本文針對應用于軍用直升機上的Doppler/SINS組合導航系統對導航計算機高精度、高性能的要求，設計出一種基于DSP(TMS320C6713)和FPGA(Spartan-3E XC3S500E) 協同合作的機載導航計算機系統。在分析Doppler/SINS組合導航系統模型的特點和系統對導航計算機的需求后，提出了基于DSP和FPGA的機載導航計算機整體設計方案，該方案采用DSP負責導航解算，利用FPGA強大的內部資源擴展系統的通信接口，完成外圍通信模塊控制信號的整合。在導航計算機整體設計方案，包括硬件設計方案和軟件設計方案確立的基礎上，首先對 DSP和FPGA芯片進行選型，其次對實現各個功能模塊的關鍵技術進行研究和開發，包括基于FPGA的數據通信模塊、基于DSP的處理器模塊以及數據存儲模塊，開發過程中做了大量的仿真和驗證，最后對系統進行綜合測試和聯調，并進行了地面跑車實驗。實驗結果證明：系統能夠實時采集IMU角速率和加速度、Doppler雷達的速度等信息，能夠對IMU、Doppler、GPS、航姿系統、高度表等信息進行導航解算，生成當前位置、姿態等導航數據，并能夠完成與機載電子設備間的數據通信與控制。多次的聯調和跑車實驗結果證明，機載導航計算機達到了預期設計的目的，可以有效提高導航系統的運算精度，實現了高性能、小體積、低成本的要求，系統具有較高的應用價值。關鍵詞：Doppler/SINS組合導航，導航計算機，DSP,FPGA
上傳時間： 2013-07-25
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隨著GPS(Global Positioning System)技術的不斷發展和成熟，其全球性、全天候、低成本等特點使得GPS接收機的用戶數量大幅度增加，應用領域越來越廣。但由于定位過程中各種誤差源的存在，單機定位精度受到影響。目前常從兩個方面考慮減小誤差提高精度：①用高精度相位天線、差分技術等通過提高硬件成本獲取高精度；②針對誤差源用濾波算法從軟件方面實現精度提高。兩種方法中，后者相對于前者在滿足精度要求的前提下節約成本，而且便于系統融合，是應用于GPS定位的系統中更有前景的方法。但由于在系統中實現定位濾波算法需要時間，傳統CPU往往不能滿足實時性的要求，而FPGA以其快速并行計算越來越受到青睞。 本文在FPGA平臺上，根據“先時序后電路”的設計思想，由同步沒計方法以及自頂向下和自下而上的混合設計方法實現系統的總體設計。從GPS-OEM板輸出的定位信息的接收到定位結果的坐標變換，最終到kalman濾波遞推計算減小定位誤差，實現實時、快速、高精度的GPS定位信息采集處理系統，為GPS定位數據的處理方法做了新的嘗試，為基于FPGA的GPS嵌入式系統的開發奠定了基礎。具體工作如下： 基于FPGA設計了GPS定位數據的正確接收和顯示，以及經緯度到平面坐標的投影變換。根掘GPS輸出信息標準和格式，通過串口接收模塊實現串口數掘的接收和經緯度信息提取，并通過LCD實時顯示。在提取信息的同時將數據格式由ASCⅡ碼轉變為十進制整數型，實現利用移位和加法運算達到代替乘法運算的效果，從而減少資源的利用率。在坐標轉換過程中，利用查找表的方法查找轉化時需要的各個參數值，并將該參數先轉為雙精度浮點小數，再進行坐標轉換。根據高斯轉化公式的規律將公式簡化成只涉及加法和乘法運算，以此簡化公式運算量，達到節省資源的目的。 卡爾曼濾波器的實現。首先分析了影響定位精度的各種誤差因素，將各種誤差因素視為一階馬爾科夫過程的總誤差，建立了系統狀態方程、觀測方程和濾波方程，并基于分散濾波的思想進行卡爾曼濾波設計，并通過Matlab進行仿真。結果表明，本文設計的卡爾曼濾波器收斂性好，定位精度高、估計誤差小。在仿真基礎上，實現基于FPGA的卡爾曼濾波計算。在滿足實時性的基礎上，通過IP核、模塊的分時復用和樹狀結構節省資源，實現數據卡爾曼濾波，達到提高數據精度的效果。 設計中以Xilinx公司的Virtex-5系列的XC5VLX110-FF676為硬件平臺，采用Verilog HDL硬件描述語言實現，利用Xilinx公司的ISE10.1工具布局布線，一共使用44438個邏輯資源，時鐘頻率達到100MHZ以上，滿足實時性信號處理要求，在保證精度的前提下達到資源最優。Modelsim仿真驗證了該設計的正確性。