USB(UniversalSerialBus，通用串行總線)作為一種新興的計算機外設總線標準，由于它有使用方便、真正的熱插拔、高性能和系統造價低廉等優點，其迅速得到了大規模的應用。同時，隨著電子技術的不斷發展與進步，基于EDA技術的芯片設計正在成為電子系統設計的主流。 本文首先簡述了USB協議；然后給出了基于USB、FPGA和51單片機通用的數字信號處理實驗平臺方案；接著詳細討論了串行AD、串行DA與FPGA，存儲器與FPGA，51與FPGA，PDIUSBD12與51等硬件模塊的設計；并對相應模塊分別進行基于VHDL和C51的軟件設計；最后討論了USB驅動程序和相關動態連接庫的使用以及應用程序的開發。 該通用的數字信號處理實驗平臺不僅可以進行完成AD采集數據、DA輸出、USB與PC機通信實驗，也還可以進行一些復雜的數字信號處理實驗，如濾波和譜分析等。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來微光、紅外、X光圖像傳感器在軍事、科研、工農業生產、醫療衛生等領域的應用越來越為廣泛，但由于這些成像器件自身的物理缺陷，視覺效果很不理想，往往需要對圖像進行適當的處理，以得到適合人眼觀察或機器識別的圖像。因此，市場急需大量高效的實時圖像處理器能夠在傳感器后端對這類圖像進行處理。而FPGA的出現，恰恰解決了這個問題。 近十年來，隨著FPGA(現場可編程門陣列)技術的突飛猛進，FPGA也逐漸進入數字信號處理領域，尤其在實時圖像處理方面。Xilinx的研究表明，在2000年主要用于DSP應用的FPGA的發貨量，增長了50％；而常規的DSP大約增長了40％。由于FPGA可無比擬的并行處理能力，使得FPGA在圖像處理領域的應用持續上升，國內外，越來越多的實時圖像處理應用都轉向了FPGA平臺。與PDSP相比，FPGA將在未來統治更多前端(如傳感器)應用，而PDSP將會側重于復雜算法的應用領域。可以說，FPGA是數字信號處理的一次重大變革。 算法是圖像處理應用的靈魂，是硬件得以發揮其強大功能的根本。”共軛變換”圖像處理方法是一種新型的圖像處理算法，由鄭智捷博士上個世紀90年代初提出。這種算法使用基元形狀(meta-shape)技術，而這種技術的特征正好具備幾何與拓撲的雙重特性，使得大量不同的基于形態的灰度圖像處理濾波器可用這種方法實現。該種算法在空域進行圖像處理，無需進行大量復雜的算術運算，算法簡單、快速、高效，易于硬件實現。通過十多年來的實驗與實踐證明，在微光圖像，紅外圖像，X光圖像處理領域，”共軛變換”圖像處理方法確實有其獨特的優異性能。本篇論文就針對”共軛變換”圖像處理方法在微光圖像處理領域的應用，就如何在FPGA上實現”共軛變換”圖像處理方法展開研究。首先在Matlab環境下，對常用的圖像增強算法和”共軛變換”圖像處理方法進行了比較，并且在設計制作“FPGA視頻處理開發平臺”的基礎上，用VHDL實現了”共軛變換”圖像處理方法的基本內核并進行了算法的硬件實現與效果驗證。此外，本文還詳細地討論了視頻流的采集及其編碼解碼問題以及I2C總線的FPGA實現。
上傳時間： 2013-04-24
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本文研究特種LCD的圖像處理方法和FPGA實現方案，并研制出基于FPGA的若干實際應用系統，有效地解決目前存在的問題。本文主要研究內容為： (1)給出一種基于彩色空間變換的色彩調整方法，在YCrCb空間內實現亮度和色度分離，避免了RGB空間兩者同時變化造成偏色和失真的現象，并在FPGA內采用流水線結構改進3階矩陣運算的邏輯結構，節省出2/3的邏輯資源，提高了模塊的最高運行速度。 (2)研究利用FPGA實現圖像實時縮放處理的方法，選擇能夠滿足特種LCD要求的雙線性插值法作為研究對象，實時計算插值系數dx和dy，并采用流水線結構進行插值計算，僅使用FPGA中的3個雙端口RAM來緩沖圖像數據，沒有外擴大容量幀存儲器，降低了成本，提高特種LCD的系統兼容性。 (3)設計一種針對特種LCD更為簡捷、有效的隔行轉逐行掃描的實現方案，即利用圖像實時縮放的方法，把一場圖像縮放到LCD的分辨率，實現復合視頻圖像在LCD的“滿屏”顯示，改善現有特種LCD在顯示隔行掃描的復合視頻信號時，遇到圖像信息丟失或顯示效果不佳的問題。 (4)設計出一種基于字符和位圖的數字OSD控制核，合理使用分布式RAM和塊RAM兩種邏輯資源來存儲字符和位圖信息，OSD圖像由數字邏輯自動合成，編程簡單靈活，使特種LCD的參數調整更加方便。 (5)研制成功基于FPGA的特種LCD顯示控制板，能顯示三種分辨率640×480，800×600，1024×768的圖像信號；支持寬范圍的亮度、對比度、顯示位置等參數的實時調整，并提供全功能的透明OSD菜單進行指示。 (6)研制成功基于FPGA的特種LCD圖像調節板，用于對某型號機載特種LCD進行改造，增加寬范圍的亮度、對比度、圖像顯示位置的實時調整功能，提供無信號輸入檢測與OSD指示功能，提高圖像顯示的性能，通過了環境溫度試驗與性能測試，并已裝機。 (7)研制成功基于DSP和FPGA的圖像采集顯示板，實現了對全分辨率復合視頻信號進行25幀/秒的實時采集和顯示，在DSP內使用“三幀”輪換的圖像數據緩沖方法提高了系統的實時處理能力，使之能夠完成一定復雜度的實時圖像處理。
上傳時間： 2013-06-12
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在合成孔徑雷達的研究和研制工作中，合成孔徑雷達模擬技術具有十分重要的作用。本文以440MHz帶寬線性調頻信號，采樣頻率500MHz高分辨合成孔徑雷達視頻模擬器為研究對象。首先對模擬器的幾項主要技術進行分析，在對點目標回波信號模型分析研究的基礎上，對點目標原始回波數據進行模擬并做了成像驗證，從而為硬件實現提供了正確的信號模型；針對傳統的“波形存儲直讀法”方案，即在計算機平臺上用模擬軟件產生原始回波數據并存儲，再通過計算機接口實現數據傳輸，最后完成數模轉換產生視頻信號這一過程，分析指出該方案在實現高分辨率時的速度和容量瓶頸。 針對具體的設計要求，圍繞速度和容量問題，本文著眼于高分辨率SAR模擬器的FPGA實現研究，指出FPGA實時生成點目標原始回波數據是其實現的核心；針對這一核心問題，充分利用現代VLSI設計中的流水線技術與并行陣列技術以及FPGA的優良性能和豐富資源，在時間上采用同步流水結構、空間上采用并行陣列形式，將速度和容量問題統一為數據的高速生成問題；給出了系統總體設計思想，該方案不需要大容量存儲器單元，大大減少模擬器復雜度；對原始回波數據實時生成模塊的各主要單元給出了結構并進行了仿真，結果表明FPGA可以滿足課題設計要求；同時，對該模擬器片上系統的實現、增強人機交互性，給出了人機界面的設計思路。 分析指出了點目標原始回波數據實時生成模塊通過并行擴展即可實現多點目標的原始回波數據實時生成；最后對復雜場景目標模擬器的實現進行了構思，指出了傳統方案在改進的基礎上實現高分辨率視頻模擬器的可行性。本文首次提出以FPGA實現高分辨率合成孔徑雷達原始回波數據實時生成的思想，為國內業界在此方向做了一些理論和實踐上的有益探索，對于國內高分辨率合成孔徑雷達的研制具有一定的實際意義。
上傳時間： 2013-05-26
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隨著圖像處理和模式識別技術的進步，基于生物特征的識別技術成為蓬勃發展的高技術之一，根據IBG(InternationalBiometricGroup)組織對生物特征市場的統計和預測，該領域的收入的年增長率30-50％，到2008年，全球總收入將達到46.39億美元。而基于指紋特征的識別技術由于其獨特的可靠性，穩定性，方便快捷的特點，恰好符合了市場的需求。目前指紋識別技術是生物識別領域中應用最廣泛的識別技術，也是研究與應用的一個熱點。 SOPC片上可編程系統和嵌入式系統是當前電子設計領域中最熱門的概念。NiosⅡ是Altera公司開發的一種采用流水線技術、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入FPGA內部，與用戶自定義邏輯結合構成一個基于FPGA的片上系統。與嵌入式硬核相比較，嵌入式軟核具有更大的靈活性。而FPGA的高速性、恰恰滿足了指紋識別系統對速度的要求。 