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基于FPGA的8位增強型CPU設計與驗證

隨著信息技術的發展，系統級芯片SoC(System on a Chip)成為集成電路發展的主流。SoC技術以其成本低、功耗小、集成度高的優勢正廣泛地應用于嵌入式系統中。通過對8位增強型CPU內核的研究及其在FPGA(Field Programmable Gate Arrav)上的實現，對SoC設計作了初步研究。在對Intel MCS-8051的匯編指令集進行了深入地分析的基礎上，按照至頂向下的模塊化的高層次設計流程，對8位CPU進行了頂層功能和結構的定義與劃分，并逐步細化了各個層次的模塊設計，建立了具有CPU及定時器，中斷，串行等外部接口的模型。利用5種尋址方式完成了8位CPU的數據通路的設計規劃。利用有限狀態機及微程序的思想完成了控制通路的各個層次模塊的設計規劃。利用組合電路與時序電路相結合的思想完成了定時器，中斷以及串行接口的規劃。采用邊沿觸發使得一個機器周期對應一個時鐘周期，執行效率提高。使用硬件描述語言實現了各個模塊的設計。借助EDA工具ISE集成開發環境完成了各個模塊的編程、調試和面向FPGA的布局布線；在Synplify pro綜合工具中完成了綜合；使用Modelsim SE仿真工具對其進行了完整的功能仿真和時序仿真。設計了一個通用的擴展接口控制器對原有的8位處理器進行擴展，加入高速DI，DO以及SPI接口，增強了8位處理器的功能，可以用于現有單片機進行升級和擴展。本設計的CPU全面兼容MCS-51匯編指令集全部的111條指令，在時鐘頻率和指令的執行效率指標上均優于傳統的MCS-51內核。本設計以硬件描述語言代碼形式存在可與任何綜合庫、工藝庫以及FPGA結合開發出用戶需要的固核和硬核，可讀性好，易于擴展使用，易于升級，比較有實用價值。本設計通過FPGA驗證。

標簽： FPGA CPU 8位增強型

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：jlyaccounts
基于ARM的嵌入式溫度控制系統的設計

溫度的測量和控制在工業生產中有廣泛的應用，尤其在石油、化工、電力、冶金等工業領域中，對溫度的測量和監控是非常重要的一個環節，溫度參數是工業控制中的一項重要的指標。本文主要研究了基于ARM9架構的嵌入式Linux系統在工業領域中各種爐溫控制場合中的應用。目前控制方案主要是采用傳統的PLC和單片機進行控制。PLC主要是針對單項工程或者重復數極少的項目，靈活性相對不足，并且體積大，成本相對較高；而單片機主要用于小型設備的控制，具有成本低，功耗低，效率高的特點，但可移植性較差。為了適應信息產業的發展，新技術革新以及產業的專業化現代化的發展，本文針對PLC和單片機控制的優缺點和應用場合提出了采用ARM9嵌入式微控制器AT91RM9200和Linux操作系統相結合的嵌入式溫度控制系統，具有系統擴展性強、可靠性高、響應速度快、體積小等特點，為用戶提供了一種新型的控制方案。本文首先論述了嵌入式操作系統的組成，接著設計了溫度控制系統的硬件系統，主要包括CPU模塊、模擬電路模塊、存儲模塊和通信模塊四個部分：在對溫度控制系統的軟件部分的設計中，主要是針對Boot-Loader的移植、Linux內核移植、根文件系統的定制、驅動程序的編寫和應用程序的編寫五部分進行設計。系統功能主要是循環采集AD通道數據，上傳AD數據到服務器，接收服務器下發的控制數據包，記錄日志等。通過在線運行測試，該系統穩定可靠，采集和控制效果良好，可有效降低了生產成本和工人的勞動強度，為安全生產提供保證。

標簽： ARM 嵌入式溫度控制系統

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：ma1301115706
基于ARM和Linux的半自動生化分析儀的研究與設計

