通過Internet實現遠程監(jiān)控的目的。
上傳時間： 2013-08-05
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隨著交通工具的迅猛發(fā)展，智能交通系統(tǒng)(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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)。該平臺包括硬件系統(tǒng)設計與應用程序開發(fā)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(tǒng)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(tǒng)；設計并完成系統(tǒng)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(fā)。 (2) 在軟件開發(fā)方面：完成Philips公司的SAA7113H的配置代碼開發(fā)，以及DSP底層的部分驅動程序開發(fā)。 該系統(tǒng)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(tǒng)的嵌入式操作，包括系統(tǒng)的控制和車牌識別算法的實現。 目前，嵌入式車牌識別系統(tǒng)硬件平臺已經搭建成功，系統(tǒng)軟件代碼程序也已經開發(fā)完成。本系統(tǒng)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(wěn)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。
標簽： 車牌識別系統(tǒng) 硬件設計
上傳時間： 2013-07-30
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人體血液成份的無創(chuàng)檢測是生物醫(yī)學領域尚未攻克的前沿課題之一，動態(tài)光譜法在理論上克服了其它檢測方法難以逾越的障礙——個體差異和測量條件對檢測結果的影響。實現動態(tài)光譜檢測，其關鍵在于采集多波長的光電容積脈搏波信號，并對其進行處理。針對動態(tài)光譜檢測中信號微弱、信噪比低、處理數據量大的特點，本文設計了基于FPGA和面陣CCD攝像頭的動態(tài)光譜數據采集與預處理系統(tǒng)，提高檢測精度，采集出滿足動態(tài)光譜信號提取要求的光電脈搏波；并對動態(tài)光譜頻域提取法的核心算法FFT的FPGA實現進行研究。 課題提出用高靈敏度的面陣CCD攝像頭替代常規(guī)光柵光譜儀中的光電接收器，實現對多波長的光電容積脈搏波的檢測。結合面陣CCD的二維圖像特點，采用信號累加法去除噪聲，提高信號的信噪比。 創(chuàng)新性的提出一種不同于以往的信號累加方法——將處于同一行的視頻信號在采樣過程中直接累加，然后再進行傳輸和存儲。不同于幀累加和異行累加，這種同行累加方式不但大大的提高了信號的信噪比，同時減小了數據的傳輸速度和傳輸量，降低了對存儲器容量的要求，改善了動態(tài)光譜信號檢測系統(tǒng)的性能。 針對面陣CCD攝像頭輸出的復合視頻信號的特點，設計視頻信號解調電路，得到高速、高精度的數字視頻信號和準確的視頻同步信號，用于后續(xù)的視頻信號采集與處理。 根據動態(tài)光譜信號檢測和視頻信號采集的要求，選擇可編程邏輯器件FPGA作為硬件平臺，設計并實現了基于FPGA和面陣CCD攝像頭的光電脈搏波采集與預處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現了視頻信號的精確定位，通過光譜信號的高速同行累加，實現了光電脈搏波信號的高精度檢測。系統(tǒng)采用基于FPGA的Nios II嵌入式處理器系統(tǒng)，通過對其應用程序的開發(fā)，可靠的實現了數據的采集、傳輸和存儲，提高了系統(tǒng)的集成度，降低了開發(fā)成本。 為實現動態(tài)光譜信號的頻域提取，研究了基于FPGA的FFT實現方案，對各關鍵模塊進行設計，為動態(tài)光譜信號的進一步處理打下良好的基礎。 最后，通過實驗證明了系統(tǒng)數據采集的正確性和信號預處理的可行性，得到了符合動態(tài)光譜信號提取要求的脈搏波信號。
上傳時間： 2013-04-24
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數據采集處理技術是現代信號處理的基礎，廣泛應用于雷達、聲納、軟件無線電、瞬態(tài)信號測試等領域。隨著信息科學的飛速發(fā)展，人們面臨的信號處理任務越來越繁重，對數據采集處理系統(tǒng)的要求也越來越高。近年來FPGA由于其設計靈活性、更強的適應性及可重構性，結合SDRAM的高速、大容量、價格優(yōu)勢，在設計高速實時數據采集系統(tǒng)時受到了廣泛的關注。 本課題重點研究了基于FPGA與DDR2-SDRAM的高速實時數據采集系統(tǒng)的設計與實現技術，為需要大容量存儲器的系統(tǒng)設計提供了新的思路。在深入研究了DDR2-SDRAM器件的基本構造與工作原理的基礎上，結合成熟的商業(yè)化IP核，提出了基于FPGA與DDR2-SDRAM的高速實時數據采集系統(tǒng)的設計方案，并從總體設計構想到各邏輯細節(jié)實現都進行了詳細描述。根據DDR2-SDRAM的特點，選擇合適的內存調度方案，采用Verilog HDL語言設計實現了該高速實時數據采集系統(tǒng)，并對系統(tǒng)功能進行驗證與分析，結果表明本設計完全能夠滿足系統(tǒng)的性能指標。
標簽： 高速實時數 采集系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-24
