隨著集成電路頻率的提高和多核時代的到來，傳統的高速電互連技術面臨著越來越嚴重的瓶頸問題，而高速下的光互連具有電互連無法比擬的優勢，成為未來電互連的理想替代者，也成為科學研究的熱點問題。目前，由OIF(Optical Intemetworking Forum，光網絡論壇)論壇提出的甚短距離光互連協議，主要面向主干網，其延遲、功耗、兼容性等都不能滿足板間、芯片間光互連的需要，因此，研究定制一種適用于板級、芯片級的光互連協議具有非常重要的研究意義。 本論文將協議功能分為數據鏈路層和物理層來設計，鏈路層功能包括了協議原語設計，數據幀格式和數據傳輸流程設計，流量控制機制設計，協議通道初始化設計，錯誤檢測機制設計和空閑字符產生、時鐘補償方式設計；物理層功能包含了數據的串化和解串功能，多通道情況下的綁定功能，數據編解碼功能等。 然后，文章采用FPGA(Field Programmable Gate Array,現場可編程門陣列)技術實現了定制協議的單通道模式。重點是數據鏈路層的實現，物理層采用定制具備其功能的IP(Intellectual Property,知識產權)——RocketIO來實現。實現的過程中，采用了Xilinx公司的ISE(Integrated System Environment,集成開發環境)開發流程，使用的設計工具包括:ISE，ModelSim，Synplify Pro,ChipScope等。 最后，本文對實現的協議進行了軟件仿真和上扳測試，訪真和測試結果表明，實現的單通道模式，支持的最高串行頻率達到3.5GHz，完全滿足了光互連驗證系統初期的要求，同時由RocketIO的高速串行差分口得到的眼圖質量良好，表明對物理層IP的定制是成功的。
上傳時間： 2013-06-28
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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。
上傳時間： 2013-04-24
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文章開篇提出了開發背景。認為現在所廣泛應用的開關電源都是基于傳統的分立元件組成的。它的特點是頻率范圍窄、電力小、功能少、器件多、成本較高、精度低，對不同的客戶要求來“量身定做”不同的產品，同時幾乎沒有通用性和可移植性。在電子技術飛速發展的今天，這種傳統的模擬開關電源已經很難跟上時代的發展步伐。 隨著DSP、ASIC等電子器件的小型化、高速化，開關電源的控制部分正在向數字化方向發展。由于數字化，使開關電源的控制部分的智能化、零件的共通化、電源的動作狀態的遠距離監測成為了可能，同時由于它的智能化、零件的共通化使得它能夠靈活地應對不同客戶的需求，這就降低了開發周期和成本。依靠現代數字化控制和數字信號處理新技術，數字化開關電源有著廣闊的發展空間。 在數字化領域的今天，最后一個沒有數字化的堡壘就是電源領域。近年來，數字電源的研究勢頭與日俱增，成果也越來越多。雖然目前中國制造的開關電源占了世界市場的80％以上，但都是傳統的比較低端的模擬電源。高端市場上幾乎沒有我們份額。 本論文研究的主要內容是在傳統開關電源模擬調節器的基礎上，提出了一種新的數字化調節器方案，即基于DSP和FPGA的數字化PID調節器。論文對系統方案和電路進行了較為具體的設計，并通過測試取得了預期結果。測試證明該方案能夠適合本行業時代發展的步伐，使系統電路更簡單，精度更高，通用性更強。同時該方案也可用于相關領域。 本文首先分析了國內外開關電源發展的現狀，以及研究數字化開關電源的意義。然后提出了數字化開關電源的總體設計框圖和實現方案，并與傳統的開關電源做了較為詳細的比較。本論文的設計方案是采用DSP技術和FPGA技術來做數字化PID調節，通過數字化PID算法產生PWM波來控制斬波器，控制主回路。