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波束形成

數(shù)字波束形成器是全數(shù)字化超聲成像的基礎(chǔ)，也是高性能彩超的保證。

基于DSP和FPGA的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的研究

該課題通過(guò)對(duì)開放式數(shù)控技術(shù)的全面調(diào)研和對(duì)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的深入研究,并針對(duì)國(guó)內(nèi)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的研究起步較晚的現(xiàn)狀,結(jié)合激光雕刻領(lǐng)域的具體需要,緊跟當(dāng)前運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究的發(fā)展趨勢(shì),吸收了世界開放式數(shù)控技術(shù)和相關(guān)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的最新成果,采納了基于DSP和FPGA的方案,研制了一款比較新穎的、功能強(qiáng)大的、具有很大柔性的四軸多功能運(yùn)動(dòng)控制卡.該論文主要內(nèi)容如下:首先,通過(guò)對(duì)制造業(yè)、開放式數(shù)控系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制卡等行業(yè)現(xiàn)狀的全面調(diào)研,基于對(duì)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)的深入學(xué)習(xí),在比較了幾種常用的運(yùn)動(dòng)控制方案的基礎(chǔ)上,確定了基于DSP和FPGA的運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)方案,并規(guī)劃了板卡的總體結(jié)構(gòu).其次,針對(duì)運(yùn)動(dòng)控制中的一些具體問題,如高速、高精度、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、實(shí)時(shí)控制以及多軸聯(lián)動(dòng)等,在FPGA上設(shè)計(jì)了功能相互獨(dú)立的四軸運(yùn)動(dòng)控制電路,仔細(xì)規(guī)劃并定義了各個(gè)寄存器的具體功能,設(shè)計(jì)了功能完善的加/減速控制電路、變頻分配電路、倍頻分頻電路和三個(gè)功能各異的計(jì)數(shù)器電路等,完全實(shí)現(xiàn)了S-曲線升降速運(yùn)動(dòng)、自動(dòng)降速點(diǎn)運(yùn)動(dòng)、A/B相編碼器倍頻計(jì)數(shù)電路等特殊功能.再次,介紹了DSP在運(yùn)動(dòng)控制中的作用,合理規(guī)劃了DSP指令的形成過(guò)程,并對(duì)DSP軟件的具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了框架性的設(shè)計(jì).然后,根據(jù)光電隔離原理設(shè)計(jì)了數(shù)字輸入/輸出電路;結(jié)合DAC原理設(shè)計(jì)了四路模擬輸出電路;實(shí)現(xiàn)了PCI接口電路的設(shè)計(jì);并針對(duì)常見的干擾現(xiàn)象,提出了有效的抗干擾措施.最后,利用運(yùn)動(dòng)控制卡強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)控制功能,并針對(duì)激光雕刻行業(yè)進(jìn)行大幅圖形掃描時(shí)需要實(shí)時(shí)處理大量的圖形數(shù)據(jù)的特別需要,在板卡第四軸完全實(shí)現(xiàn)了激光控制功能,并基于FPGA內(nèi)部的16KBit塊RAM,開辟了大量數(shù)據(jù)區(qū)以便進(jìn)行大幅圖形的實(shí)時(shí)處理.

標(biāo)簽： FPGA DSP 運(yùn)動(dòng)控制

上傳時(shí)間： 2013-06-09

上傳用戶：youlongjian0
基于FPGA的DDS的研究設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

