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數字系統

用數字信號完成對數字量進行算術運算和邏輯運算的電路稱為數字電路，或數字系統。由于它具有邏輯運算和邏輯處理功能，所以又稱數字邏輯電路。現代的數字電路由半導體工藝制成的若干數字集成器件構造而成。邏輯門是數字邏輯電路的基本單元。存儲器是用來存儲二進制數據的數字電路。從整體上看，數字電路可以分為組合邏輯電路和時序邏輯電路兩大類。

使用FPGA模擬實現8051單片機及其外設的功能

隨著電子技術的發展,當前數字系統的設計正朝著速度快、容量大、體積小、重量輕的方向發展.FPGA以其功能強大,開發過程投資少、周期短,可反復修改,保密性能好,開發工具智能化等特點成為當今硬件設計的首選方式之一.由于Intel公司的MCS-51系列單片機被公認為8位機的工業標準,因此,使用FPGA模擬實現8051單片機及其外設的功能便成為大規模復雜數字系統設計中的重要課題.該文首先介紹了FPGA及Xilinx公司關于硬件設計開發的工具ISE系統,繼而用VHDL語言編寫了8051單片機功能實現的源代碼,然后為其設計了與部分外設連接的接口模塊,包括8255并行接口、SCI串行接口和KBC鍵盤接口模塊.并將它們封裝到一塊FPGA之中,最終實現了8051單片機的大部分功能.

標簽： FPGA 8051 模擬單片機

上傳時間： 2013-07-28

上傳用戶：erkuizhang
一種基于FPGA的新型諧波分析儀研究

隨著技術的飛速發展,電力電子裝置如變頻設備、變流設備等容量日益擴大,數量日益增多,使得電網中的諧波污染日益嚴重,給電力系統和各類用電設備帶來危害,輕則增加能耗,縮短設備使用壽命,重則造成用電事故,影響安全生產.電力系統中的諧波問題早在20世紀20年代就引起了人們的注意.近年來,產生諧波的設備類型及數量均已劇增,并將繼續增長,諧波造成的危害也日趨嚴重.該論文分析比較了傳統測量諧波裝置和基于FPGA的新型諧波測量儀器的特性.分析了基于FFT的諧波測量方法,綜述了可編程元器件的發展過程、主要工藝發展及目前的應用情況,并介紹了一種主流硬件描述語言Verilog HDL的語法及其具體應用.分析了高速數字信號系統的信號完整性問題,提出了使用FPGA實現的整合處理器解決高速數字系統信號完整性問題的方法,并比較分析了各種主流的整合處理器解決方案的優缺點.分析了使用實時操作系統進行復雜嵌入式系統軟件開發的優缺點,并在該系統軟件開發中成功移植應用了實時操作系統UCOSII,改造了該操作系統中內存管理方式.研究了使用FPGA實現FFT算法的優缺點,對比分析了主要硬件實現架構的性能和優缺點,提出了一種基于浮點數的FFT算法FPGA實現架構,詳細設計了基于浮點數的硬件乘法器和加法器.該設計架構運行穩定,計算速度快捷.并通過實際仿真驗證了該設計的正確性和優越性.最終通過以上工作設計實現了一種新型的基于FPGA的諧波測量儀,該儀器的變送單元和采樣單元通過實際型式試驗檢驗,符合設計要求.該儀器的FPGA單元通過系統仿真,符合設計要求.