從而取代傳統的模擬PID調節器，使電路更簡單，精度更高，通用性更強。傳統的模擬開關電源是將電流電壓反饋信號做PID調節后--分立元器件構成，采用專用脈寬調制芯片實現PWM控制。電流反饋信號來自主回路的電流取樣，電壓反饋信號來自主回路的電壓采樣。再將這兩個信號分別送至電流調節器和電壓調節器的反相輸入端，用來實現閉環控制。同時用來保證系統的穩定性及實現系統的過流過壓保護、電流和電壓值的顯示。電壓、電流的給定信號則由單片機或電位器提供。再次，文章對各個模塊從理論和實際的上都做了仔細的分析和設計，并給出了具體的電路圖，同時寫出了軟件流程圖以及設計中應該注意的地方。整個系統由DSP板和ADC板組成。DSP板完成PWM生成、PID運算、環境開關量檢測、環境開關量生成以及本地控制。ADC板主要完成前饋電壓信號采集、負載電壓信號采集、負載電流信號采集、以及對信號的一階數字低通濾波。由于整個系統是閉環控制系統，要求采樣速率相當高。本系統采用FPGA來控制ADC，這樣就避免了高速采樣占用系統資源的問題，減輕了DSP的負擔。DSP可以將讀到的ADC信號做PID調節，從而產生PWM波來控制逆變橋的開關速率，從而達到閉環控制的目的。 最后，對數字化開關電源和模擬開關電源做了對比測試，得出了預期結論。同時也提出了一些需要改進的地方，認為該方案在其他相關行業中可以廣泛地應用。模擬控制電路因為使用許多零件而需要很大空間，這些零件的參數值還會隨著使用時間、溫度和其它環境條件的改變而變動并對系統穩定性和響應能力造成負面影響。數字電源則剛好相反，同時數字控制還能讓硬件頻繁重復使用、加快上市時間以及減少開發成本與風險。在當前對產品要求體積小、智能化、共通化、精度高和穩定度好等前提條件下，數字化開關電源有著廣闊的發展空間。本系統來基本上達到了設計要求。能夠滿足較高精度的設計要求。但對于高精度數字化電源，系統還有值得改進的地方，比如改進主控器，提高參考電壓的精度，提高采樣器件的精度等，都可以提高系統的精度。 本系統涉及電子、通信和測控等技術領域，將數字PID算法與電力電子技術、通信技術等有機地結合了起來。本系統的設計方案不僅可以用在電源控制器上，只要是相關的領域都可以采用。
上傳時間： 2013-06-21
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當前，片上系統(SOC)已成為系統實現的主流技術。流片風險與費用增加、上市時間壓力加大、產品功能愈加復雜等因素使得SOC產業逐漸劃分為IP提供者、SOC設計服務者和芯片集成者三個層次。SOC設計已走向基于IP集成的平臺設計階段，經過嚴格驗證質量可靠的IP核成為SOC產業中的重要一環。 GPIB控制器芯片是組建自動測試系統的核心，在測試領域應用廣泛。本人通過查閱大量的技術資料，分析了集成電路在國內外發展的最新動態，提出了基于FPGA的自主知識產權的GPIB控制器IP核的設計和實現。 本文首先討論了基于FPGA的GPIB控制器的背景意義，接著對FPGA開發所具備的基本知識作了簡要介紹。文中對GPIB總線進行了簡單的描述，根據芯片設計的主要思想，重點在于論述怎樣用FPGA來實現IEEE-488.2協議，并詳細闡述了GPIB控制器的十種接口功能及其狀態機的IP核實現。同時，對數據通路也進行了較為細致的說明。在設計的時候采用基于模塊化設計思想，用VerilogHDL語言完成各模塊功能描述，通過Synplifv軟件的綜合，用Modelsim對設計進行了前、后仿真。最后利用生成的模塊符號采取類似畫電路圖的方法完成整個系統芯片的lP軟核設計，并用EDA工具下載到了FPGA上。 為了更好地驗證設計思想，借助EDA工具對GPIB控制器的工作狀態進行了軟件仿真，給出仿真結果，仿真波形驗證了GPIB控制器的工作符合預想。最后，本文對基于FPGA的GPIB控制器的IP核設計過程進行了總結，展望了當前GPIB控制器設計的發展趨勢，指出了開展進一步研究需要做的工作。