頻率合成技術(shù)廣泛應(yīng)用于通信、航空航天、儀器儀表等領(lǐng)域。目前，常用的頻率合成技術(shù)有直接式頻率合成、鎖相頻率合成和直接數(shù)字頻率合成(DDS)。DDS系統(tǒng)可以很方便地獲得頻率分辨率很精細(xì)且相位連續(xù)的信號(hào)，也可以通過(guò)改變相位字改變信號(hào)的相位，因此也廣泛用于數(shù)字通信領(lǐng)域。本論文是利用FPGA完成一個(gè)DDS系統(tǒng)。DDS是把一系列數(shù)字量形式的信號(hào)通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換形成模擬量形式的信號(hào)的合成技術(shù)。主要是利用高速存儲(chǔ)器作查尋表，然后通過(guò)高速D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生已經(jīng)用數(shù)字形式存入的正弦波(或其他任意波形)。一個(gè)典型的DDS系統(tǒng)應(yīng)包括：相位累加器，可在時(shí)鐘的控制下完成相位的累加(一般由ROM實(shí)現(xiàn))；DA轉(zhuǎn)換電路，將數(shù)字形式的幅度碼轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。本文根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)，進(jìn)行了DDS系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)，包括DDS系統(tǒng)框圖的設(shè)計(jì)，相位控制字和頻率控字的設(shè)計(jì)，以及軟件和硬件設(shè)計(jì)，重點(diǎn)在于利用FPGA改進(jìn)設(shè)計(jì)，包括控制系統(tǒng)(頻率控制器和初始相位控制器)，尋址系統(tǒng)(相位累加器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器)，以及轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(D/A轉(zhuǎn)換器和濾波器)的設(shè)計(jì)。介紹了利用現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列(FPGA)實(shí)現(xiàn)數(shù)控振蕩器(DNO，即DDS)的原理、電路結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)介紹了DDS技術(shù)在FPGA中的實(shí)現(xiàn)方法，給出了采用ALTERA公司的FIEX1OK系列FPGA芯片EPF10K20TC144-4芯片進(jìn)行直接數(shù)字頻率合成的VHDL源程序。

標(biāo)簽： FPGA DDS

上傳時(shí)間： 2013-04-24

上傳用戶：huangzchytems
基于FPGA的DDS信號(hào)源的設(shè)計(jì)

頻率合成技術(shù)廣泛應(yīng)用于通信、航空航天、儀器儀表等領(lǐng)域，目前，常用的頻率合成技術(shù)有直接頻率合成、鎖相頻率合成和直接數(shù)字頻率合成(DDS)等。其中DDS是一種新的頻率合成方法，是頻率合成的一次革命。全數(shù)字化的DDS技術(shù)由于具有頻率分辨率高、頻率切換速度快、相位噪聲低和頻率穩(wěn)定度高等優(yōu)點(diǎn)而成為現(xiàn)代頻率合成技術(shù)中的佼佼者。隨著數(shù)字集成電路、微電子技術(shù)和EDA技術(shù)的深入研究，DDS技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。 DDS是把一系列數(shù)字量化形式的信號(hào)通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換形成模擬量形式的信號(hào)的合成技術(shù)。主要是利用高速存儲(chǔ)器作查尋表，然后通過(guò)高速D/A轉(zhuǎn)換產(chǎn)生已經(jīng)用數(shù)字形式存入的正弦波(或其它任意波形)。一個(gè)典型的DDS系統(tǒng)應(yīng)包括以下三個(gè)部分：相位累加器可以時(shí)鐘的控制下完成相位的累加；相位一幅度碼轉(zhuǎn)換電路一般由ROM實(shí)現(xiàn)；D/A轉(zhuǎn)換電路，將數(shù)字形式的幅度碼轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)設(shè)計(jì)靈活、速度快，在數(shù)字專用集成電路的設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用。本論文主要討論了如何利用FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)DDS系統(tǒng)，該DDS系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)是以FPGA為核心實(shí)現(xiàn)的，使用Altera公司的Cyclone系列FPGA。文章首先介紹了頻率合成器的發(fā)展，闡述了基于FPGA實(shí)現(xiàn)DDS技術(shù)的意義；然后介紹了DDS的基本理論；接著介紹了FPGA的基礎(chǔ)知識(shí)如結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、開發(fā)流程、使用工具等；隨后介紹了利用FPGA實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字頻率合成(DDS)的原理、電路結(jié)構(gòu)、優(yōu)化方法等。重點(diǎn)介紹DDS技術(shù)在FPGA中的實(shí)現(xiàn)方法，給出了部分VHDL源程序。采用該方法設(shè)計(jì)的DDS系統(tǒng)可以很容易地嵌入到其他系統(tǒng)中而不用外接專用DDS芯片，具有高性能、高性價(jià)比，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)；接著對(duì)輸出信號(hào)頻譜進(jìn)行了分析，特別是對(duì)信號(hào)的相位截?cái)嗾`差和幅度量化誤差進(jìn)行了詳細(xì)的討論，由此得出了改善系統(tǒng)性能的幾種方法；最后給出硬件實(shí)物照片和測(cè)試結(jié)果，并對(duì)此作了一定的分析。