本文對指紋識別技術中各個環節的算法進行了較為深入的研究，結合NiosⅡ嵌入式處理器的特點，對算法進行了合理的選擇與優化，形成了一套完整的指紋識別算法，并提出了一種基于FPGA的指紋識別系統硬件設計方案。 論文的內容主要包括以下幾個方面： 1、對指紋圖像預處理、后處理和匹配算法進行了改進，提高了算法的性能；設計了一種適用于快速匹配的指紋特征數據結構；提出了一套基于特征點匹配的指紋識別算法。實驗結果表明該算法速度快、誤識率較低、可靠性較高，可以滿足實用的要求。 2、本著增加系統集成度、減小系統體積、提高便攜性、降低功耗和成本，同時提升系統的性能的原則，使用Altera公司提供的外圍設備IP核配合NiosⅡ處理器軟核搭建了一個單片嵌入式系統，然后以內嵌NiosⅡ軟核的FPGA和FPS200指紋采集器為核心芯片，外配片外RAM和Flash存儲器以及小鍵盤和LCD顯示屏等器件，設計了一個便攜式指紋識別系統，提出了一套基于FPGA的硬件設計方案。 3、利用NiosⅡ開發板對硬件設計方案進行了初步的驗證，實現了指紋采集芯片FPS200與FPGA的接口，并進行了算法的移植。 實驗結果表明本文所提出的系統設計方案是可行的。基于FPGA的自動指紋識別系統在速度、功耗、體積、擴展性方面有著獨特的優勢，具有廣闊的發展空間。最后提出了對這一設計繼續改進的思路和下一步研究的內容。
上傳時間： 2013-06-07
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本文結合工程需要詳細論述了一種數字相位計的實現方法，該方法是基于FPGA(現場可編程門陣列)芯片運用FFT(快速傅立葉變換)算法完成的。首先，從相位測量的原理出發，分析了傳統相位計的缺點，給出了一種高可靠性的相位檢測實用算法，其算法核心是對采集信號進行FFT變換，通過頻譜分析，實現對參考信號和測量信號初相位的檢測，并同時闡述了FPGA在實現數字相位計核心FFT算法中的優勢。在優化的硬件結構中，利用多個乘法器并行運算的方式加快了蝶形運算單元的運算速度；內置雙端口RAM、旋轉因子ROM使數據存儲的速度得到提高；采用了流水線的工作方式使數據的存儲、運算在時間上達到匹配。整個設計采用VHDL(超高速硬件描述語言)語言作為系統內部硬件結構的描述手段，在Altera的QuartusⅡ軟件支持下完成。仿真結果表明，基于FPGA實現的FFT算法無論在速度和精度上都滿足了相位測量的需要，其運算64點數據僅需27.5us，最大誤差在1％之內。
上傳時間： 2013-06-04
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微處理器技術、傳感器技術和無線通信技術的進步，推動了無線數據采集系統的產生和發展。數據采集技術廣泛應用于雷達、通信、遙感遙測等領域。在各種信息的獲取中，對高速數據采集的需求非常廣泛。隨著測控技術的發展，對數據采集系統的智能化和網絡化水平也提出了更高的要求。并且由于通訊網絡的飛速發展，移動通信與實際應用的結合使得各種基于GPRS網絡的無線數據傳輸系統成為當前遠距離無線通訊領域最為廣泛的應用。本課題將廣泛應用的嵌入式控制器引入到數據采集系統設計中，并結合GPRS優秀的網絡特性，實現了一個低功耗、智能化、網絡化、軟硬件可根據具體測量任務適當裁減的無線高速數據采集平臺。 本設計采用32位ARM處理器S3C2410為核心器件，配以FPGA+DDRSDRAM高速數據采集模塊，GPRS數據通信模塊，在Linux嵌入式操作系統和應用軟件的支持下，實現了數字化高速采集，數字化無線數據網絡傳輸的現場數據采集系統。該平臺采集的現場數據主要為各種傳感器輸出的電壓模擬量。前端數據采集模塊的FPGA控制高速AD轉換器將輸入的模擬量信號采集后，存儲在由DDRSDRAM構成的大容量緩存中，再經過嵌入式系統中的微控制器進行各種處理，然后將處理結果保存在ARM系統的SDRAM內存，最后通過在ARM系統模塊擴展的GPRS模塊，將采集到的數據通過GPRS網絡發送出去。 IAnux由于其代碼開放性以及強大的網絡功能等特點，在許多的嵌入式網絡設備中有著廣泛應用，與其他的嵌入式操作系統相比，具有著更多的優勢。因此本課題將其作為硬件平臺的操作系統。基于ARM的嵌入式數據采集與處理系統結構清晰、通用性好、可擴展性強，可為各種嵌入式應用提供一套完整的硬、軟件解決方案，在工業測量與控制領域具有較為廣闊的應用前景。
