對一些信號的監測尤其是對電壓、電流、溫度等模擬量的監測有著很廣泛的應用，通過監測到的數據，可以對系統相關設置進行及時調整，為人們的生產生活帶來便利與保證。 系統采用Actel公司先進的模數混合FPGA以及Actel公司的SOPC設計解決方案，單芯片實現以CortexMI處理器為核心的片上監測系統。它可以完成對電壓、電流、溫度等模擬量的監測，系統模擬模塊將采集到的數據ADC后送給處理器Cortex-MI進行處理，通過串行口，以太網口和OLED，實現與PC主機交互，板上實時顯示以及遠程主機檢測功能。借助于Actel的先進的新型fusion模數混合FPGA器件，單芯片實現可直接對外部模擬信號進行處理的數模混合系統，簡化了設計；對電壓，電流，溫度等模擬量的測控在日常生活中有很重要的意義，該系統在智能家電，電源監控以及微控制器等領域有廣泛的應用前景。 本文研究的主要內容包括： 1.對現有嵌入式設計方法進行比較，確定系統設計目標并選擇SOPC方案設計系統； 2.系統硬件平臺設計； 3.系統軟件設計。
上傳時間： 2013-06-14
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隨著我國工業和國民經濟的快速發展，電網負荷急劇增加，特別是沖擊性、非線性負荷所占比重不斷加大，使得供電電壓發生波動和閃變，嚴重影響著電網的電能質量。根據國際電工委員會(IEC)電磁兼容(EMC)標準IEC61000-3-7以及國標GB12326-2000，電壓波動和閃變己成為衡量電能質量的重要指標。 電壓波動和閃變作為衡量電能質量的重要指標，能更直接、迅速地反映出電網的供電質量。然而，目前國內還沒有很好的電壓波動與閃變測量的數字信號處理方法。為此，論文在深入研究電壓波動和閃變測量技術的基礎上，提出一種基于Simulink/DSP Builder的數字信號處理的FPGA設計方法，利用DSP Builder工具將Simulink的模型文件(．mdl)轉化成通用的硬件描述語言VHDL文件，避免了VHDL語言手動編寫系統的煩瑣過程，從而能夠將更多精力集中于系統算法的優化上。該方法充分利用Matlab/Simulink系統建模的優勢，同時也能夠發揮FPGA并行執行速度快、測量精度高的優點。 論文首先介紹了電壓波動和閃變的基木概念、特征量，闡述了電壓波動與閃變的測量原理，分析比較了現有測量方法和裝置的特點和優劣。然后依據電壓波動與閃變測量的IEC標準以及國家標準，在對電壓波動與閃變測量模擬仿真的基礎上研究其數字化實現方法，即采用數字濾波的方式在Simulink/DSP Builder工具下設計電壓波動與閃變測量系統的數字模型。同時在ModelSim SE6.1d軟件下進行了系統功能仿真，并且在Altera公司的FPGA設計軟件QuartusⅡ6.0下進行了系統時序仿真。 仿真結果表明，基于Simulink/DSP Builder窗口化的數字信號處理的FPGA設計方案，設計簡單、快捷高效，能夠滿足電壓波動和閃變測量最初的系統設計要求，為進一步從事電壓波動和閃變測量研究提供了一種全新的設計理念，具有一定的理論與現實意義。
上傳時間： 2013-07-10
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數字圖像處理技術是信息科學中近幾十年來發展最為迅速的學科之一。目前，數字圖像處理技術被廣泛應用于航空航天、通信、醫學及工業生產等領域中。數字圖像處理的特點是處理的數據量大，處理非常耗時，本文研究了在FPGA上用硬件描述語言實現圖像處理算法，通過功能模塊的硬件化，解決了視頻圖像處理的速度問題。隨著微電子技術的高速發展，FPGA為數字圖像信號處理在算法、系統結構上帶來了新的方法和思路。 本文設計的基于FPGA的圖像處理系統，是一個具有視頻圖像采集、圖像處理、圖像顯示功能的圖像處理系統。該系統采用Altera公司FPGA芯片作為中央處理器，由視頻解碼模塊、圖像處理模塊、視頻編碼模塊組成。模擬視頻信號由CCD傳感器送入，經視頻解碼芯片SAA7113轉換成數字視頻信號后，圖像處理模塊完成中值濾波和邊緣檢測這兩種圖像處理算法，視頻編碼芯片SAA7121將數字視頻信號轉換成模擬視頻信號輸出。 整個設計及各個模塊都在Altera公司的開發環境QuartusⅡ以及第三方仿真軟件Modelsim上進行了仿真及邏輯綜合。仿真結果表明，使用FPGA硬件處理圖像數據不僅能夠獲得良好的處理效果，處理速度也遠遠高于軟件法處理的方法。
