渦流無損檢測技術作為五大常規無損檢測技術之一，不僅能夠探測導體表面的涂層厚度，材料成分，組織狀態以及某些物理量和機械量，還能檢測材料或構件中是否有缺陷并判斷缺陷的形狀、大小、分布、走向。脈沖渦流無損檢測技術因其激勵信號的頻域特點，具有有效率高，檢測準確的特性，因而有著廣泛的應用前景。 用無損檢測方法進行鋼鐵材質檢測的研究工作取得了大量成果，然而對于鋼材及其制品的混料、硬度和裂紋質量檢測還存在許多難題，如用傳統檢測方法檢測齒輪毛坯的硬度效果不夠理想，而且人工記錄方法較慢。 本文以渦流檢測技術理論為基礎，系統地分析了脈沖渦流檢測的基本理論。在此基礎上設計了一套用于檢測鋼鐵材硬度的脈沖渦流檢測儀器。該脈沖渦流檢測系統可分為硬件、軟件兩個子系統。整個系統由激勵源、渦流傳感器、數據處理、結果顯示這四個主要部分組成。在渦流探傷中，影響渦流的因素很多，產生大量噪聲使得信號分析相對困難。系統以FPGA為開發平臺，使得信號激勵和信號的采集可以在同一電路中實現，從而提高了信號處理的精確性，接著利用主成分分析方法去除噪音，提取信號的特征值，建立回歸方程，利用最小二乘法實現對鋼鐵材質硬度的測量。實驗結果表明，以FPGA為開發平臺，采用脈沖渦流激勵的方式及相關的脈沖渦流的主成分分析處理方法，使鋼鐵材質硬度的判別準確率有了很大提高。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著各種非線性電力電子設備的大量應用，電網中的諧波污染日益嚴重。為了保證電力系統的安全經濟運行，保證電氣設備和用電人員的安全，治理電磁環境污染、維護綠色環境，研究實時、準確的電力諧波分析系統，對電網中的諧波進行實時檢測、分析和監控，都具有重要的理論和工程實際意義。 目前實際應用的電力諧波分析系統大多是以單片機為核心組成。單片機運行速度慢，實時性較差，不能滿足實際應用中對系統實時性越來越高的要求。另外，單片機的地址線和數據線位數較少，這使得由單片機構成的電力諧波分析系統外圍電路龐大，系統的可靠性和可維護性上都大打折扣。 本文首先研究了電力諧波的產生，危害及國內外研究現狀，對電力諧波檢測中常用的各種算法進行分析和比較；然后介紹了FPGA芯片的特性和SOPC系統的特點，并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。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。 然后，對整個諧波處理器系統的框架及結構進行描述，包括系統的功能結構分配，外圍硬件電路的結構及軟件設計流程。其后，針對系統外圍硬件電路、FFTIP核設計和SOPC系統的組建，進行詳細的分析與設計。系統采用NiosⅡ處理器核和FFT運算協處理器相結合的結構。FFT運算用專門的FFT運算協處理器核完成，使得系統克服的單片機系統實時性差和速度慢的缺點。FFTIP核采用現在ASIC領域的一種主流硬件描述語言VHDL進行編寫，采用順序的處理結構和IEEE浮點標準運算，具有系統簡單、占用硬件資源少和高運算精度的優點。諧波分析儀系統組建采用SOPC系統。SOPC系統具有可對硬件剪裁和添加的特點，使得系統的更簡單，應用面更廣，專用性更強的優點。最后，給出了對系統中各模塊進行仿真及系統生成的結果。
上傳時間： 2013-04-24
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在船舶交管系統中，雷達信息處理是最重要的組成部分。視頻回波處理中的雜波處理要求實時性很高，大約要在一個距離單元的時間(0.05-0.1us)內完成。雜波處理如恒虛警處理本身比較復雜，這類處理過程又要求快速，圖像顯示系統要求及時的把接收到的雷達方位數據從極坐標轉換成直角坐標。在軟件上實現這些算法雖然精度可以達到，但是實時性問題不能滿足。因此這類問題多采用高速專用數字設備來實現。FPGA在數字信號處理領域有非常廣闊的應用前景，以其優良的性能在數字信號處理中發揮了重大的作用。CORDIC算法可以在硬件上以很高的精度實現一些函數和運算。針對以上幾點，本文提出了利用CORDIC算法，基于FPGA來實現雷達信號處理和圖像顯示的算法研究，用硬件來實現正弦、余弦、正切、乘法、除法、指數和對數等基本函數和運算，把他們設計成為可重用的IP core，這樣可以滿足實時性和精度的問題。