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。關鍵詞：winCE；S3C2440A；FPGA；遠程監控；流接口驅動
上傳時間： 2013-04-24
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VLSI(超大規模集成電路)的快速發展，使得FPGA技術得到了迅猛發展，FPGA的快速發展又為實時圖像處理在算法、系統結構上帶來了新的方法和思路，全景圖像處理是實時圖像處理中一個嶄新的領域，其在視頻監視領域內有廣泛的應用前景。 本文首先介紹了全景圖像處理的發展狀況，課題的主要背景、國內外發展現狀、課題的研究意義、課題的來源和本文的主要研究工作及論文組織結構。然后在第二章中介紹了FPGA的發展，FPGA/CPLD的特點，并介紹了Cyclone Ⅱ系列FPGA的硬件結構，硬件描述語言，開發工具Quartus Ⅱ以及FPGA開發的一般原則。 文章的重點放在了電路板的設計部分，也就是本文的第三章。在介紹電路設計部分之前首先介紹一些高速數字電路設計中的一些概念、高速數字電路設計中常見問題，并對常見問題給出了一般解決方法。 在FPGA電路板設計部分中，對FPGA電路的設計過程作了詳細的說明，其中著重介紹了采用了FBGA封裝的EP2C35芯片的電路設計要點，多層電路板設計要點，FPGA供電管腳的處理注意事項，FPGA芯片中PLL模塊的設計以及FPGA的配置方法，并給出了作者的設計思路。FPGA供電電源也是電路板設計的要點所在，文章中也著重對其進行了介紹，提及了FPGA電源設計指標要求及電壓功耗估計，并根據現有的FPGA電源解決方案提出了設計思路和方法。同時文章中對FPGA芯片外圍器件電路包括圖像采集顯示芯片電路、圖像存儲電路、USB2.0接口電路的設計做了相應的介紹。最終目的就是為基于FPGA的全景圖象處理搭建一個穩定運行的平臺。 在第四章中介紹了IC總線控制器的狀態機圖及信號說明和相應的仿真圖。 文章最后給出了FPGA硬件電路的調試結果，驗證了設計目的，為進一步的工作打下了良好的基礎。
上傳時間： 2013-04-24
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音頻管理組件(Audio Management Unit，AMU)是先進客艙娛樂與服務系統(Advanced Cabin Entertainment Service System，ACESS)的組成部分，應用于飛機上音頻資源的管理與控制。飛機運營對航空機載電子系統準確性、復雜性和安全性的高要求，使得其維修維護工作極大地依賴于自動測試設備(Automatic Testing Equipment，ATE)。本課題來源于實際工程項目， FPGA技術具備多種優點，將其與民航測試設備結合研制一個用于檢測AMU故障的自動測試系統，該系統將對AMU自動完成部件維修手冊(Comvonent Maintenance Manual，CMM)所規定的全部功能、性能方面的綜合測試。 本文首先概述音頻管理組件、自動測試系統及其在民航領域的應用，并闡述了課題的背景、研究目標和相關技術要求；文章對可編程邏輯器件CPLD/FPGA的結構原理、硬件描述語言VHDL的特點以及MAXL+plusⅡ軟件的設計流程進行了說明，重點闡述了基于FPGA的DDS信號發生器以及數據采集卡的設計實現、并著重闡述了ARINC429總線的傳輸規范，和基于FPGA的ARINC429總線接口的設計與實現。在ARINC429接口設計中采用自頂向下，多層次系統設計的方法，用VHDL語言進行描述。在發送器中利用了FPGA內部的分布式RAM創建異步FIFO，節約了FPGA的內部資源和提高了數據傳輸速度；在接收器中采用了提高抗干擾性的優化設計。測試結果表明基于FPGA的設計實現ARINC429總線數據通信的要求，使用方便，可靠性好，能夠克服HS-3282芯片中的數據格式固定，使用不夠靈活方便，價格昂貴的缺點。
上傳時間： 2013-08-06
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