標(biāo)簽： FPGA DDS 信號(hào)源

上傳時(shí)間： 2013-04-24

上傳用戶：yx007699
基于FPGA的DMBT信道調(diào)制的設(shè)計(jì)研究

隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，數(shù)字電視已逐漸成為現(xiàn)代電視的主流。利用今年是奧運(yùn)年的契機(jī)，研究和推廣數(shù)字電視廣播具有重大的意義。2006年8月底我國(guó)出臺(tái)的數(shù)字多媒體/電視廣播(DMB-T)標(biāo)準(zhǔn)，確立了中國(guó)自己的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。以此來(lái)發(fā)展擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)字電視事業(yè)，不僅可以滿足廣大人民群眾日益增長(zhǎng)的物質(zhì)、文化要求，還可以帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。本課題在深入研究DMB-T國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，首先對(duì)系統(tǒng)的調(diào)制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)規(guī)劃，然后對(duì)信道調(diào)制的星座映射、系統(tǒng)信息插入、幀體數(shù)據(jù)處理、PN序列插入的幀形成模塊和成形濾波模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)和仿真，并驗(yàn)證了其正確性。 3780個(gè)子載波的時(shí)域同步正交多載波技術(shù)(TDS-OFDM)是DMB-T調(diào)制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于載波數(shù)不是2的整數(shù)次冪，考慮到實(shí)現(xiàn)的有效性，不能采用現(xiàn)已成熟的基-2或基-4的快速傅立葉變換(FFT)算法。針對(duì)調(diào)制系統(tǒng)中特有的3780點(diǎn)IFFT，課題深入分析和比較了Cooley-Tukey、Winograd和素因子三種離散快速傅立葉變換算法的特點(diǎn)和性能，綜合利用了三種算法優(yōu)勢(shì)，考慮了算法的復(fù)雜度、運(yùn)算的速度、資源的消耗，設(shè)計(jì)出一種新的算法，進(jìn)行了Matlab驗(yàn)證和基于FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)的仿真。分析表明，該算法所需的加法、乘法次數(shù)已很逼近4096點(diǎn)FFT算法。 DMB-T發(fā)射端的基帶成形濾波采用了平方根升余弦滾降濾波，由于其0.05的滾降系數(shù)在實(shí)現(xiàn)中比較苛刻，所以是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一。本課題利用Matlab工具采用了等紋波最優(yōu)濾波的方法設(shè)計(jì)了169階數(shù)字濾波器，其阻帶衰減達(dá)到了46.9dB，完全符合標(biāo)準(zhǔn)的要求；利用四倍插值的方法實(shí)現(xiàn)了I、Q合路的該濾波器的FPGA設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化，顯著降低了濾波器的運(yùn)算量，大大節(jié)約了實(shí)現(xiàn)該濾波器所需的乘法器資源。

