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流水線加法器

基于FPGA的PID控制器研究與實現.rar

基于微處理器的數字PID控制器改變了傳統模擬PID控制器參數整定不靈活的問題。但是常規微處理器容易在環境惡劣的情況下出現程序跑飛的問題，如果實現PID軟算法的微處理器因為強干擾或其他原因而出現故障，會引起輸出值的大幅度變化或停止響應。而FPGA的應用可以從本質上解決這個問題。因此，利用FPGA開發技術，實現智能控制器算法的芯片化，使之能夠廣泛的用于各種場合，具有很大的應用意義。首先分析FPGA的內部結構特點，總結FPGA設計技術及開發流程，指出實現結構優化設計，降低設計難度，是擴展設計功能、提高芯片性能和產品性價比的關鍵。控制系統由四個模塊組成，主要包括核心控制器模塊、輸入輸出模塊以及人機接口。其中控制器部分為系統的關鍵部件。在分析FPGA設計結構類型和特點的基礎上，提出一種基于FPGA改進型并行結構的PID溫度控制器設計方法。在PID算法與FPGA的運算器邏輯映像過程中，采用將補碼的加法器代替減法器設計，增加整數運算結果的位擴展處理，進行不同數據類型的整數歸一化等不同角度的處理方法融合為一體，可以有效地減少邏輯運算部件。應用Ouartus Ⅱ圖形輸入與Verilog HDL語言相結合設計實現了PID控制器，用Modelsim仿真驗證了設計結果的正確性，用Synplify Pro進行電路綜合，在Quaitus Ⅱ軟件中實現布局布線，最后生成FPGA的編程文件。根據控制系統的要求，論文設計完成了12位模數AD轉換器、數據顯示器、按鍵等相關外圍接口電路。將一階、純滯后、大慣性電阻爐溫作為控制對象，以EP1C3T144 FPGA為核心，構建PID控制系統。在采用Pt100溫度傳感器、分辨率為2℃、最大溫度控制范圍0～400℃的條件下，實驗結果表明，達到無超調的穩定控制要求，為降低FPGA實現PID控制器的設計難度提供了有效的方法。

標簽： FPGA PID 控制器

上傳時間： 2013-06-13

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軟件無線電中FIR濾波器的Matlab設計及FPGA實現.rar

軟件無線電作為一種新的無線通信概念和體制，近年來隨著3G標準的提出，日益受到國內外相關通信廠商的重視。尤其是基于軟件無線電和智能天線技術的TD-SCDMA作為通信史上第一個“中國標準”，有望扭轉多年來我國移動通信制造業的被動局面，是實現信息產業騰飛的一個絕好機會。軟件無線電使得通信體制具有很好的通用性、靈活性和可配置性，并使系統互聯和升級變得容易。本文以軟件無線電中的FIR濾波器為線索，貫穿了信號重構、多抽樣率信號處理、積分梳狀濾波器等理論分析，重點闡釋了FIR濾波器的設計方法及濾波器的FPGA實現等技術問題。本文首先針對軟件無線電中的多抽樣率信號處理理論進行了討論和分析。討論了軟件無線電中如何實現整數倍抽取、整數倍內插、分數倍抽樣率變換，并分析了網絡結構的等效變換、多相濾波及積分梳狀濾波器的設計理論。緊接著重點闡述了軟件無線電中FIR濾波器的設計理論，包括窗函數法、頻率抽樣法及等紋波法。分析了各種設計方法所能達到的性能指標及優缺點，并結合工程實例給出了相關的Matlab程序。并對FIR濾波器結構的選擇及系數字長的確定等問題進行了分析。此外，也介紹了在Matlab進行輔助設計時一些常用函數和命令的用法。本文選用FPGA來實現中頻軟件無線電，FPGA與參數化ASIC、DSP比較有很多優勢，它不但在功耗、體積、成本方面優于參數化ASIC、DSP，而且處理效率高、現場可編程性能良好。不同于DSP的單流處理方式，FPGA是多流并行處理，這種處理方式使FPGA能完成DSP難以實現的許多功能。在簡單介紹了FPGA的一般原理，以及FPGA設計中的關鍵技術和在信號處理中的設計原則以后，重點介紹了FIR濾波器的FPGA實現方法。提出了分布式算法、加法器網絡法以及分段FIFO等實現方法。最后，提出了一種QuartusII與MATLAB聯合仿真的方法。此方法能夠直觀的檢驗濾波器的濾波效果，提高設計效率。并結合工程實例詳盡的介紹了FIR濾波器的設計開發流程。