標簽： FPGA 諧波分析儀

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：diertiantang
基于FPGA的DDS雙通道波形發生器

直接數字頻率合成(DDS)是七十年代初提出的一種新的頻率合成技術，其數字結構滿足了現代電子系統的許多要求，因而得到了迅速的發展。現場可編程門陣列器件(FPGA)的出現，改變了現代電子數字系統的設計方法，提供了一種全新的設計模式。本論文結合這兩項技術，并利用單片機控制靈活的特點，開發了一種雙通道波形發生器。在實現過程中，選用了Altera公司的EP1C6Q240C8芯片作為產生波形數據的主芯片，充分利用了該芯片的超大集成性和快速性。在控制芯片上選用ATMAL的AT89C51單片機作為控制芯片。本設計中，FPGA芯片的設計和與控制芯片的接口設計是一個難點，本文利用Altera的設計工具Quartus Ⅱ并結合Verilog-HDL語言，采用硬件編程的方法很好地解決了這一問題。本文首先介紹了波形發生器的研究背景和DDS的理論。然后詳盡地敘述了用EP1C6Q240C8完成DDS模塊的設計過程，這是設計的基礎。接著分析了整個設計中應處理的問題，根據設計原理就功能上進行了劃分，將整個儀器功能劃分為控制模塊、外圍硬件、FPGA器件三個部分來實現。然后就這三個部分分別詳細地進行了闡述。并且通過系列實驗，詳細地分析了該波形發生器的功能、性能、實現和實驗結果。最后，結合在設計中的一些心得體會，提出了本設計中的一些不足和改進意見。通過實驗說明，本設計達到了預定的要求，并證明了采用軟硬件結合，利用FPGA實現基于DDS架構的雙路波形發生器是可行的。

標簽： FPGA DDS 雙通道波形發生器

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：gxf2016
基于FPGA的紅外遙控電子密碼鎖的實現

本文介紹了一種基于現場可編程門陣列FPGA器件的電子密碼鎖的設計方法。重點闡述了紅外遙控電子密碼鎖的整體架構設計；介紹了一種由PT2248作為發送器，MIM-R1AA 38KHZ紅外一體化接收解調器作為接收器的紅外遙控系統的構建方法；詳細說明了如何運用EDA技術自頂向下的設計方法，來實現基于XILINX公司出品的Spartan-3E系列FPGA芯片的紅外遙控解碼、密碼鎖的解鎖、密碼修改、報警提示及液晶顯示等功能。在分析紅外遙控電子密碼鎖各功能模塊時，本論文詳細闡述了各模塊的功能及外部接口信號，給出了各模塊的仿真波形以及整個系統的測試流程和測試結果。本論文在介紹Spartan-3E系列FPGA芯片的特點和性能的同時，利用Spartan-3E系列的XC3S500芯片中的KCPSM3和自行設計完成的狀態機控制器分別實現液晶顯示控制器，通過比較分析得知KCPSM3實現的控制器，在對FPGA的資源利用方面更加合理，實現更加便捷。本論文利用紅外遙控技術解鎖，大大提高了電子密碼鎖的安全性能；采用FPGA開發設計，所有算法完全由硬件電路來實現，使得系統的工作可靠性大為提高，同時由于FPGA具有在系統可編程功能，當設計需要更改時，只需更改FPGA中的控制和接口電路，利用EDA工具將更新后的設計下載到FPGA中即可，無需更改外部電路的設計，大大提高了設計的效率。因此，采用FPGA開發的數字系統，不僅具有很高的工作可靠性，其升級與改進也極其方便。

標簽： FPGA 紅外遙控電子密碼鎖

上傳時間： 2013-06-19

上傳用戶：111111112
基于FPGA的快速傅立葉變換

隨著數字電子技術的發展，數字信號處理廣泛應用于聲納、雷達、通訊語音處理和圖像處理等領域。快速傅立葉變換(Fast Fourier Transform，FFT)在數字信號處理系統中起著很重要的作用，FFT 有效地提高了離散傅立葉變換(Discret Fourier Transform，DFT)的運算效率。處理器一般要求具有高速度、高精度、大容量和實時處理的性能，而現場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)是近年來迅速發展起來的新型可編程器件，在處理大規模數據方面，有極大的優勢。論文采用了在FPGA中實現FFT算法的方案。數字信號處理板的硬件電路設計是本論文的重要部分之一。在介紹了FFT以及波束形成的基本原理和基本方法的基礎上，根據實時處理的要求，給出了數字信號處理板的硬件設計方案并對硬件電路的實現進行了分析和說明。依據數字系統的設計方法，分別采用基二按時間抽取FFT算法、基四按時間抽取FFT算法以及FFT兆核函數三種方法利用硬件描述語言(VHSICHardware Description Language，VHDL)實現了1024點的FFT，接著對三種方法進行了評估，得出了FPGA完全能滿足處理器的實時處理的要求的結論。然后根據通用串行總線(Universial Serial Bus，USB)協議，利用VHDL語言編寫了USB接口芯片ISP1581的固件程序，實現了設備的枚舉過程。