生化分析儀是醫療機構進行臨床診斷所必須的儀器之一。它通過對血液等人體體液的分析來測定諸如葡萄糖、膽固醇等生化指標，這些常規生化指標可以幫助醫生診斷疾病。生化分析儀在臨床診斷和化學檢驗中具有重要作用。目前的半自動生化分析儀多以8位單片機為中央處理器，限制了儀器的性能。本文將嵌入式技術應用于生化分析儀的研制當中，選用了32位的ARM9處理器$3C2410A，嵌入Linux操作系統，搭建ARM+Linux的平臺，設計了智能型半自動生化分析儀。本文介紹了生化分析儀的原理——朗伯．比爾定律及其核心部件——光電比色計。對半自動生化分析儀的整體架構進行了說明。半自動生化分析儀硬件結構上由電源、時鐘、復位電路，存儲器系統，液路控制系統，光路控制系統，恒溫控制系統(包括溫度測量和溫度控制)，數據采集系統，人機交互系統(包括鍵盤、觸摸屏、液晶顯示器LCD和微型打印機)和其他一些接口等組成，對于這些外圍硬件模塊本文給出了詳細設計。在半自動生化分析儀軟件設計方面，本文詳細介紹了交叉編譯調試環境的建立，引導裝載程序U-Boot的移植，Linux內核的裁減與移植，設備驅動程序的設計，文件系統的建立與移植，應用程序的編寫與移植。本生化分析儀的功能包括MiniGUI圖形用戶界面、運動控制、溫度控制、數據處理、打印功能及SQLite數據庫管理等。該新型半自動生化分析儀使用方便，性價比高，適用于國內的中小型醫療機構。

標簽： Linux ARM 半自動生化分析儀

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：ca05991270
LDPC碼編碼器FPGA實現研究

LDPC(低密度奇偶校驗碼)編碼是提高通信質量和數據傳輸速率的關鍵技術。LDPC碼應用于實際通信系統是本課題的研究重點。實際通信要求在LDPC碼長盡量短、碼率盡量高及硬件可實現的前提下，結合連續相位MSK調制，滿足歸一化信噪比SNR=2dB時，系統誤碼率低于10-4。根據課題背景，本文主要研究基于FPGA的LDPC編碼器設計與實現。 LDPC碼的編碼復雜度往往與其幀長的平方成正比，編碼復雜度大，成為編碼硬件實現的一個障礙；論文針對實際系統的預期指標，通過對多種矩陣構造算法的預選方案及影響LDPC碼性能參數仿真分析，基于1/2碼率，1024和2048兩種幀長，設計了三種編碼器的備選方案，分別為直接下三角編碼器，串行準循環編碼器和二階準循環編碼器。對于每種編碼器，分別設計了其整體結構，并對每種編碼器的功能模塊進行深入研究，設計完成后利用第3方軟件MODELSIM對編碼器進行了時序仿真；根據時序仿真結果和綜合報告對三種編碼方案進行比較，最終選擇串行準循環編碼器作為硬件實現的編碼方案。最后，在FPGA中硬件實現了串行準循環編碼器并對其進行測試，利用MATLAB仿真程序和串口通信工具最終驗證了這種編碼器的正確性和硬件可實現性。

標簽： LDPC FPGA 編碼器實現研究

上傳時間： 2013-08-02

上傳用戶：林魚2016
TTC側音測距關鍵技術研究及FPGA實現

航天測控通信網是航天工程的重要組成部分。迄今為止，我國已建成“C頻段測控網”，及正在建設的“S頻段測控網”和“TDRSS測控網”。測距單元是測控系統基帶設備中的重要功能單元，為航天飛行器提供定位元素。目前，在航天測距系統中側音測距技術具有最高的測距精度。本文以中國電子科技集團第十研究所某項目為背景，對側音測距系統中的關鍵技術進行了詳細的研究，提出了一些改進測距精度的方法，最后用FPGA實現了側音測距功能單元。本論文主要完成以下工作： 1)完成了直接數字頻率合成的雜散分析。采用嚴格的信號分析方法，運用離散傅立葉變換(DFT)和傅立葉變換(FT)，推導了理想狀態和相位截短條件下的DDS輸出頻譜的數學表達式，并利用systemview仿真軟件建立了DDS相位截短模型，通過仿真驗證了分析結論的正確性。 2)改進了TT&C系統中經典的FFT頻率引導算法，增加了頻譜對稱性分析，在實現頻率引導的同時完成了防載波頻率錯鎖的功能。 3)首次采用基于正交雙通道相關原理的數字相關相位估計法來實現次側音匹配和解模糊，降低了設備復雜度，提高了測距精度。針對低信噪比的情況，提出了基于平滑濾波的數據處理方法，提高了相位測量精度。對測距信道中加限幅器導致的測距信號信噪比惡化程度做了深入的理論分析。最后，分析了測距誤差，并對其中一些引起測距誤差的因素提出了改善方法。通過本論文的工作，成功的完成了TT&C側音測距終端的研制，系統現已通過測試，達到系統任務書的各項指標要求。

標簽： FPGA TTC 關鍵技術

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：assss
WiMAX接收機中AGC的算法研究和FPGA實現