從而在將來的算法研究中方便的調用，這樣在算法研究中可以節約大量的時間，在一定程度上降低研究的難度。 圍繞雷達信號處理和圖像顯示，本次課題設計主要做了如下工作： 1．對CORDIC算法進行分析和研究，以及它在雷達信號處理和圖像顯示中的影響。 2．成功用硬件描述語言在Xilinx公司軟件ISE的環境下編寫代碼，在Synplify和Modelsim上做了綜合和仿真。 3．對實驗結果進行精度和速度分析。 4．對雷達信號處理和圖像顯示的相關算法進行分析和研究。 5．從實例分析IP core的特點，對算法研究的影響和IP core在雷達信號處理和圖像顯示中的應用。 最終在實踐環節，成功利用CORDIC算法，在FPGA上實現可重用的IP core，這些IP core能夠以很高的精度實現一些基本函數和運算，在雷達信號處理與圖像顯示中起到很大的作用。
上傳時間： 2013-07-16
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本文完成了一種高速高性能數字脈沖壓縮處理器的設計和FPGA實現，包括系統架構設計、方案論證及仿真、算法實現、結果的測試等。 緒論部分首先闡明了本課題研究的背景和意義，概述了雷達數字脈沖壓縮系統的主要研究內容，關鍵技術及其發展趨勢，然后介紹了數字脈沖壓縮系統設計與實現的要求，最后給出了本文的主要研究內容。 第二章敘述了線性調頻信號脈沖壓縮的基本原理，對系統設計的實現方法進行了實時性方面的論證，并基于MATLAB做了仿真分析。 第三章從數字系統結構化設計方面將本系統劃分為三個部分：輸入部分、脈壓計算部分、輸出部分，并在流程圖中對各部分所要實現的功能做了介紹。 第四章首先總結了數字脈沖壓縮的實現途徑；提出了基于自定制浮點數據格式和分時復用蝶型結構的數字脈沖壓縮系統設計思想，對其關鍵技術進行了深入的研究。 第五章對輸入輸出模塊的功能做了詳細的描述，設計了具體的結構和電路。 第六章針對系統的測試驗證，提出面向SOC的模塊驗證和系統軟硬協同驗證的驗證策略。通過Link for Modelsim工具，實現MATAB與Modelsim之間對VHDL代碼的聯合仿真測試，通過在線邏輯分析工具ChipScope，完成系統的片上測試，并分析系統的性能，證明系統的可實用性。滿足設計的要求。 本文研制的數字脈沖壓縮處理器具有動態范圍大、處理精度高、處理能力強、體積小、重量輕、實時性好的優點，為設計高性能的現代雷達信號處理系統提供了可靠的保證。
上傳時間： 2013-07-01
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密集型的矩陣運算在信號處理和圖像處理中被廣泛應用，而且往往需要系統進行實時運算，這就需要系統具有很高的吞吐率。因此尋找矩陣運算的高速實現方法是很有意義的。FPGA的運算速度快并且可以并行運算，和其它矩陣運算的實現方式相比，FPGA有其獨特的優勢。本文主要設計并實現了基于FPGA的各種矩陣運算模塊。 本文首先介紹了矩陣運算的特點和原理，接著討論了FPGA浮點運算單元的VHDL設計方法，在此基礎上，設計了矩陣相乘累加、三角矩陣求逆和一般矩陣分解求逆的運算模塊，給出矩陣階數擴大時各種矩陣運算的分塊實現方法。然后在ModelSim環境下仿真了一般矩陣的求逆模塊，與Maflab仿真結果比較，分析了運算精度、時間復雜度和資源占用情況，在Virtex-4系列FPGA硬件平臺上進行了調試和測試，并通過USB接口將矩陣運算結果送入PC機，驗證了基于FPGA矩陣運算的正確性和可行性。最后對矩陣求逆模塊在雷達信號中的應用作了簡單介紹。
上傳時間： 2013-07-20