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數據采集系統(tǒng)是將傳感器輸出的模擬信號進行采集，轉換成數字信號，然后送入計算機進行處理，并按需要的形式輸出處理結果的系統(tǒng)。隨著計算機技術和電子信息技術的高速發(fā)展，數據采集結合先進的電子技術，已經能利用軟件來處理大量測量數據。近年來，對于數據采集系統(tǒng)的要求與日俱增，數據采集系統(tǒng)有著非常良好的應用前景。如今的數據采集技術已滲透到分析儀器、醫(yī)療器械、雷達、通訊、等技術領域。 本論文在研究了USB總線技術的基礎上，詳細介紹了一個基于USB和FPFA技術的數據采集系統(tǒng)，包括硬件設計、固件設計、設備驅動程序設計和主機應用程序設計。在硬件設計部分，本文先介紹了數據采集芯片、FPGA以及USB2.0接口芯片FX2 CY7C68013的性能和特點，然后給出了具體的硬件設計方案；在固件設計部分，本文先介紹了FX2的固件架構，隨后詳細地介紹了CY7C68013GPIF接口模式的固件設計；在驅動程序開發(fā)部分，先引入了WDM驅動程序開發(fā)模型，然后介紹了本數據采集系統(tǒng)的USB設備驅動程序的設計；最后結合驅動程序完成了基于虛擬儀器LabVIEW的主機應用程序。
標簽： 性能 數據采集 系統(tǒng)設計
上傳時間： 2013-07-16
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智能化住宅小區(qū)，是指在一定范圍內通過有效的傳輸網絡，將多元住處服務、物業(yè)管理、安防以及住宅智能化等系統(tǒng)結合在一起，為該小區(qū)的服務與管理提供高技術的智能化手段。從而實現快捷高效的超值服務管理和安全舒適的家居環(huán)境，使業(yè)主生活得更安全、更方便。 隨著國民經濟和科學技術水平的提高，特別是計算機技術、通信技術、網絡技術和控制技術的迅速發(fā)展，促進了智能小區(qū)在我國的推廣和應用。目前這些小區(qū)的智能化建設大多數是采用Lonworks、FF等現場總線技術。但是現場總線協(xié)議標準化程度還不成熟，且成本較高。隨著寬帶Internet進入家庭，利用Internet來構建智能小區(qū)已成為大勢所趨。 本文介紹了一種基于以太網和FPGA的嵌入式智能小區(qū)管理系統(tǒng)的組建方法。首先，以Altera的FPGA為核心，通過在外圍添加適當的存儲設備和通信接口設備，構成一個嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺。其次，在此平臺的基礎上，通過在FPGA中定制Nios Ⅱ軟核處理器以及在外圍的Flash存儲器中下載uClinux操作系統(tǒng)，從而構建出一套資源豐富的嵌入式操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)帶有一個網絡功能齊全的Web服務器。最后，將此操作系統(tǒng)作為智能小區(qū)的樓宇集中器，再根據需要配置適當的采集器和顯示器，就可以組建成一套功能強大的智能小區(qū)管理系統(tǒng)。它可以完成圖像抄表、定時圖像采集、實時溫度監(jiān)控、樓宇廣播、智能語音報警等功能。 這種利用當前流行的嵌入式系統(tǒng)來組建的智能小區(qū)管理系統(tǒng)，不但實現簡單、功能強大；而且節(jié)約布線、成本低廉。因此具有很高的性價比，相信在未來有較大的市場潛力。 本文主要包括如下幾個部分：系統(tǒng)硬件結構設計，包括系統(tǒng)的原理圖構建和PCB板的繪制：系統(tǒng)核心處理器設計，包括Nios Ⅱ軟核CPU的設計方法、外圍存儲和通信器件的添加及設計方法；嵌入式操作系統(tǒng)uClinux的相關知識及移植方法：系統(tǒng)的軟件結構設計，包括圖像采集、溫度采集、LCD顯示等CGI程序設計，以及單片機語音報警程序設計等；最后給出了調試情況以及一些試驗結果。
標簽： FPGA 以太網 智能小區(qū) 管理系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-11
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多功能車輛總線一類設備是一個在列車通信網(TCN，TrainCommunication Network)中普遍使用的網絡接口單元。目前我國的新式列車大多采用列車通信網傳輸列車中大量的控制和服務信息。但使用的列車通信網產品主要為國外進口，因此迫切需要研制具有自主知識產權的列車通信網產品。 論文以一類設備控制器的設計為核心，采取自頂向下的模塊設計方法。將設備控制器分為同步層和數據處理層來分別實現對幀的發(fā)送與接收處理和對幀數據的提取與存儲處理。 同步層包含幀的識別模塊、曼徹斯特譯碼模塊、曼徹斯特編碼與幀封裝三個模塊。幀識別模塊檢測幀的起始位并對幀類型進行判斷。譯碼模塊根據采集的樣本值來判斷曼徹斯特編碼的值，采樣的難點在于非理想信號帶來的采樣誤差，論文使用結合位同步的多點采樣法來提高采樣質量。幀分界符中的非數據符不需要進行曼徹斯特編碼，編碼時在非數據符位關閉編碼電路使非數據符保持原來的編碼輸出。 數據處理層以主控單元(MCU，Main Control Unit)和通信存儲器為設計核心。MCU是控制器的核心，對接收的主幀進行分析，判斷是從通信存儲器相應端口取出應答從幀并發(fā)送，還是準備接收從幀并存入通信存儲器。通信存儲器存儲設備的通信數據，合適的地址分配能簡化MCU的控制程序，論文固定了通信存儲器端口大小使MCU可以根據一個固定的公式進行端口的遍歷從而簡化了MCU程序的復雜度。數據在傳輸中由于受到干擾和沖突等問題而出現錯誤，論文采用循環(huán)冗余檢驗碼結合偶檢驗擴展來對傳輸數據進行差錯控制。 最后，使用FPGA和硬件描述語言Verilog HDL開發(fā)出了MVB一類設備。目前該一類設備已運用在SS4G電力機車的制動控制單元(BCU．Brake Control Unit)中并在鐵道科學研究院通過了TCN通信測試。一類設備的成功研制為列車通信網中總線管理器等高類設備的開發(fā)奠定了堅實的基礎。
上傳時間： 2013-07-27
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