上傳時間： 2013-04-24
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PID算法自從問世以來，一直受到廣泛的關注。隨著現代控制理論及智能控制技術的發展，PID算法也得到了長足的發展。結合傳統的PID控制算法，針對特定的控制領域，出現了一些新的控制算法，模糊PID控制算法就是在此基礎上漸漸形成并凸顯其控制特色。 同時隨著微電子技術的發展，現場可編程邏輯器件FPGA的發展及其EDA技術的日漸成熟，為集成控制芯片開拓了廣闊的發展空間。FPGA的發展為基于硬件的算法模塊的實現提供了可能性，同時節省了外圍的電路，使算法模塊的集成度大大提高。 本文針對當前國內外在算法研究方面的熱點問題，對模糊PID算法進行了深入的分析和研究。通過對汽輪機調節系統的結構分析，對其進行了數學建模。采用某汽輪機的實際設計運行參數，利用Matlab仿真軟件，對該汽輪機的數學模型進行了甩負荷動態特性仿真。仿真結果表明，模糊PID可以更好地解決汽輪發電機組在甩負荷過程中由于機組轉子飛升量太大而導致危急保安裝置動作，使得汽輪發電機組意外停機的問題，能夠保證汽輪發電機組在意外甩負荷時機組正常的機械運轉。根據模糊控制理論的特點及EDA技術和FPGA可編程邏輯器件的發展現狀，提出了在FPGA上實現模糊PID算法的具體實現方案。在綜合分析算法特性的基礎上，選擇Altera公司生產的CycloneⅡ系列中的EP2C35F672C6作為目標芯片，利用分層模塊化設計思想，在Altera公司提供的QuartusⅡ開發環境中，利用原理圖設計輸入和VHDL設計輸入相結合的方式實現了模糊PID控制算法，同時分別對實現的各個功能模塊和整個算法模塊進行了功能時序仿真。根據仿真結果分析，該設計實現了的模糊PID控制功能。 該控制算法模塊的FPGA實現很好的避免了因CPU或者其它問題導致算法程序跑飛、程序死循環、復位不可靠等問題，提高了控制的可靠性。同時加強了模塊的通用性，減少了系統硬件開發周期，節省了外圍設備的電路，降低了設計開發成本。
上傳時間： 2013-07-21
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激光打標是指利用高能量密度的激光束在物件表面作永久性標刻。激光打標以其“打標速度快、性能穩定、打標質量好”等優勢，獲得了日益廣泛的應用。傳統的激光打標系統一般是基于ISA總線或PCI總線的，運動控制卡必須插在計算機的PCI插槽內，且不支持熱捅拔，影響了控制卡的穩定性；以單片機為主控制器的激光打標控制卡雖然成本低、運行可靠，但由于其運算速度慢、存儲容量有限，限制了它的應用范圍。 運動控制卡是激光打標系統的核心組成部分。本文設計了一種新型的基于USB總線，以FPGA為主控單元的振鏡掃描式激光打標控制卡，它利用了USB總線高速、穩定、易用和FPGA資源豐富、處理能力強、易擴展等優點，將PC機強大的信息處理能力與運動控制卡的運動控制能力相結合，具有信息處理能力強、開放程度高、使用方便的特點。 本文首先介紹了激光打標的原理，激光打標技術的發展現狀以及激光打標系統的組成結構。在對USB總線技術作了簡要介紹后，詳細討論了激光打標控制卡的硬件電路設計，包括USB接口電路，FPGA主控單元電路，D/A單元電路，存儲器電路，I/O接口電路等。接著對USB接口單元的固件程序和FPGA中USB接口功能模塊、D/A寫控制功能模塊和SRAM讀寫控制功能模塊的程序做了詳細設計，通過軟硬件調試，控制卡實現了USB通信，輸出兩路模擬信號，SRAM數據讀寫，數字量輸入輸出等功能。
上傳時間： 2013-04-24
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在現代電子系統中，數字化已經成為發展的必然趨勢，接收機數字化是電子系統數字化中的一項重要內容，對數字化接收機的研究具有重要的意義。隨著數字化理論和微電子技術的迅速發展，高速的中頻數字化接收機的實現已經成為可能。本文研究了一種基于FPGA的軟件無線電數字接收平臺的設計，并著重研究了其中數字中頻處理單元的設計和實現。FPGA器件具有設計靈活、開發周期短和開發成本低等優點，所以廣泛應用于各種通信系統中。相比于傳統的DSP串行結構，FPGA能夠進行流水線性設計，對數據進行并行處理，所以FPGA在進行數據量大，要求實時處理的系統設計時有很大的優勢。 本文首先首先分析了軟件無線電當前的發展趨勢及技術現狀，針對存在的處理速度跟不上的DSP瓶頸問題，提出了中頻軟件無線電的FPGA實現方案。