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近年來，計算機圖形學應用越來越廣泛，尤其是三維(3D)繪圖。3D繪圖使用3D模型和各種影像處理產生具有三維空間真實感的影像，應用于虛擬真實情況以及多媒體的產品上，且多半是使用低成本的實時3D計算機繪圖技術為基礎。在初期3D圖形學剛起步時，由于圖形簡單，因此可以利用CPU來運算，但隨著圖形學技術的發展，所要繪制的圖形越來越復雜，這時如果單純依賴CPU來處理，不能達到實時的要求，因此需要專門的硬件來加速圖形處理，GPU(圖形處理單元)因此出現了。不過由于3D圖形加速硬件的復雜性和短壽命，這極大地提高了對硬件開發環境的需要。為了更好的對設計進行更改和測試，不能僅僅用專門定制的方法來設計，需要其他的方：硬件描述語言(HDL)和FPGA。 隨著計算機繪圖規模的需要，借助輔助硬件資源，來提高圖形處理單元(GPU)處理速度的需求越來越普遍。自從15年前現場可編程門陣列(FPGA)開始出現以來，其在可編程硬件領域所起的作用越來越大。它們在速度、體積和速度方面都有了很大的提高。這意味著FPGA在以前只能使用專用硬件的場合越來越重要。其中一個應用領域就是3D圖形渲染，在這個研究領域里人們正在利用具有可編程性能的FPGA來幫助改進圖形處理單元(GPU)的性能。 能夠在廉價、可動態重新配置的FPGA上實現復雜算法來輔助硬件設計。本文的設計就是通過在FPGA上實現3維圖形幾何處理管線部分功能來提高圖形處理速度。具體實現中使用硬件描述語言(Verilog HDL)進行邏輯設計，并發現問題解決問題。 本文主要特色如下： 1.針對幾何變換換子系統，提出一種硬件實現方案，該方案能對基本的幾何變換如：平移、縮放、旋轉和投影進行操作。首先構造出總體變換矩陣，隨后進行矩陣乘法運算，再進行投影變換，最后輸出變換座標。提出一種脈動陣列結構，用于兩個矩陣的乘法運算。找到一種快捷的方法來實現矩陣相乘，將能大大提高系統的效率。 2.對于3D圖形裁剪，文中描述了一種裁剪引擎，它能夠處理3D圖形中的裁剪、透視除法以及視口映射的功能。硬件實現的難度取決于裁剪算法的復雜程度。我們在Sutherland-Hodgman裁剪算法的基礎上提出一種新的裁剪算法，該算法通過去除冗余頂點以提高處理速度，同時利用編碼來判斷線段可見性的方法使得硬件實現變得很容易。 3.最后，我們在FPGA上實現了幾何變換以及三維裁剪，并與C語言的模擬結果對比發現結果正確，且三維裁剪能夠以3M個三角形/s的速度運行，滿足了圖形流水中的實時性要求。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著數字電子技術的發展，數字信號處理的理論和技術廣泛的應用于通訊、語音處理、計算機和多媒體等領域。快速傅立葉變換(FFT)使離散傅立葉變換的運算時間縮短了幾個數量級，在數字信號處理領域被廣泛應用。FFT已經成為現代信號處理的重要手段之一。 現場可編程門陣列(FPGA)是近年來迅速發展起來的新型可編程器件。隨著它的不斷應用和發展，也使電子設計的規模和集成度不斷提高。同時基于FPGA實現FFT的設計方法和思想被提出。本次設計的目的是快速傅立葉變換(FFT)的FPGA實現。 此文在分析了快速傅立葉算法的基礎上，提出了一種頻率抽取基4 FFT的FPGA設計方案，針對現有FFT的FPGA實現過程中蝶形運算需要頻繁乘以多個旋轉因子提出了改進方法，減少了旋轉因子的乘法次數和存儲空間，加快了蝶形運算的速度，設計的地址映射方法，無需運算即可得到所需數據的存放地址，并結合采用乒乓結構和流水線方式，來提高快速傅立葉變換(FFT)FPGA實現的速度。描述了一片FPGA芯片內完成了整個FFT處理器的電路設計，經過模塊時序仿真和數據的驗證及測試，達到工作在50MHz時鐘頻率的設計要求。最后對后續設計做了描述，并對用FPGA實現FFT做了展望。
上傳時間： 2013-04-24
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紋理映射在計算機圖形計算中屬于光柵化階段，處理的是像素，主要的特點是數據的吞吐量大，對實時系統來說轉換的速度是一個關鍵的因素，人們尋求各種加速算法來提高運算速度。傳統的方法是用更快的處理器，并行算法或專用硬件。隨著數字技術的發展，尤其是可編程邏輯門陣列(FPGAs)的發展，提供了一種新的加速方法。FPGAs在密度和性能上都有突破性的發展，當前的FPGA芯片已經能夠運算各種圖形算法，而在速度上與專用的圖形卡硬件相同。因此，FPGA芯片非常適合這項工作。 本文主要工作包括以下幾個方面： 1、本文提出了一種MIPmapping紋理映射優化方法，改進了MIPmapping映射細化層次算法及紋理圖像的存儲方式，減少紋理尋址的計算量，提高紋理存儲的相關性。