標(biāo)簽： FPGA DMBT 信道調(diào)制

上傳時(shí)間： 2013-06-28

上傳用戶：camelcamel690
基于FPGA的電力諧波分析儀的研究

隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，電力系統(tǒng)的非線性負(fù)荷日益增多，嚴(yán)重地污染了電網(wǎng)的環(huán)境，威脅著電網(wǎng)中的各種電氣設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，不論從保證電力系統(tǒng)和供電系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行或是從保證設(shè)備和人身的安全來(lái)看，對(duì)諧波污染造成的危害影響加以經(jīng)常監(jiān)測(cè)和限制都是極為迫切的。諧波測(cè)量是諧波治理的重要前提條件，也是分析解決諧波治理問題的基本問題。國(guó)內(nèi)外已有各種諧波檢測(cè)的研究，形成了多種諧波檢測(cè)方法，基于快速傅立葉變化的FFT是當(dāng)前諧波檢測(cè)中應(yīng)用最為廣泛的一種諧波檢測(cè)方法。特別是經(jīng)過(guò)技術(shù)補(bǔ)償后的FFT算法，在諧波檢測(cè)中具有更好的性能。但該方法在實(shí)現(xiàn)上主要是采用通用DSP器件(比如TI公司產(chǎn)品)，其實(shí)時(shí)性不強(qiáng)，影響了檢測(cè)性能。隨著微電子技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，基于FPGA的數(shù)字信號(hào)處理具有高速、開發(fā)簡(jiǎn)便、易于形成ASIC等優(yōu)勢(shì)而得到了廣泛的應(yīng)用。論文在分析諧波測(cè)量方法的基礎(chǔ)上，提出了基于FPGA實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)諧波測(cè)量系統(tǒng)。以嵌入式處理器NiosⅡ?yàn)楹诵?，?shí)現(xiàn)了電網(wǎng)諧波分析的周期圖功率譜分析方法。在整個(gè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，主要完成了基-28點(diǎn)、16點(diǎn)、32的FFT模塊、完成了求模運(yùn)算模塊以及輸出顯示模塊。通過(guò)比較仿真得到的方波、正弦信號(hào)的譜結(jié)構(gòu)與實(shí)際系統(tǒng)輸出的譜結(jié)構(gòu)，驗(yàn)證了該實(shí)現(xiàn)方法的正確性。

標(biāo)簽： FPGA 電力諧波分析儀

上傳時(shí)間： 2013-06-30

上傳用戶：無(wú)聊來(lái)刷下
基于FPGA的紅外圖像預(yù)處理系統(tǒng)

隨著紅外探測(cè)技術(shù)和超大規(guī)模專用集成電路的發(fā)展，實(shí)時(shí)紅外成像系統(tǒng)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。如何針對(duì)紅外圖像的特性對(duì)紅外圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，得到能真實(shí)反映探測(cè)場(chǎng)景、適合觀察分析的紅外圖像是目前紅外成像技術(shù)的研究熱點(diǎn)。針對(duì)紅外圖像在被采集后立即進(jìn)行預(yù)處理，簡(jiǎn)化后級(jí)數(shù)字信號(hào)處理單元的繁重任務(wù)，在紅外成像技術(shù)中具有重要意義。本論文主要工作如下： (1)對(duì)紅外成像的原理、紅外圖像的形成過(guò)程、紅外圖像的特征以及紅外圖像與可見光圖像的區(qū)別進(jìn)行了闡述。 (2)簡(jiǎn)要介紹了頻域中圖像的增強(qiáng)算法，以及圖像的灰度變換原理。 (3)通過(guò)對(duì)時(shí)域中各種算法的分析對(duì)比，以及時(shí)域處理與頻域處理的對(duì)比，選擇數(shù)種適合紅外圖像預(yù)處理的算法進(jìn)行硬件實(shí)現(xiàn)，然后再根據(jù)硬件實(shí)現(xiàn)的難易程度和算法對(duì)硬件資源的占用率，以及最終對(duì)圖像的處理效果，選擇一種最佳的平滑和銳化方法。 (4)針對(duì)FPGA的特點(diǎn)，采用了模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，方便構(gòu)成并行運(yùn)算，充分體現(xiàn)了實(shí)時(shí)處理的要求。 (5)分析了紅外圖像灰度變換的硬件構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了對(duì)紅外圖像的直方圖統(tǒng)計(jì)。 (6)闡述了I2C總線標(biāo)準(zhǔn)，使用I2C總線對(duì)SAA7115視頻圖像處理芯片的控制，對(duì)模擬的紅外圖像采集、量化成數(shù)字圖像信號(hào)；由于采用SDRAM進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，所以針對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及讀取方式設(shè)計(jì)了SDRAM存儲(chǔ)器的控制器，將量化后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到SDRAM存儲(chǔ)器。 (7)詳細(xì)闡述了圖像頻域處理的硬件實(shí)現(xiàn)方法，并特別說(shuō)明了DFT的FPGA硬件構(gòu)成方法及這種方法與DSP處理器構(gòu)成方法的區(qū)別。然后針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)序構(gòu)成及時(shí)序要求，采用了PLL核構(gòu)成了系統(tǒng)的時(shí)序部分，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，以提高運(yùn)行速度及減少資源占用率。