標簽： Matlab FPGA FIR

上傳時間： 2013-04-24

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基于FPGA/CPLD實現的FFT算法與仿真分析

可編程邏輯器件FPGA(現場可編程門陣列)和CPLD(復雜可編程邏輯器件)越來越多的應用于數字信號處理領域，與傳統的ASIC(專用集成電路)和DSP(數字信號處理器)相比，基于FPGA和CPLD實現的數字信號處理系統具有更高的實時性和可嵌入性，能夠方便地實現系統的集成與功能擴展。 FFT的硬件結構主要包括蝶形處理器、存儲單元、地址生成單元與控制單元。本文提出的算法在蝶形處理器內引入流水線結構，提高了FFT的運算速度。同時，流水線寄存器能夠寄存蝶形運算中的公共項，這樣在設計蝶形處理器時只用到了一個乘法器和兩個加法器，降低了硬件電路的復雜度。為了進一步提高FFT的運算速度，本文在深入研究各種乘法器算法的基礎上，為蝶形處理器設計了一個并行乘法器。在實現該乘法器時，本文采用改進的布斯算法，用以減少部分積的個數。同時，使用華萊士樹結構和4-2壓縮器對部分積并行相加。本文以32點復數FFT為例進行設計與邏輯綜合。通過設計相應的存儲單元，地址生成單元和控制單元完成FFT電路。電路的仿真結果與軟件計算結果相符，證明了本文所提出的算法的正確性。另外，本文還對設計結果提出了進一步的改進方案，在乘法器內加入一級流水線寄存器，使FFT的速度能夠提高到當前速度的兩倍，這在實時性要求較高的場合具有極高的實用價值。

標簽： FPGA CPLD FFT 算法

上傳時間： 2013-07-18

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基于FPGA的音頻處理器的設計與實現

本文分析了數字音頻處理技術中數字濾波器的各種傳統實現算法,尤其是研究了FIR數字濾波器的實現算法,在分析了數字濾波器的傳統算法的基礎上,針對家用和便攜式音頻處理系統,提供一種基于FPGA的音頻處理器的實現方案,以適應便攜式和家用設備對處理器體積和功耗小的發展要求.該方案對實現N階FIR數字濾波器的傳統算法進行了改良,將濾波器的系數用浮點數表示法來表示,使得原本至少需要一個乘法器和一個加法器來實現濾波功能,現在僅需要若干次加法和移位運算就可以實現,很大程度降低了設計的復雜度和系統功耗,也減少了芯片的面積.同時采用硬件描述語言VHDL實現了音頻處理器各個模塊的設計.

標簽： FPGA 音頻處理器

上傳時間： 2013-06-02

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基于運動補償的去隔行系統的研究與FPGA設計

本文采用基于運動補償的算法,對去隔行系統及其FPGA設計作了深入的研究.該系統包括三個關鍵模塊運動估計模塊是去隔行系統的設計重點,設計為雙向運動估計,采用菱形快速搜索算法,主要分為計算和控制兩大部分.計算部分為SAD計算模塊,采用累加樹和流水線技術;控制部分根據菱形搜索算法的第三步搜索的特點,對比較模塊、SAD暫存器等模塊做了具體的設計.對于運動補償模塊采用雙向補償的算法,補償精度為半像素.根據半像素點的位置將運動補償計算分為四個狀態,并通過對四個狀態計算特點的分析設計了加法器的結構復用.同時基于視頻數據處理的需要,設計了四個具有雙體存儲結構的內部緩存器,由FPGA內部的嵌入式陣列塊實現.根據運動估計模塊和運動補償模塊的計算特點,分別對緩存器的結構、讀寫時序和列序號控制進行設計,有效提高了數據的存取效率.本文對于這三個去隔行系統的關鍵模塊都給出了RTL級設計和模塊的功能仿真,并在最后一章中給出了去隔行系統的FPGA設計.