本文以FPGA實現為重點，在深入分析軟件無線電相關理論的基礎上，著重研究和完成了中頻軟件無線電數字接收平臺兩大模塊的FPGA實現：數字下變頻相關模塊和數字調制解調模塊。其中，在深入研究數字下變頻實現結構的基礎上，首先對數字下變頻模塊的數控振蕩器(NCO)采用了直接頻率合成技術(DDS)實現，其頻率分辨率高，靈活，易于實現；高效抽取濾波器組由積分梳狀濾波器(CIC)，半帶濾波器(HB)，FIR濾波器組成。對積分梳狀濾波器(CIC)本文采用了Hogenaur“剪除”理論對內部寄存器的位寬進行改進，極大地節約了資源，提高了運行速率。對FIR濾波器和半帶濾波器采用了(DA)分布式算法，它的運行速度只與數據的寬度有關，只有加減法運算和二進制除法，既縮減了系統資源又大大節省了運算時間，實現了高效的實時處理。對數字調制解調模塊，重點研究和完成了2ASK和2FSK的調制解調的FPGA實現，模塊有很好的通用性，能方便地移植到其它的系統中。在文章的最后還對整個系統進行了Matlab仿真，驗證了系統設計思想的正確性。在系統各個關鍵模塊的設計過程中，都是先依據一定的設計指標進行verilog編程，然后再在Quartus軟件中編譯，時序仿真測試，并與Matlab仿真結果進行對比，驗證設計的正確性。
上傳時間： 2013-05-18
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MP3音樂是目前最為流行的音樂格式，因其音質、復雜度與壓縮比的完美折中，占據著廣闊的市場，不僅在互聯網上廣為流傳，而且在便攜式設備領域深受人們喜愛。本文以MPEG-1的MP3音頻解碼器為研究對象，在實時性、面積等約束條件下，研究MP3解碼電路的設計方法，實現FPGA原型芯片，研究MP3原型芯片的驗證方法。 論文的主要貢獻如下： (1)使用算法融合方法合并MP3解碼過程的相關步驟，以減少緩沖區存儲單元的容量和訪存次數。如把重排序步驟融合到反量化模塊，可以減少一半的讀寫RAM操作；把IMDCT模塊內部的三個算法步驟融合在一起進行設計，可以省去存儲中間計算結果的緩存區單元。 (2)反量化、立體聲處理等模塊中，采用流水線設計技術，設置寄存器把較長的組合邏輯路徑隔開，提高了電路的性能和可靠性；使用連續訪問公共緩存技術，合理規劃各計算子模塊的工作時序，將數據計算的時間隱藏在訪存過程中；充分利用頻率線的零值區特性，有效地減少數據計算量，加快了數據處理的速度。 (3)設計了MP3硬件解碼器的FPGA原型芯片。采用Verilog HDL硬件描述語言設計RTL級電路，完成功能仿真，以Altera公司Stratix II系列的EP2S180 FPGA開發板為平臺，實現MP3解碼器的FPGA原型芯片。MP3硬件解碼器在Stratix II EP2S180器件內的資源利用率約為5％，其中組合邏輯查找表ALUT為7189個，寄存器共有4024個，系統頻率可達69.6MHz，充分滿足了MP3解碼過程的實時性要求。實驗結果表明，MP3音頻解碼FPGA原型芯片可正常播放聲音，解碼音質良好。
上傳時間： 2013-07-01
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隨著圖像聲納技術的發展，對于大數據量圖像數據的壓縮成為必須要解決的一個課題。本文結合水聲圖像特點，應用VerilogHDL 語言在Quartus Ⅱ軟件環境下設計實現了JPEG基本模式編解碼器。 JPEG是國際標準化組織(ISO)和CCITT 聯合制定的靜態圖像的壓縮標準，是目前最常使用的圖像存儲格式。 論文首先介紹了JPEG編碼的基本原理，然后根據編碼的流程從總體結構上對JPEG編碼器進行了模塊劃分。對于2D—DCT變換采用了行列分離的快速算法；針對水聲圖像特點采用了DC系數直接編碼。以一幅真實的水聲圖像作為JPEG編碼器的測試輸入，對編碼器輸出的碼流經過軟件編程后正確顯示出了JPEG圖片，并分析了壓縮圖像效果和質量。 JPEG解碼器采用了和JPEG編碼器對稱的模塊劃分，2D—IDCT變換同樣采用了行列分離的快速算法；根據JPEG標準中哈夫曼編碼的特點，哈夫曼解碼采用了濃縮哈夫曼表法，降低了存儲資源，提高了解碼速度。對經本文設計的JPEG解碼器解碼后的圖片和原圖片進行了比較分析，結果表明本設計滿足要求。
上傳時間： 2013-05-25