標(biāo)簽： FPGA 紅外圖像預(yù)處理

上傳時(shí)間： 2013-07-12

上傳用戶：頂?shù)弥?/p>
基于FPGA的路徑識(shí)別圖像傳感器的設(shè)計(jì)

基于彩色路徑識(shí)別的視覺導(dǎo)航方法是當(dāng)前自動(dòng)導(dǎo)航小車領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和方向。視覺導(dǎo)航是指根據(jù)地面路徑和被控對(duì)象之間的位置偏差控制其運(yùn)行的方向，因此，地面彩色路徑圖像的攝取及其識(shí)別處理就成為視覺導(dǎo)航系統(tǒng)中的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。在當(dāng)前的視覺導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，圖像處理的硬件平臺(tái)都是基于通用微處理器，嵌入式微處理器或者DSP進(jìn)行設(shè)計(jì)的。這些處理器一個(gè)共同的特點(diǎn)就是數(shù)據(jù)串行處理，而圖像處理過(guò)程涉及大量的并行處理操作，因此傳統(tǒng)的串行處理方式滿足不了圖像處理的實(shí)時(shí)性要求。鑒于微處理器這方面的不足，作者提出一種使用FPGA實(shí)現(xiàn)圖像識(shí)別的并行處理方案，并據(jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)智能圖像傳感器。該傳感器采用先進(jìn)的FPGA技術(shù)，將圖像采集及其顯示，路徑的識(shí)別處理以及通信控制等模塊集成在一個(gè)芯片上，形成一個(gè)片上系統(tǒng)(SOC)。其主要功能是對(duì)所采集的彩色路徑圖像進(jìn)行識(shí)別處理，獲得彩色路徑的坐標(biāo)及其方向角，并將處理結(jié)果發(fā)送給上位機(jī)，為自動(dòng)導(dǎo)航提供控制依據(jù)。本文將彩色路徑的識(shí)別處理過(guò)程劃分為三個(gè)階段，第一階段為顏色聚類識(shí)別，以獲得二值路徑圖像，第二階段為數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)運(yùn)算，用于對(duì)第一階段中獲得的二值圖像進(jìn)行去斑處理，第三階段為路徑中心線的定位及其方向角的測(cè)量。圖像傳感器與上位機(jī)的通信采用異步串行方式，由于上位機(jī)需要控制該傳感器執(zhí)行多種任務(wù)，作者定義一種基于異步串行通信的應(yīng)用層協(xié)議，用于上位機(jī)對(duì)傳感器的控制。在圖像的顯示中，為了彌補(bǔ)圖像采集的速率和VGA顯示速率的不匹配，作者提出一種基于單端口存儲(chǔ)器的圖像幀緩沖機(jī)制，通過(guò)VGA接口將采集的圖像實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)。根據(jù)上述思想，作者完成了系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)，并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。調(diào)試結(jié)果表明，傳感器系統(tǒng)的各個(gè)模塊都能正常工作，F(xiàn)PGA中的數(shù)字邏輯電路能夠?qū)崟r(shí)地將路徑從圖像中準(zhǔn)確地識(shí)別出來(lái)，.充分體現(xiàn)了FPGA對(duì)路徑圖像的高速處理優(yōu)勢(shì)，達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期目標(biāo)，在一定程度上豐富了路徑圖像識(shí)別處理的技術(shù)和方法。