標簽： FPGA 補償去隔行

上傳時間： 2013-06-11

上傳用戶：han_zh
SYSTEMVIEW教材

SystemView的庫資源十分豐富，包括含若干圖標的基本庫（Main Library）及專業庫(Optional Library)，基本庫中包括多種信號源、接收器、加法器、乘法器，各種函數運算器等；專業庫有通訊（Communication）、邏輯（Logic）、數字信號處理（DSP）、射頻/模擬（RF/Analog）等；它們特別適合于現代通信系統的設計、仿真和方案論證，尤其適合于無線電話、無繩電話、尋呼機、調制解調器、衛星通訊等通信系統；并可進行各種系統時域和頻域分析、譜分析，及對各種邏輯電路、射頻/模擬電路（混合器、放大器、RLC電路、運放電路等）進行理論分析和失真分析。　　System View能自動執行系統連接檢查，給出連接錯誤信息或尚懸空的待連接端信息，通知用戶連接出錯并通過顯示指出出錯的圖標。這個特點對用戶系統的診斷是十分有效的。　　System View的另一重要特點是它可以從各種不同角度、以不同方式，按要求設計多種濾波器，并可自動完成濾波器各指標—如幅頻特性（伯特圖）、傳遞函數、根軌跡圖等之間的轉換。　　在系統設計和仿真分析方面，System View還提供了一個真實而靈活的窗口用以檢查、分析系統波形。在窗口內，可以通過鼠標方便地控制內部數據的圖形放大、縮小、滾動等。另外，分析窗中還帶有一個功能強大的“接收計算器”，可以完成對仿真運行結果的各種運算、譜分析、濾波。　　System View還具有與外部文件的接口，可直接獲得并處理輸入/輸出數據。提供了與編程語言VC++或仿真工具Matlab的接口，可以很方便的調用其函數。還具備與硬件設計的接口：與Xilinx公司的軟件Core Generator配套，可以將System View系統中的部分器件生成下載FPGA芯片所需的數據文件；另外，System View還有與DSP芯片設計的接口，可以將其DSP庫中的部分器件生成DSP芯片編程的C語言源代碼。

標簽： SYSTEMVIEW 教材

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：doudouzdz
數字系統新概念設計.pdf

目前，數字技術已滲透到科研、生產和人們日常生活的各個領域。從計算機到家用電器，從手機到數字電話，以及絕大部分新研制的醫用設備、軍用設備等，無不盡可能地采用了數字技術。數字系統是對數字信息進行存儲、傳輸、處理的電子系統。通常把門電路、觸發器等稱為邏輯器件，將由邏輯器件構成，能執行某單一功能的電路，如計數器、譯碼器、加法器等，稱為邏輯功能部件，把由邏輯功能部件組成的能實現復雜功能的數字電路稱數字系統。復雜的數字系統可以分割成若干個子系統，例如計算機就是一個內部結構相當復雜的數字系統。不論數字系統的復雜程度如何，規模大小怎樣，就其實質而言皆為邏輯問題，從組成上說是由許多能夠進行各種邏輯操作的功能部件組成的，這類功能部件，可以是SSI邏輯部件，也可以是各種MSI、LSI邏輯部件，甚至可以是CPU芯片。由于各功能部件之間的有機配合，協調工作，使數字電路成為統一的數字信息存儲、傳輸、處理的電子電路。與數字系統相對應的是模擬系統，和模擬系統相比，數字系統具有工作穩定可靠，抗干擾能力強，便于大規模集成，易于實現小型化、模塊化等優點。