上傳時間： 2013-04-24
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LAMOST(Large Sky Area Multi-Obiect Fiber Spectroscopy Telescope，大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡)需要對焦而上的4 000個光纖定位單元進行精確定位，一個光纖定位單元需要兩個步進電機來驅動，即需要對8 000個電機進行驅動控制。如何對這8 000個電機進行有效的控制，是本文主要的研究內容。 本義引入EDA(Electronic Design Automation)，技術，以FPGA和CAN總線為硬件載體來進行設計。FPGA相比較于DSP，單片機而言，具有10管腳多，資源豐富，使用靈活等優點，可以存片內集成多個電機的摔制，這樣對于提高系統的集成度，節約成本無疑有著很大的幫助。 在電機的控制當中，其失步和過沖會直接影響到系統的精度，所以需要對電機脈沖頻率加以控制，對于在平穩狀態下能正常工作的電機，失步往往發生在啟動停止等脈沖頻率突然發生改變的時刻。具體實現方法是通過實驗找出一條理想的加減速曲線，再將曲線離散化，并把離散化后的加減速分頻系數存儲在FPGA片內ROM里而，當電機運行到對應的步數時，取出分頻系數來獲取對應的運行頻率。 在LAMOST觀測中，光纖定位單元的零位是個很重要的基準，在每次觀測之前，電機都要回零，理論上電氣零位和機械零位在同一點上，如果電氣檢測到達零位則認為已經到達機械零位位置。但是實際中由于裝配等一些原因，可能會出現零位短路和零位斷路的情況。零位斷路是指電機處于機械零位，但是電氣不能檢測到；零位短路是指電機不在機械零位，但是電氣已經檢測到處于零位。這兩種情況會造成越界和機械零位一直被擠壓的后果，有可能會損壞光纖定位單元，為了防止這些情況出現，軟件程序中加入了計數器，從而從有效地保護了光纖定位單元，同時將這些狀況向上反饋，以便維護和檢修。 在本文完成之時，能夠控制驅動336個光纖定位單元的小系統已經在北京天文臺興隆觀測站實際投入運行，并于2007年5月28日獲得首條光譜，取得了不錯的效果。
上傳時間： 2013-04-24
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串行數字接口SDI是目前使用最廣泛的數字視頻接口。它是遵循SMPTE-259M和EBtJ-Tech-3267標準制定的，己經被世界上眾多數字視頻設備生產廠家普遍采納并作為標準視頻接口，主要用在非線性編輯系統、視頻服務器、虛擬演播室以及數字切換矩陣和數字光端機等場合。 以往的SDI接口在實現方法上有成本高、靈活性低等缺點，針對這些不足，本文在研究串行數字接口工作原理的基礎上，提出了一種基于FPGA的標清串行數字接口(SD-SDI)的設計方案，并使用SOPC Builder構成一個Nios II處理器系統，將SDI接口以IP核形式嵌入到FPGA內部，從而提高系統的集成度，使之具有視頻數據處理速度快、實時性強、性價比高的特點。具體研究內容包括： 1.在分析SDI接口的硬件結構和工作原理的基礎上，提出了串行數字接口的嵌入式系統設計方法，完成了SDI接口卡的FPGA芯片內部配置以及驅動電路、均衡電路、電源電路等硬件電路設計。 2.采用軟邏輯方法實現SDI接口的傳輸功能，進行了具體的模塊化設計與仿真。 3.引入Nios II嵌入式軟核處理器對數據進行處理，設計了視頻圖像數據的采集程序。 該傳輸系統以Altera公司的Cyclone II EP2C35F672C8為核心芯片，通過發送和接收電路的共同作用，能夠完成標清數字視頻信號的傳輸，初步確立了以SDI接口為數據源的視頻信號傳輸系統的整體模式和框架。