標(biāo)簽： FPGA 路徑識(shí)別圖像傳感器

上傳時(shí)間： 2013-04-24

上傳用戶：ghostparker
計(jì)算機(jī)組成實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

《計(jì)算機(jī)組成原理》是計(jì)算機(jī)系的一門核心課程。但是它涉及的知識(shí)面非常廣，內(nèi)容包括中央處理器、指令系統(tǒng)、存儲(chǔ)系統(tǒng)、總線和輸入輸出系統(tǒng)等方面，學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程時(shí)，普遍覺得內(nèi)容抽象難于理解。但借助于該計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，可以進(jìn)一步融會(huì)貫通學(xué)習(xí)內(nèi)容，掌握計(jì)算機(jī)各模塊的工作原理，相互關(guān)系的來(lái)龍去脈。為了增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的功能，提高系統(tǒng)的靈活性，降低實(shí)驗(yàn)成本，我們采用FPGA芯片技術(shù)來(lái)徹底更新現(xiàn)有的計(jì)算器組成原理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該技術(shù)可根據(jù)用戶要求為芯片加載由VHDL語(yǔ)言所編寫出的不同的硬件邏輯，F(xiàn)PGA芯片具有重復(fù)編程能力，使得系統(tǒng)內(nèi)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(tǒng)設(shè)計(jì)概念，使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有極強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性。它不僅使該系統(tǒng)性能的改進(jìn)和擴(kuò)充變得十分簡(jiǎn)易和方便，而且使學(xué)生自己設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)變?yōu)榭赡?。?jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)的最終目的是讓學(xué)生能夠設(shè)計(jì)CPU，但首先，學(xué)生必須知道CPU的各個(gè)功能部件是如何工作，以及相互之間是如何配合構(gòu)成CPU的。因此，我們必須先設(shè)計(jì)出一個(gè)教學(xué)用的以FPGA芯片為核心的硬件平臺(tái)，然后在此基礎(chǔ)上開發(fā)出VHDL部件庫(kù)及主要邏輯功能，并設(shè)計(jì)出一套實(shí)驗(yàn)。本文重點(diǎn)研究了基于FPGA芯片的VHDL硬件系統(tǒng)，由于VHDL的高標(biāo)準(zhǔn)化和硬件描述能力，現(xiàn)代CPU的主要功能如計(jì)算，存儲(chǔ)，I/O操作等均可由VHDL來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，包括時(shí)序電路的組成及控制原理實(shí)驗(yàn)、八位運(yùn)算器的組成及復(fù)合運(yùn)算實(shí)驗(yàn)、存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)通路實(shí)驗(yàn)、浮點(diǎn)運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)、多流水線處理器實(shí)驗(yàn)等，這些實(shí)驗(yàn)形成一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)先由教師講解原理及原理圖，學(xué)生根據(jù)教師提供的原理圖，自己用MAX+PLUSII完成電路輸入，學(xué)生實(shí)驗(yàn)實(shí)際上是編寫VHDL，不需要寫得很復(fù)雜，只要能調(diào)用接口，然后將程序燒入平臺(tái)，這樣既不會(huì)讓學(xué)生花太多的時(shí)間在畫電路圖上，又能讓學(xué)生更好的理解每個(gè)部件的工作原理和工作過(guò)程。論文首先研究分析了FPGA硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，即實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件組成。系統(tǒng)采用FPGA-XC4010EPC84，62256CPLD以及其他外圍芯片(例如74LS244，74LS275)組成。根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)要求，規(guī)劃不同實(shí)驗(yàn)控制邏輯。用戶可選擇不同的實(shí)驗(yàn)邏輯，通過(guò)把實(shí)驗(yàn)邏輯下載到FPGA芯片中構(gòu)成自己的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。其次，論文詳細(xì)的闡述了VHDL模塊化設(shè)計(jì)，如何運(yùn)用VHDL技術(shù)來(lái)依次實(shí)現(xiàn)CPU的各個(gè)功能部件。VHDL語(yǔ)言作為一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的硬件描述語(yǔ)言，自1987年獲得IEEE批準(zhǔn)以來(lái)，經(jīng)過(guò)了1993年和2001年兩次修改，至今已被眾多的國(guó)際知名電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)工具研發(fā)商所采用，并隨同EDA設(shè)計(jì)工具一起廣泛地進(jìn)入了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研發(fā)領(lǐng)域，目前已成為電子業(yè)界普遍接受的一種硬件設(shè)計(jì)技術(shù)。再次，論文針對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中遇到的較為棘手的多流水線等問題，也進(jìn)行了深入的闡述和剖析。學(xué)生需要什么樣的實(shí)驗(yàn)條件，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟才能了解當(dāng)今CPU所采用的核心技術(shù)，才能掌握CPU的設(shè)計(jì)，運(yùn)行原理。另外，本論文的背景是需要學(xué)生熟悉基本的VHDL知識(shí)或技能，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)是在編寫VHDL代碼的前提下完成的。本文在基于實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境下，基本上較為完整的實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于FPGA的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)方案。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了部分功能的測(cè)試和部分性能方面的分析。本論文的研究，為FPGA在實(shí)際系統(tǒng)中的應(yīng)用提供研究思路和參考方案。論文的研究結(jié)果將對(duì)FPGA與VHDL標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步發(fā)展具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