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著電子技術的快速發展，計算機的性能得到了極大的提高，使得利用計算機實現人類的視覺功能成為目前計算機領域中最熱門的課題之一。基于視頻的目標檢測與跟蹤技術是計算機視覺領域中最主要的研究方向之一，它是智能監控、人機交互、移動機器人視覺導航、工業機器人手眼系統等應用的基礎和關鍵技術。在科學研究和工程應用上都有十分誘人的前景。 論文提出了以FPGA為核心的思想，設計出一套應用于背景靜止視頻序列的動態目標檢測與跟蹤系統。通過位置固定的攝像頭監控某一區域，分析攝像頭采集到的動態視頻序列，計算出目標的運動參數。與傳統的基于PC機的視頻動態目標跟蹤系統相比，適應了目標跟蹤系統對圖像處理速度的實時性與數據帶寬越來越高的要求，同時成本較低、設計更靈活，而且硬件重構性好、處理速度快、系統易于升級。 論文的主要工作包括：構建目運動標跟蹤系統軟件平臺和硬件平臺。應用MATLAB對目標檢測算法進行仿真分析比較。采用Synplifty Pro、ModelSim和TimingDesigner等各種EDA軟件工具對系統中各個層次的模塊進行時序設計、代碼編寫、仿真驗證等。最后使用QuartusⅡ將整個系統工程文件綜合、布局布線。在察看時序報告無誤后，將系統配置文件下載至FPGA開發板中。 實現結果表明：所設計的系統能很好地工作在FPGA中，實現了設計要求，為視覺智能監控打下基礎。
上傳時間： 2013-08-05
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基于FPGA的實時視頻采集與遠程傳輸系統的研究
上傳時間： 2013-04-24
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可配置端口電路是FPGA芯片與外圍電路連接關鍵的樞紐，它有諸多功能：芯片與芯片在數據上的傳遞(包括對輸入信號的采集和輸出信號輸出)，電壓之間的轉換，對外圍芯片的驅動，完成對芯片的測試功能以及對芯片電路保護等。 本文采用了自頂向下和自下向上的設計方法，依據可配置端口電路能實現的功能和工作原理，運用Cadence的設計軟件，結合華潤上華0.5μm的工藝庫，設計了一款性能、時序、功耗在整體上不亞于xilinx4006e[8]的端口電路。主要研究以下幾個方面的內容： 1.基于端口電路信號寄存器的采集和輸出方式，本論文設計的端口電路可以通過配置將它設置成單沿或者雙沿的觸發方式[7]，并完成了Verilog XL和Hspiee的功能和時序仿真，且建立時間小于5ns和保持時間在0ns左右。和xilinx4006e[8]相比較滿足設計的要求。 2.基于TAP Controller的工作原理及它對16種狀態機轉換的控制，對16種狀態機的轉換完成了行為級描述和實現了捕獲、移位、輸出、更新等主要功能仿真。 3.基于邊界掃描電路是對觸發器級聯的構架這一特點，設計了一款邊界掃描電路，并運用Verilog XL和Hspiee對它進行了功能和時序的仿真。達到對芯片電路測試設計的要求。 4.對于端口電路來講，有時需要將從CLB中的輸出數據實現異或、同或、與以及或的功能，為此本文采用二次函數輸出的電路結構來實現以上的功能，并運用Verilog XL和Hspiee對它進行了功能和時序的仿真。滿足設計要求。 5.對于0.5μm的工藝而言，輸入端口的電壓通常是3.3V和5V，為此根據設置不同的上、下MOS管尺寸來調整電路的中點電壓，將端口電路設計成3.3V和5V兼容的電路，通過仿真性能上已完全達到這一要求。此外，在輸入端口處加上擴散電阻R和電容C組成噪聲濾波電路，這個電路能有效地抑制加到輸入端上的白噪聲型噪聲電壓[2]。 6.在噪聲和延時不影響電路正常工作的范圍內，具有三態控制和驅動大負載的功能。通過對管子尺寸的大小設置和驅動大小的仿真表明：在實現TTL高電平輸出時，最大的驅動電流達到170mA，而對應的xilinx4006e的TTL高電平最大驅動電流為140mA[8]；同樣，在實現CMOS高電平最大驅動電流達到200mA,而xilinx4006e的CMOS驅動電流達到170[8]mA。 7.與xilinx4006e端口電路相比，在延時和面積以及功耗略大的情況下，本論文研究設計的端口電路增加了雙沿觸發、將輸出數據實現二次函數的輸出方式、通過添加譯碼器將配置端口的數目減少的新的功能，且驅動能力更加強大。