上傳時間： 2013-04-24
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差分跳頻(DFH)是集跳頻圖案、信息調制與解調于一體，是一個全面基于數字信號處理的全新概念的通信系統，其技術體制和原理與常規跳頻完全不同，較好地解決了數據速率和跟蹤干擾等問題，代表了當前短波通信的一個重要發展方向。美國Sanders公司推出了名為CHESS的新型短波跳頻通信系統，并獲得了成功，但我國對該體制和技術的研究還處于初始階段，目前還不太成熟，離實際應用還有一段距離。 本文主要基于FPGA芯片的基礎上對差分跳頻進行了研究，用FPGA來實現數字信號處理可以很好地解決并行性和速度問題，而且其靈活的可配置特性，使得FPGA構成的DSP系統非常易于修改、測試及硬件升級。而且設計中盡量采用軟件無線電體系結構，減少模擬環節，把數字化處理盡量靠近天線，從而建立一個通用、標準、模塊化的硬件平臺，用軟件編程來實現差分跳頻的各種功能，從基于硬件的設計方法中解放出來。 本文首先介紹了課題背景及研究的意義，闡述了目前差分跳頻中頻率合成跟頻率識別的實現方案。在頻率合成中，著重對DDS的相位截斷誤差及幅度量化誤差進行仿真，找出基于FPGA實現的最佳參數及改善方法。在頻率識別中，基于Xilinx公司提供FFT IP核，接收端中的位同步，頻率識別均在FFT的理論上進行設計。最后根據設計方案制作基于FPGA的電路板。 設計中跳頻圖案、直接數字頻率合成器、頻率識別、位同步、跳頻圖案恢復、線性調頻z變換等模塊均采用Verilog和VHDL兩種通用硬件描述語言進行設計，以便能夠在所有廠家的FPGA芯片中移植。
上傳時間： 2013-07-22
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在航空航天，遙感測量，安全防衛以及家用影視娛樂等領域，要求能及時保存高清晰度的視頻信號供后期分析、處理、研究和欣賞。因此，研究一套處理速度快，性能可靠，使用方便，符合行業相關規范的高清視頻編解碼系統是十分必要的。 本文首先介紹了高清視頻的發展歷史。并就當前相關領域的發展闡述了高清視頻編解碼系統的設計思路，提出了可行的系統設計方案。基于H.264的高清視頻編碼系統對處理器的要求非常高，一般的DSP和通用處理器難以達到性能要求。本系統選擇富士通公司最新的專用視頻編解碼芯片MB86H51，實時編解碼分辨率達到1080p的高清視頻。芯片具有壓縮率高，功耗低，體積小等優點。系統的控制設備由三塊FPGA芯片和ARM控制器共同完成。FPGA芯片分別負責視頻輸入輸出，碼流輸入輸出和主編解碼芯片的控制。ARM作為上層人機交互的控制器，向系統使用者提供操作界面，并與主控FPGA相連。方案實現了高清視頻的輸入，實時編碼和碼流存儲輸出等功能于一體，能夠編碼1080p的高清視頻并存儲在硬盤中。系統開發的工作難點在于FPGA的程序設計與調試工作。其次，詳細介紹了FPGA在系統中的功能實現，使用的方法和程序設計。使用VHDL語言編程實現I2C總線接口和接口控制功能，利用stratix系列FPGA內置的M4K快速存儲單元實現128K的命令存儲ROM，并對設計元件模塊化，方便今后的功能擴展。編程實現了PIO模式的硬盤讀寫和SDRAM接口控制功能，實現高速的數據存儲功能。利用時序狀態機編程實現主芯片編解碼控制功能，完成編解碼命令的發送和狀態讀取，并對設計思路，調試結果和FPGA資源使用情況進行分析。著重介紹設計中用到的最新芯片及其工作方式，分析設計過程中使用的最新技術和方法。有很強的實用價值。最后，論文對系統就不同的使用情況提出了可供改進的方案，并對與高清視頻相關的關鍵技術作了分析和展望。
上傳時間： 2013-07-26