標(biāo)簽： 計(jì)算機(jī)組成實(shí)驗(yàn)

上傳時(shí)間： 2013-04-24

上傳用戶：小強(qiáng)mmmm
基于FPGA的可編程技術(shù)的應(yīng)用

隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，尤其是現(xiàn)場(chǎng)可編程器件的出現(xiàn)，為滿足實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)的要求，誕生了一種新穎靈活的技術(shù)——可重構(gòu)技術(shù)。它采用實(shí)時(shí)電路重構(gòu)技術(shù)，在運(yùn)行時(shí)根據(jù)需要，動(dòng)態(tài)改變系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)，從而使系統(tǒng)既有硬件優(yōu)化所能達(dá)到的高速度和高效率，又能像軟件那樣靈活可變，易于升級(jí)，從而形成可重構(gòu)系統(tǒng)?？芍貥?gòu)系統(tǒng)的關(guān)鍵在于電路結(jié)構(gòu)可以動(dòng)態(tài)改變，這就需要有合適的可編程邏輯器件作為系統(tǒng)的核心部件來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能。論文利用可重構(gòu)技術(shù)和“FD-ARM7TDMLCSOC”實(shí)驗(yàn)板的可編程資源實(shí)現(xiàn)了一個(gè)8位微程序控制的“實(shí)驗(yàn)CPU”，將“實(shí)驗(yàn)CPU”與實(shí)驗(yàn)板上的ARMCPU構(gòu)成雙內(nèi)核CPU系統(tǒng)，并對(duì)雙內(nèi)核CPU系統(tǒng)的工作方式和體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步研究。首先，文章研究了8位微程序控制CPU的開發(fā)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)CPU的系統(tǒng)邏輯圖，來(lái)確定該CPU的指令系統(tǒng)，并給出指令的執(zhí)行流程以及指令編碼?！皩?shí)驗(yàn)CPU”采用的是微程序控制器的方式來(lái)進(jìn)行控制，因此進(jìn)行了微程序控制器的設(shè)計(jì)，即微指令編碼的設(shè)計(jì)和微程序編碼的設(shè)計(jì)。為利用可編程資源實(shí)現(xiàn)該“實(shí)驗(yàn)CPU”，需對(duì)“實(shí)驗(yàn)CPU”進(jìn)行VHDL描述。其次，文章進(jìn)行了“實(shí)驗(yàn)CPU”綜合下載與開發(fā)。文章中使用“Synplicity733”作為綜合工具和“Fastchip3.0”作為開發(fā)工具。將“實(shí)驗(yàn)CPU”的VHDL描述進(jìn)行綜合以及下載，與實(shí)驗(yàn)箱上的ARMCPU構(gòu)成雙內(nèi)核CPU，實(shí)現(xiàn)了基于可重構(gòu)技術(shù)的雙內(nèi)核CPU的系統(tǒng)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)板的具體環(huán)境，文章對(duì)雙內(nèi)核CPU系統(tǒng)存在的關(guān)鍵問題，如“實(shí)驗(yàn)CPU”的內(nèi)存讀寫問題、微程序控制器的實(shí)現(xiàn)，以及“實(shí)驗(yàn)CPU'’框架等進(jìn)行了改進(jìn)，并通過(guò)在開發(fā)工具中添加控制模塊和驅(qū)動(dòng)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)工作方式的控制。最后，文章對(duì)雙核CPU系統(tǒng)進(jìn)行了功能分析。經(jīng)分析，該系統(tǒng)中兩個(gè)CPU內(nèi)核均可正常運(yùn)行指令、執(zhí)行任務(wù)。利用實(shí)驗(yàn)板上的ARMCPU監(jiān)視用“實(shí)驗(yàn)CPU”的工作情況，如模擬“實(shí)驗(yàn)CPU”的內(nèi)存，實(shí)現(xiàn)機(jī)器碼運(yùn)行，通過(guò)串行口發(fā)送的指令來(lái)完成單步運(yùn)行、連續(xù)運(yùn)行、停止、“實(shí)驗(yàn)CPU"指令文件傳送、“實(shí)驗(yàn)CPU"內(nèi)存修改、內(nèi)存察看等工作，所有結(jié)果可顯示在超級(jí)終端上。該系統(tǒng)通過(guò)利用ARMCPU來(lái)監(jiān)控可重構(gòu)CPU，研究雙核CPU之間的通信，嘗試新的體系結(jié)構(gòu)。