用戶對寬帶無線接入業務、尤其是對于寬帶無線化以及移動化的需求日益增加,使無線寬帶接入技術WiMAX(World interoperability for Microwave Access,即全球微波接入互操作性技術)應運而生、迅猛發展,成為這兩年業界關注的焦點。除了通常的互聯網接入應用外,它還將在提供IPTV和VOIP等寬帶業務方面取得成功,它還有可能成為一種先進的4G蜂窩電話技術。WiMAX未來將進入蜂窩電話、筆記本電腦和機頂盒等應用中。本文在介紹WiMAX傳輸標準802.16d基礎上,詳細闡述了WiMAX接收機中信道解調芯片中的自動增益控制(Automatic Gain Control,AGC)部分。首先介紹了自動增益控制系統的基本組成和其主要特性指標,通過對一個步進式AGC的分析,得到AGC模型的輸出公式。然后針對WiMAX接收機內AGC系統中的模數轉換器以及AGC電路進行介紹和理論分析。本文采用SPW(Signal Processing WorkSystem)模型對AGC電路基本結構的算法分析,并結合仿真結果對AGC電路做了詳盡解說并對參數進行了解釋說明。最后給出了基于SPW和FPGA(Field Programmable Gate Array)驗證的結果。通過SPW對AGC進行了單獨的性能測試,并結合整個系統的性能測試來說明AGC可以和系統的其他模塊協同工作。在FPGA測試中,可以證明用Verilog實現后AGC也同樣能較好的工作。本文實現的基于導頻的步進式的數字AGC是針對WiMAX系統的自動增益控制電路提出的解決方案。此算法結合WiMAX系統的傳輸方式,提出的算法具有迅速鎖定信號的特點,能夠滿足WiMAX系統的要求。同時,由于各種關鍵參數設計為寄存器可配的方式,具有很好的靈活性,也就具有了更高的移植性,可以作為一種通用的數字AGC算法。

標簽： WiMAX FPGA AGC 接收

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：zhanditian
基于DSP和FPGA的CDMA多用戶檢測技術

隨著社會的進步及移動用戶的迅猛增長，第三代移動通信越來越受到各界的重視。多用戶檢測技術是第三代移動通信中重要的技術之一；常規CDMA接收機采用匹配濾波器的結構，但是這種結構的接收機并沒有考慮到信道中多址干擾的存在，使彼此間影響減少來提高系統容量；而功控的方法也沒有從接收信號中真正去除多址干擾，只能緩解這種矛盾，不能從根本上解決問題。要想真正消除干擾，大幅度提高系統容量，必須通過多址對消和多用戶檢測技術。本文首先介紹了CDMA的基本原理和多用戶檢測的基本原理。然后重點介紹和分析各種多用戶檢測的原理，然后依據多用戶檢測的四個技術指標對各種多用戶檢測的方法進行比較，從中選擇實現簡單，性能優越的解相關檢測器來作為實現的標的算法。然后，本文重點研究分析解相關檢測器的原理，給出了實現解相關檢測器的系統設計的流程，其中包括硬件電路的搭建和軟件實現的方法。硬件電路是基于DSP(TI公司的TMS320C5402)和FPGA(Altera公司的EP1K10Q208-3)來完成。軟件部分主要采用C語言來完成。本文系統研究了多用戶檢測技術，并實現了解相關算法，在理論研究和實際應用方面都有一定的價值。

標簽： CDMA FPGA DSP 多用

上傳時間： 2013-07-29

上傳用戶：anpa
諧波信號發生器的研究與設計

隨著頻率合成理論和高速大規模集成電路的發展，信號發生器作為一類重要的儀器，在通信、檢測、導航等領域有著廣泛的應用。特別是在高壓電力系統的檢測領域，常常需要模擬電網諧波的標準信號源對檢測設備的性能進行校驗，例如高壓電力線路的相位檢測，避雷器的性能檢測，用戶電能表的性能校驗等。為此，本文圍繞一種新型的參數可調諧波信號發生器進行了研究和設計，課題得到了常州市科技攻關項目的資助。本文首先論述了頻率合成技術的發展，并將直接數字頻率合成技術與傳統的頻率合成技術進行了比較。然后深入研究了DDS的工作原理和基本結構，從頻域角度分析了理想參數和實際參數兩種情況下DDS的輸出頻譜。在此基礎上，詳細分析了引起輸出雜散的三個主要因素，并對DDS的雜散抑制方法進行了仿真研究。最后對參數可調諧波信號發生器進行了軟硬件設計。在系統設計的過程中，本文以Altera公司的FPGA芯片EPF10K70RC240-2為核心，利用開發工具MAX+PLUSⅡ并結合硬件描述語言VHDL設計了一種頻率、相位、幅度、諧波比例可調的諧波信號發生器。詳細闡述了該信號發生器的體系結構，并進行了軟硬件的設計和具體電路的實現。實驗結果表明，系統的性能指標均達到了設計要求，且具有使用簡單、集成度高等特點。