標簽： FPGA 傅立葉變換

上傳時間： 2013-08-01

上傳用戶：Aidane
計算機組成實驗平臺的設計與實現

《計算機組成原理》是計算機系的一門核心課程。但是它涉及的知識面非常廣，內容包括中央處理器、指令系統、存儲系統、總線和輸入輸出系統等方面，學生在學習該課程時，普遍覺得內容抽象難于理解。但借助于該計算機組成原理實驗系統，學生通過實驗環節，可以進一步融會貫通學習內容，掌握計算機各模塊的工作原理，相互關系的來龍去脈。為了增強實驗系統的功能，提高系統的靈活性，降低實驗成本，我們采用FPGA芯片技術來徹底更新現有的計算器組成原理實驗平臺。該技術可根據用戶要求為芯片加載由VHDL語言所編寫出的不同的硬件邏輯，FPGA芯片具有重復編程能力，使得系統內硬件的功能可以像軟件一樣被編程，這種稱為“軟”硬件的全新系統設計概念，使實驗系統具有極強的靈活性和適應性。它不僅使該系統性能的改進和擴充變得十分簡易和方便，而且使學生自己設計不同的實驗變為可能。計算機組成原理實驗的最終目的是讓學生能夠設計CPU，但首先，學生必須知道CPU的各個功能部件是如何工作，以及相互之間是如何配合構成CPU的。因此，我們必須先設計出一個教學用的以FPGA芯片為核心的硬件平臺，然后在此基礎上開發出VHDL部件庫及主要邏輯功能，并設計出一套實驗。本文重點研究了基于FPGA芯片的VHDL硬件系統，由于VHDL的高標準化和硬件描述能力，現代CPU的主要功能如計算，存儲，I/O操作等均可由VHDL來實現。同時設計實驗內容，包括時序電路的組成及控制原理實驗、八位運算器的組成及復合運算實驗、存儲器實驗、數據通路實驗、浮點運算器實驗、多流水線處理器實驗等，這些實驗形成一個相互關聯的系統。每個實驗先由教師講解原理及原理圖，學生根據教師提供的原理圖，自己用MAX+PLUSII完成電路輸入，學生實驗實際上是編寫VHDL，不需要寫得很復雜，只要能調用接口，然后將程序燒入平臺，這樣既不會讓學生花太多的時間在畫電路圖上，又能讓學生更好的理解每個部件的工作原理和工作過程。論文首先研究分析了FPGA硬件實驗平臺，即實驗系統的硬件組成。系統采用FPGA-XC4010EPC84，62256CPLD以及其他外圍芯片(例如74LS244，74LS275)組成。根據不同的實驗要求，規劃不同實驗控制邏輯。用戶可選擇不同的實驗邏輯，通過把實驗邏輯下載到FPGA芯片中構成自己的實驗平臺。其次，論文詳細的闡述了VHDL模塊化設計，如何運用VHDL技術來依次實現CPU的各個功能部件。VHDL語言作為一種國際標準化的硬件描述語言，自1987年獲得IEEE批準以來，經過了1993年和2001年兩次修改，至今已被眾多的國際知名電子設計自動化(EDA)工具研發商所采用，并隨同EDA設計工具一起廣泛地進入了數字系統設計與研發領域，目前已成為電子業界普遍接受的一種硬件設計技術。再次，論文針對實驗平臺中遇到的較為棘手的多流水線等問題，也進行了深入的闡述和剖析。學生需要什么樣的實驗條件，實驗內容及步驟才能了解當今CPU所采用的核心技術，才能掌握CPU的設計，運行原理。另外，本論文的背景是需要學生熟悉基本的VHDL知識或技能，因為實驗是在編寫VHDL代碼的前提下完成的。本文在基于實驗室的環境下，基本上較為完整的實現了一個基于FPGA的實驗平臺方案。在此基礎上，進行了部分功能的測試和部分性能方面的分析。本論文的研究，為FPGA在實際系統中的應用提供研究思路和參考方案。論文的研究結果將對FPGA與VHDL標準的進一步發展具有重要的理論和現實意義。