標簽： 數字系統概念設計

上傳時間： 2013-07-06

上傳用戶：yepeng139
OFDM信道估計模塊運算部件的FPGA設計

正交頻分復用(OnIlogonaJ Frequency Division Multiplexing，OFDM)技術通過將整個信道分為多個帶寬相等并行傳輸的子信道，通過將信息經過子信道獨立傳輸來實現通信，子信道的正交性可以保證最大限度的利用頻譜資源。OFDM系統通過循環前綴來消除符號間干擾(ISI)，通過IDFT/DFT調制解調降低了系統實現的復雜度。由于其頻譜利用率高，抗多徑能力強，在多種通信場合中都得到了應用。雖然有著上述優點，但為了準確的恢復信號，信道估計是OFDM系統中必須實現的一環。本文正是針對OFDM接收機中的信道估計模塊的運算部件的實現進行了研究。首先，研究了OFDM信道估計的LS算法，一階線性插值算法，二次多項式插值算法，建立了適用于寬帶通信系統的信道估計模塊模型。其次研究了加法器電路和乘法器電路的實現，包括進位行波加法器，曼徹斯特進位鏈，超前進位加法器和乘法原理，陣列乘法器，wallace樹乘法器及BOOTH編碼算法，并分析了各種電路的特性及優缺點。接著研究了幾種主要的除法器設計算法，包括數字循環算法，基于函數迭代的算法，以及CORDIC算法，結合信道估計的特點選擇了函數迭代和CORDIC算法作為具體實現的方法。最后，在前面的設計的基礎上在FPGA芯片上實現了前面的設計方案。

標簽： OFDM FPGA 信道估計模塊

上傳時間： 2013-06-06

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基于FPGA的數字濾波器實現技術研究

隨著數字信號處理技術應用的不斷深入，數字信號處理系統的實現面臨著很多挑戰，其中面臨的四個主要問題是：速度、設計規模、功耗和開發周期。因此許多數字信號處理的實現方法被提出，其中基于FPGA的實現技術就是其中的重要技術之一。本文以數字信號處理系統的實現為應用背景，著重研究了基于FPGA的數字濾波器實現技術。本文分為兩個主要部分：第一部分以Xilinx公司的FPGA為例，總結了FPGA設計的基本方法及設計流程，并在此基礎上介紹了一種用于產品快速開發的設計方式—基于SystemGenerator的設計方式，這種設計方式向數字信號處理系統的設計者提供了自上而下的FPGA解決方案。第二部分系統地研究了基于FPGA的數字濾波器實現技術。該部分首先研究了三種適合于FPGA的FIR濾波器實現方法，直接結構、轉置結構及分布式算法。其次，討論了針對直接結構FIR濾波器的乘法器優化技術，CSD編碼和系數分解，以及針對轉置結構FIR濾波器的乘法器優化技術，簡化加法器圖，并結合實例給出了它們的優化效果。再次，介紹了直接結構FIR濾波器中常用多操作數加法實現方法，二叉樹和Wallace樹，并在Wallace樹的基礎上提出了一種適合于FPGA的1比特多操作數加法結構，這種實現結構在實現采樣字長與系數字長均為l比特的FIR濾波器時，使FPGA的資源利用率得到明顯提高。最后還給出了三種FIR濾波器實現方法在FPGA中應用的優缺點及其適用性，并給出了一個帶通濾波器的設計實例。論文的研究成果已應用于“北斗一號”導航定位接收機中。

標簽： FPGA 數字濾波器實現技術

上傳時間： 2013-08-01

上傳用戶：Andy123456
基于FPGA的星圖采集及預處理算法實現

本文的目的就是研究如何應用FPGA這種大規模的可編程邏輯器件實現CCD（Charge Coupled Device，電荷耦合器件）數字圖像的實時采集及預處理。基于對實時圖像處理系統的研究與設計，本文主要研究工作及成果如下： 1.本論文詳細的介紹了圖像采集卡的結構和基本工作原理。同時，針對高分辨率的CCD攝像機，探討了有關點目標與CCD像元一一對應的圖像采集及其硬件和軟件設計方法。 2.本文分析了星圖中弱小目標、噪聲以及背景的特點，給出了點目標的場景圖像的數學模型及復雜背景下點目標檢測的預處理方法。針對星圖灰度分布的特點，采用高斯低通濾波算法和高通濾波算法對星圖進行預處理，同時還對圖像掃描聚類算法進行了研究與分析。 3.數字信號處理器常常因為在復雜性、運算速度等方面的限制，難以實時的實現復雜的檢測算法。本文采用FPGA技術，實現了復雜背景下弱點目標的預處理算法，解決了計算、數據緩沖和存儲操作協調一致的問題，同時采用并行高密度加法器和流水線的工作方式，使整個系統的數據交換和處理速度得以很大的提高，合理的解決了資源和速度之間的相互制約問題，并在實際中取得滿意的結果。

標簽： FPGA 采集預處理算法

上傳時間： 2013-07-03

上傳用戶：wang5829