標(biāo)簽： FPGA 可編程

上傳時(shí)間： 2013-04-24

上傳用戶：royzhangsz
基于FPGA的溫度采集控制器

溫度是生活中最基本的環(huán)境參數(shù)。溫度的監(jiān)測(cè)與控制，對(duì)于生物生存生長(zhǎng)，工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展都有著非同一般的意義。溫度傳感器的應(yīng)用涉及機(jī)械制造、工業(yè)過(guò)程控制、汽車電子產(chǎn)品、消費(fèi)電子產(chǎn)品和專用設(shè)備等各個(gè)領(lǐng)域。傳統(tǒng)的常用溫度傳感器有熱電偶、電阻溫度計(jì)RTD和NTC熱敏電阻等。但信號(hào)調(diào)理，模數(shù)轉(zhuǎn)換及恒溫器等功能全都會(huì)增加成本。現(xiàn)代集成溫度傳感器通常包含這些功能，并以其低廉的價(jià)格迅速地占據(jù)了市場(chǎng)。Dallas Semiconductor公司推出的數(shù)字式溫度傳感器DS1820采用數(shù)字化一線總線技術(shù)具有許多優(yōu)異特性。其一，它將控制線、地址線、數(shù)據(jù)線合為一根導(dǎo)線，允許在同一根導(dǎo)線上掛接多個(gè)控制對(duì)象，形成多點(diǎn)一線總線測(cè)控系統(tǒng)。布線施工方便，成本低廉。其二，線路上傳送的是數(shù)字信號(hào)，所受干擾和損耗小，性能好。本課題旨在分析和設(shè)計(jì)基于數(shù)字化一線總線技術(shù)的溫度測(cè)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用FPGA實(shí)現(xiàn)一個(gè)溫度采集控制器，用于傳感器和上位機(jī)的連接，并采用Microsoft公司的Visual C++作為開發(fā)平臺(tái)，運(yùn)用MSComm控件進(jìn)行串口通信，進(jìn)行命令的發(fā)送和接收。

標(biāo)簽： FPGA 溫度采集控制器

上傳時(shí)間： 2013-07-29

上傳用戶：BOBOniu