標簽： 計算機組成實驗

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：小強mmmm
基于FPGA的可測性設計方法研究

現場可編程門陣列(FPGA)是一種現場可編程專用集成電路，它將門陣列的通用結構與現場可編程的特性結合于一體，如今，FPGA系列器件已成為最受歡迎的器件之一。隨著FPGA器件的廣泛應用，它在數字系統中的作用日益變得重要，它所要求的準確性也變得更高。因此，對FPGA器件的故障測試和故障診斷方法進行更全面的研究具有重要意義。隨著FPGA器件的迅速發展，FPGA的密度和復雜程度也越來越高，使大量的故障難以使用傳統方法進行測試，所以人們把視線轉向了可測性設計(DFT)問題。可測性設計的提出為解決測試問題開辟了新的有效途徑，而邊界掃描測試方法是其中一個重要的技術。本文對FPGA的故障模型及其測試技術和邊界掃描測試的相關理論與方法進行了詳細的探討，給出了利用布爾矩陣理論建立的邊界掃描測試過程的數學描述和數學模型。論文中首先討論邊界掃描測試中的測試優化問題，總結解決兩類優化問題的現有算法，分別對它們的優缺點進行了對比，進而提出對兩種現有算法的改進思想，并且比較了改進前后優化算法的性能。另外，本文還對FPGA連線資源中基于邊界掃描測試技術的自適應完備診斷算法進行了深入研究。在研究過程中，本文基于自適應完備診斷的思想對原有自適應診斷算法的性能進行了分析，并將獨立測試集和測試矩陣的概念引入原有自適應診斷算法中，使改進后的優化算法能夠簡化原算法的實現過程，并實現完備診斷的目標。最后利用測試仿真模型證明了優化算法能夠更有效地實現完備診斷的目標，在緊湊性指標與測試復雜性方面比現在算法均有所改進，實現了算法的優化。

標簽： FPGA 可測性設計方法研究

上傳時間： 2013-06-30

上傳用戶：不挑食的老鼠
一款基于SRAM的FPGA器件設計

FPGA是一種可通過用戶編程來實現各種數字電路的集成電路器件。用FPGA設計數字系統有設計靈活、低成本，低風險、面市時間短等好處。本課題在結合國際上FPGA器件方面的各種研究成果基礎上，對FPGA器件結構進行了深入的探討，重點對FPGA的互連結構進行了分析與優化。FPGA器件速度和面積上相對于ASIC電路的不足很大程度上是由可編程布線結構造成的，FPGA一般用大量的可編程傳輸管開關和通用互連線段實現門器件的連接，而全定制電路中僅用簡單的金屬線實現，傳輸管開關帶來很大的電阻和電容參數，因而速度要慢于后者。這也說明，通過優化可編程連接方式和布線結構，可大大改善電路的性能。本文研究了基于SRAM編程技術的FPGA器件中邏輯模塊、互連資源等對FPGA性能和面積的影響。論文中在介紹FPGA器件的體系構架后，首先對開關矩陣進行了研究，結合Wilton開關矩陣和Disioint開關矩陣的特點，得到一個連接更加靈活的開關矩陣，提高了FPGA器件的可布線性，接著本課題中又對通用互連線長度、通用互連線間的連接方式和布線通道的寬度等進行了探討，并針對本課題中的FPGA器件，得出了一套適合于中小規模邏輯器件的通用互連資源結構，仿真顯示新的互連方案有較好的速度和面積性能，在互連資源的面積和性能上達到一個很好的折中。接下來課題中對FPGA電路的可編程邏輯資源進行了研究，得到了一種邏輯規模適中的粗粒度邏輯塊簇，該邏輯塊簇采用類似Xilinx 公司的FPGA產品的LUT加觸發器結構，使邏輯塊簇內部基本邏輯單元的聯系更加緊密，提高了邏輯資源的功能和利用率。隨后我們還研究了IO模塊數目的確定和分布式SRAM結構中編程電路結構的設計，并簡單介紹了SRAM單元的晶體管級設計原理。最后，在對FPGA構架研究基礎上，完成了一款FPGA電路的設計并設計了相應的電路測試方案，該課題結合CETC58研究所的一個重要項目進行，目前已成功通過CSMC0.6μm 2P2M工藝成功流片，測試結果顯示其完全達到了預期的性能。