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隨著紅外探測技術和超大規模專用集成電路的發展，實時紅外成像系統得到了越來越廣泛的應用。如何針對紅外圖像的特性對紅外圖像進行實時處理，得到能真實反映探測場景、適合觀察分析的紅外圖像是目前紅外成像技術的研究熱點。針對紅外圖像在被采集后立即進行預處理，簡化后級數字信號處理單元的繁重任務，在紅外成像技術中具有重要意義。本論文主要工作如下： (1)對紅外成像的原理、紅外圖像的形成過程、紅外圖像的特征以及紅外圖像與可見光圖像的區別進行了闡述。 (2)簡要介紹了頻域中圖像的增強算法，以及圖像的灰度變換原理。 (3)通過對時域中各種算法的分析對比，以及時域處理與頻域處理的對比，選擇數種適合紅外圖像預處理的算法進行硬件實現，然后再根據硬件實現的難易程度和算法對硬件資源的占用率，以及最終對圖像的處理效果，選擇一種最佳的平滑和銳化方法。 (4)針對FPGA的特點，采用了模塊化結構設計，方便構成并行運算，充分體現了實時處理的要求。 (5)分析了紅外圖像灰度變換的硬件構成，實現了對紅外圖像的直方圖統計。 (6)闡述了I2C總線標準，使用I2C總線對SAA7115視頻圖像處理芯片的控制，對模擬的紅外圖像采集、量化成數字圖像信號；由于采用SDRAM進行數據的存儲，所以針對數據的存儲及讀取方式設計了SDRAM存儲器的控制器，將量化后的數據存儲到SDRAM存儲器。 (7)詳細闡述了圖像頻域處理的硬件實現方法，并特別說明了DFT的FPGA硬件構成方法及這種方法與DSP處理器構成方法的區別。然后針對整個系統的時序構成及時序要求，采用了PLL核構成了系統的時序部分，并對系統進行了優化，以提高運行速度及減少資源占用率。
上傳時間： 2013-07-12
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激光測距是隨著激光技術的出現而發展起來的一種精密測量技術，因其良好的精確度特性廣泛地應用在軍事和民用領域。但傳統的激光測距系統大多采用分立的單元電路搭建而成，不僅造成了開發成本較高，電路較復雜，調試困難等諸多問題，而且這種系統體積和重量較大，嚴重阻礙了激光測距系統的普及應用，因此近年來激光測距技術向著小型化和集成化的方向發展。本文就旨在找出一種激光測距的集成化方案，將激光接收電路部分集成為一個專用集成電路，使傳統的激光測距系統簡化成三個部分，激光器LD、接收PD和一片集成電路芯片。 本文設計的激光測距系統基于相位差式激光測距原理，綜合當前所有的測相技術，提出了一種基于FPGA的芯片運用DCM的動態移相功能實現相位差測量的方法。該方法實現起來方便快捷，無需復雜的過程計算，不僅能夠達到較高的測距精度，同時可以大大簡化外圍電路的設計，使測距系統達到最大程度的集成化，滿足了近年來激光測距系統向小型化和集成化方向發展的要求，除此，該方法還可以減少環境因素對測距誤差的影響，降低測距系統對測試環境的要求。本論文的創新點有： 1.基于方波實現激光的調制和發射，簡化了復雜的外圍電路設計； 2.激光測距的數據處理系統在一片FPGA芯片上實現，便于系統的集成。 在基于DCM的激光測距方案中，本文詳細的敘述了利用DCM測相的基本原理，并給出了由相位信息得到距離信息的計算過程，然后將利用不同測尺測得的結果進行合成，并最終將距離的二進制信息轉換成十進制顯示出來。本文以Xilinx公司Virtex-II Pro開發板做為開發平臺，通過編程和仿真驗證了該測距方案的可行性。在采用多次測量求平均值的情況下，該測距方案的測距精度可以達到3mm，測距量程可達100m。該方案設計新穎，可將整個的數據處理系統在FPGA芯片中實現，為最終的專用集成芯片的設計打下了基礎，有利于測距系統的集成單片化。
上傳時間： 2013-06-20
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