標簽： 諧波信號發生器

上傳時間： 2013-05-20

上傳用戶：qulele
基于FPGADSP激光測距系統的研究

從制成世界上第一臺激光器開始，激光優異的單色性、方向性和高亮度特點引起了各界的關注。激光測距技術是目前應用較為廣泛的一種激光技術，它與一般測距方法相比，具有操作方便，精度高和晝夜可用的優點。目前激光測距技術分成脈沖式和連續式兩種類型，連續式測距系統隨著近年來激光技術的發展逐漸引起人們的關注，在民用領域，尤其是在一些對數據的實時性要求不很高的系統中得到普遍應用。小型化、智能化、高精度、對人眼安全是激光測距的發展方向，但是目前的測距儀普遍存在元器件較多、功耗相對較高、靈活性不夠、適應能力不強、抗干擾能力不強等缺點，不利于整機的一體化和小型化設計。基于上述局限性，本文提出一種新的思想，將數字信號處理技術應用到連續式相位激光測距技術中，具體是利用DDS(直接數字頻率合成)技術產生用于調制激光器的正弦信號，利用FPGA與DSP技術實現高速數字化處理。該方法不僅克服了上面所述的缺點，而且還具有以下的優點：可以通過軟件的方法改變調制頻率，大大簡化了測相電路，提高了使用的方便性：解決了激光連續測距中頻率輸出不穩定和相位抖動的問題，使測距儀的穩定性更高；采用DSP處理芯片對信號進行處理，處理速度更快，提高了實時性；采用FFT技術測相，不僅精度高，而且隨著微電子技術的不斷發展，精度還有上升的空間。本文從理論和實驗上驗證了該測距方案的可行性。在采用實時取樣補償技術的情況下，該測距方案的測距精度可達到毫米量級，該測距方案設計新穎，系統受環境因素影響較小，可在惡劣環境下進行短距離(一般小于15米)的測量。實驗結果表明，該設計方案基本上達到預期的指標要求。

標簽： FPGADSP 激光測距系統

上傳時間： 2013-06-08

上傳用戶：manking0408
基于DSPFPGA的圖像處理電路板硬件設計

波前處理機是自適應光學系統中實時信號處理和運算的核心，隨著自適應光學系統得發展，波前傳感器的采樣頻率越來越高，這就要求波前處理機必須有更強的數據處理能力以保證系統的實時性。在整個波前處理機的工作流程中，對CCD傳來的實時圖像數據進行實時處理是第一步，也是十分重要的一步。如果不能保證圖像處理的實時性，那么后續的處理過程都無從談起。因此，研制高性能的圖像處理平臺，對波前處理機性能的提高具有十分重要的意義。論文介紹了本研究課題的背景以及國內外圖像處理技術的應用和發展狀況，接著介紹了傳統的專用和通用圖像處理系統的結構、特點和模型，并通過分析DSP芯片以及DSP系統的特點，提出了基于DSP和FPGA芯片的實時圖像處理系統。該系統不同于傳統基于PC機模式的圖像處理系統，發揮了DSP和FPGA兩者的優勢，能更好地提高圖像處理系統實時性能，同時也最大可能地降低成本。論文根據圖像處理系統的設計目的、應用需求確定了器件的選型。介紹了主要的器件，接著從系統架構、邏輯結構、硬件各功能模塊組成等方面詳細介紹了DSP+FPGA圖像處理系統硬件設計，并分析了包括各種參數指標選擇、連接方式在內的具體設計方法以及應該注意的問題。論文在闡述傳輸線理論的基礎上，在制作PCB電路板的過程中，針對高速電路設計中易出現的問題，詳細分析了高速PCB設計中的信號完整性問題，包括反射、串擾等，說明了高速PCB的信號完整性、電源完整性和電磁兼容性問題及其解決方法，進行了一定的理論和技術探討和研究。論文還介紹了基于FPGA的邏輯設計，包括了圖像采集模塊的工作原理、設計方案和SDRAM控制器的設計，介紹了SDRAM的基本操作和工作時序，重點闡述系統中可編程器件內部模塊化SDRAM控制器的設計及仿真結果。論文最后描述了硬件系統的測試及調試流程，并給出了部分的調試結果。該系統主要優點有：實時性、高速性。硬件設計的執行速度，在高速DSP和FPGA中實現信號處理算法程序，保證了系統實時性的實現；性價比高。自行研究設計的電路及硬件系統比較好的解決了高速實時圖像處理的需求。

標簽： DSPFPGA 圖像處理電路板硬件設計

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：firstbyte