上傳時間： 2013-06-03
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本文針對由FPGA構成的高速數據采集系統數據處理能力弱的問題，提出FPGA與單片機實現數據串行通信的解決方
上傳時間： 2013-04-24
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基于嵌入式技術的遠程監控系統可以達到動態、無死角的監控目的，可以對一些特殊環境進行遠程監視和控制，且不受濕度、溫度等條件的影響，廣泛應用于軍事、交通、智能家居、醫療監護等多個領域。可以解決傳統監控系統將圖像采集設備固定在一個地方而使監控范圍有限，適用場合少等弊端。 本文設計了一款基于ARM和FPGA的遠程監控系統。首先在對遠程監控系統功能分析的基礎上，設計了以ARM為主控制器和FPGA為輔助控制器的硬件電路，采用ARM芯片控制圖像采集、速度采集、網絡傳輸等干擾小的模塊，采用FPGA芯片控制電機驅動、舵機驅動、電池監控等干擾大的模塊，大大提高了系統的穩定性；其次設計了基于WinCE操作系統的圖像采集、GPIO、PWM、外中斷EINT-19的流接口驅動程序；同時設計了基于WinCE操作系統的圖像采集及壓縮、網絡通信、車模速度采集的應用程序；FPGA內部邏輯電路采用Verilog語言完成電源監控、舵機控制、直流電機控制等功能。 本系統集圖像采集和壓縮、運動控制、網絡傳輸于一體。其圖像采集速度達30幀/秒，圖像分辨率達640x480，JPEG壓縮比達10：1，控制命令響應時間為1s，網絡傳輸速率達10Mbps。其功能擴展容易，功耗低，體積小，抗干擾能力強，具有很好的市場前景。
上傳時間： 2013-06-18
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· 摘要： 為了實現視頻圖像的實時處理,采用基于DSP+FPGA的線性流水陣列結構,用現場可編程門陣列FPGA對采集的視頻數字圖像做預處理,并結合大規模可編程邏輯陣列CPLD進行邏輯控制,實現了視頻圖像的采集和目標提取的視頻數字圖像處理系統.介紹了該視頻圖像處理系統的硬件組成、工作原理和各種視頻跟蹤算法的應用.該系統與計算機聯結,配以適當的圖像處理軟件和開發系統,即可形成一個通
上傳時間： 2013-06-17
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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。
上傳時間： 2013-04-24
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圖像處理技術應用越來越廣泛，特別是工業檢測領域。然而，圖像處理技術應用的基礎是圖像的獲取，為了更加靈活地設計各種應用產品，本課題研究基于FPGA的面陣 CCD驅動傳輸電路設計，利用該電路能夠獲取高質量、高分辨率的圖像，為后續的圖像處理技術應用打下基礎。本文首先介紹了研究意義、CCD圖像傳感器的發展以及FPGA的產生與發展，接著提出了面陣CCD成像系統總體設計方案，然后針對關鍵電路的設計進行詳盡的分析和說明，這些電路包括時序發生電路、存儲器控制電路、USB接口電路以及電源調理電路。其中時序發生電路主要用于產生CCD正常工作所需的各種時序信號以及A/D變換芯片AD9824 所需的工作時序，這些時序都是由FPGA產生的，文中給出了FPGA邏輯設計的基本過程以及仿真波形。本系統采用SDRAM緩存圖像信號，為了完成SDRAM的寫入、讀出以及定時刷新，利用FPGA生成存儲器控制電路。系統采用USB接口與計算機通信，因此FPGA 中設計了相應邏輯電路與CY7C68013A USB接口芯片實現信號握手及數據通信，進而與 PC機通信。為了保證各個芯片正常工作，設計電源調理電路實現將輸入5V電源轉換成多種電壓向各個芯片供電。經過初步調試，并根據仿真結果判斷驅動傳輸電路基本達到設計要求。關鍵詞：FPGA，CCD，A/D變換，SDRAM，USB，驅動時序
上傳時間： 2013-04-24
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