詳細內容請閱讀第三章。 2、提出了一種MIPmapping紋理映射優化方法的硬件實現方案，該方案針對移動設備對功耗和面積的要求，以及分辨率不高的特點，在參數空間到紋理地址的計算中用定點數來實現。詳細內容請閱讀第四章。 3、實現了紋理映射流水線單元紋理地址產生電路，及紋理濾波電路的FPGA設計，并給出設計的綜合和仿真結果。詳細內容請閱讀第五章4、實現了符合IEEE 754單精度標準的乘法、乘累加及除法運算器電路。乘法器采用改進型Booth編碼電路以減少部分積數量，用Wallace對部分積進行壓縮；乘累加器采用multiply-add fused算法，對關鍵路徑進行了優化；除法器為基于改進型泰勒級數展開的查找表結構實現，查找表尺寸只有208字節，電路為固定時延，在電路尺寸、延時及復雜度方面進行了較好的平衡。
上傳時間： 2013-04-24
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本文針對目前國內外基于FPGA實現模糊控制器的理論、EDA軟件工具的使用以及FPGA 技術的發展，對模糊控制器的設計作了有益的探索，并達到了預期的實驗效果。文章綜述了模糊控制理論的產生、發展、應用現狀以及今后的發展方向；介紹了模糊邏輯、模糊控制的基本原理和模糊控制器的結構；闡述了常規模糊控制器的設計過程。文章介紹了運用 VHDL語言進行模糊控制器的設計過程。對模糊控制過程中隸屬度函數的存儲采用了分段存儲法，其設計方法簡單，提高了運算速度和運算精度。采用了“最大－最小”函數法簡化了模糊控制規則的推理過程。運用“倒數相乘法”實現除法器的設計，能夠實現任意數的除法運算，且精度較高。并以模糊空調溫度控制器為例進行了理論說明和模糊設計，并給出了相應的VHDL代碼。整體設計及其各個模塊都在ALTERA公司的EDA 工具Quartus Ⅱ和Modelsim SE平臺上進行了邏輯綜合及功能時序仿真，綜合與仿真的結果表明，基于FPGA的模糊控制器芯片消耗較少的硬件資源，達到了較高的設計性能，在速度和資源利用率方面均達到了較優的狀態，通過在 FPGA開發板上的驗證與測試，測試結果表明，所設計的模糊控制器可滿足實時模糊控制的要求。關鍵詞：模糊邏輯 模糊控制器 VHDL FPGA
上傳時間： 2013-04-24
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這篇論文以數字電視條件接收系統為研究對象，系統硬件設計以DSP和FPGA為實現平臺，采用以DSP實現其加密算法、以FPGA實現其外圍電路，對數字電視條件接收系統進行設計。首先根據數字電視條件接收系統的原理及其軟硬分離的發展趨勢，提出采用 DSP+FPGA結構的設計方式，將ECC與AES加密算法應用于SK與CW的加密；根據其原理對系統進行總體設計，同時對系統各部分的硬件原理圖進行詳細設計，并進行 PCB設計。其次采用從上而下的設計方式，對FPGA實現的邏輯功能劃分為各個功能模塊，然后再對各個模塊進行設計、仿真。采用Quartus Ⅱ7.2軟件對FPGA實現的邏輯功能進行設計、仿真。仿真結果表明：基于通用加擾算法(CSA)的加擾器模塊，滿足TS流加擾要求；塊加密模塊的最高時鐘頻率達到229.89MHz，流加密模塊的最高時鐘頻率達到331.27MHz，對于實際的碼流來說，具有比較大的時序裕量；DSP接口模塊滿足 ADSP BF-535的讀寫時序；包處理模塊實現對加密后數據的包處理。最后對條件接收系統中加密算法程序采用結構化、模塊化的編程方式進行設計。 ECC設計時采用C語言與匯編語言混合編程，充分利用兩種編程語言的優勢。將ECC 與AES加密算法在VisualDSP++3.0開發環境下進行驗證，并下載至ADSP BF-535評估板上運行。輸出結果表明：有限域運算匯編語言編程的實現方式，其運行速度明顯提高， 192位加法提高380個時鐘周期，32位乘法提高92個時鐘周期；ECC與AES達到加密要求。上述工作對數字電視條件接收系統的設計具有實際的應用價值。關鍵詞：條件接收，DSP，FPGA，ECC，AEs
上傳時間： 2013-07-03
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