標簽： SRAM FPGA 器件設計

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：6546544
基于FPGA的出租車計費器的實現

介紹了出租車計費器系統的組成及工作原理，簡述了在EDA平臺上用單片CPLD器件構成該數字系統的設計思想和實現過程。論述了車型調整模塊、計程模塊、計費模塊、譯碼動態掃描模塊等的設計方法與技巧。

標簽： FPGA 出租車計費器

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：zxc23456789
基于FPGA的卷積編碼和維特比譯碼

在數字通信中，采用差錯控制技術(糾錯碼)是提高信號傳輸可靠性的有效手段，并發揮著越來越重要的作用。糾錯碼主要有分組碼和卷積碼兩種。在碼率和編碼器復雜程度相同的情況下，卷積碼的性能優于分組碼。卷積碼的譯碼方法主要有代數譯碼和概率譯碼。代數譯碼是基于碼的代數結構；而概率譯碼不僅基于碼的代數結構，還利用了信道的統計特性，能充分發揮卷積碼的特點，使譯碼錯誤概率達到很小。卷積碼譯碼器的設計是由高性能的復雜譯碼器開始的，對于概率譯碼最初的序列譯碼，隨著譯碼約束長度的增加，其譯碼錯誤概率可達到非常小。后來慢慢地向低性能的簡單譯碼器演化，對不太長的約束長度，維特比(Viterbi)算法是非常實用的。維特比算法是一種最大似然的譯碼方法。當編碼約束度不太大(小于等于10)或者誤碼率要求不太高(約10-5)時，Viterbi譯碼算法效率很高，速度很快，譯碼器也較簡單。目前，卷積碼在數傳系統，尤其是在衛星通信、移動通信等領域已被廣泛應用。本論文對卷積碼編碼和Viterbi譯碼的設計原理及其FPGA實現方案進行了研究。同時，將交織和解交織技術應用于編碼和解碼的過程中。首先，簡要介紹了卷積碼的基礎知識和維特比譯碼算法的基本原理，并對硬判決譯碼和軟判決譯碼方法進行了比較。其次，討論了交織和解交織技術及其在糾錯碼中的應用。然后，介紹了FPGA硬件資源和軟件開發環境Quartus Ⅱ，包括數字系統的設計方法和設計規則。再有，對基于FPGA的維特比譯碼器各個模塊和相應算法實現、優化進行了研究。最后，在Quartus Ⅱ平臺上對硬判決譯碼和軟判決譯碼以及有無交織等不同情況進行了仿真，并根據仿真結果分析了維特比譯碼器的性能。分析結果表明，系統的誤碼率達到了設計要求，從而驗證了譯碼器設計的可靠性，所設計基于FPGA的并行Viterbi譯碼器適用于高速數據傳輸的場合。

標簽： FPGA 卷積編碼譯碼

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：zhenyushaw

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