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對弓網故障的檢測是當今列車檢測的一項重要任務。原始故障視頻圖像具有極大的數據量，使實時存儲和傳輸故障視頻圖像極其困難。由于視頻的數據量相當大，需要采用先進的視頻編解碼協議進行處理，進而實現檢測現場的實時監控。 @@ H．264/AVC(Advanced Video Coding)作為MPEG-4的第10部分，因其具有超高的壓縮效率、極好的網絡親和性，而被廣泛研究與應用。H．264/AVC采用了先進的算法，主要有整數變換、1/4像素精度插值、多模式幀間預測、抗塊效應濾波器和熵編碼等。 @@ 本文使用硬件描述語言Verilog，以紅色颶風 II開發板作為硬件平臺，在開發工具QUARTUSII 6．0和MODELSIM_SE 6．1B環境中完成軟核的設計與仿真驗證。以Altera公司的CycloneII FPGA(Field Programmable Gate Array)EP2C35F484C8作為核心芯片，實現視頻圖像采集、存儲、顯示以及實現H．264/AVC部分算法的基本系統。 @@ FPGA以其設計靈活、高速、具有豐富的布線資源等特性，逐漸成為許多系統設計的首選，尤其是與Verilog和VHDL等語言的結合，大大變革了電子系統的設計方法，加速了系統的設計進程。 @@ 本文首先分析了FPGA的特點、設計流程、verilog語言等，然后對靜態圖像及視頻圖像的編解碼進行詳細的分析，比如H．264/AVC中的變換、量化、熵編碼等：并以JM10．2為平臺，運用H．264/AVC算法對視頻序列進行大量的實驗，對不同分辨率、量化步長、視頻序列進行編解碼以及對結果進行分析。接著以紅色颶風II開發板為平臺，進行視頻圖像的采集存儲、顯示分析，其中詳細分析了SAA7113的配置、CCD信號的A/D轉換、I2C總線、視頻的數字化ITU-R BT．601標準介紹及視頻同步信號的獲取、基于SDRAM的視頻幀存儲、VGA顯示控制設計；最后運用verilog語言實現H．264/AVC部分算法，并進行功能仿真，得到預計的效果。 @@ 本文實現了整個視頻信號的采集存儲、顯示流程，詳細研究了H．264/AVC算法，并運用硬件語言實現了部分算法，對視頻編解碼芯片的設計具有一定的參考價值。 @@關鍵詞：FPGA；H．264/AVC；視頻；verilog；編解碼
上傳時間： 2013-04-24
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隨著社會的發展，人們對電力需求特別是電能質量的要求越來越高。但由于非線性負荷大量使用，卻帶來了嚴重的電力諧波污染，給電力系統安全、穩定、高效運行帶來嚴重影響，給供用電設備造成危害。如何最大限度的減少諧波造成的危害，是目前電力系統領域極為關注的問題。諧波檢測是諧波研究中重要分支，是解決其它相關諧波問題的基礎。因此，對諧波的檢測和研究，具有重要的理論意義和實用價值。 目前使用的電力系統諧波檢測裝置，大多基于微處理器設計。微處理器是作為整個系統的核心，它的性能高低直接決定了產品性能的好壞。而這種微處理器為主體構成的應用系統，存在效率低、資源利用率低、程序指針易受干擾等缺點。由于微電子技術的發展，特別是專用集成電路ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)設計技術的發展，使得設計電力系統諧波檢測專用的集成電路成為可能，同時為諧波檢測裝置的硬件設計提供了一個新的發展途徑。本文目標就是設計電力系統諧波檢測專用集成電路，從而可以實現對電力系統諧波的高精度檢測。采用專用集成電路進行諧波檢測裝置的硬件設計，具有體積小，速度快，可靠性高等優點，由于應用范圍廣，需求量大，電力系統諧波檢測專用集成電路具有很好的應用前景。 本文首先介紹了國內外現行諧波檢測標準，調研了電力系統諧波檢測的發展趨勢；隨后根據裝置的功能需求，特別是依據其中諧波檢測國標參數的測量算法，為系統選定了基于FPGA的SOPC設計方案。 本文分析了電力系統諧波檢測專用集成電路的功能模型，對專用集成電路進行了模塊劃分。定義了各模塊的功能，并研究了模塊間的連接方式，給出了諧波檢測專用集成電路的并行結構。設計了基于FPGA的諧波檢測專用集成電路設計和驗證的硬件平臺。配合專用集成電路的電子設計自動化(EDA)工具構建了智能監控單元專用集成電路的開發環境。 在進行FPGA具體設計時，根據待實現功能的不同特點，分為用戶邏輯區域和Nios處理器模塊兩個部分。用戶邏輯區域控制A/D轉換器進行模擬信號的采樣，并對采樣得到的數字量進行諧波分析等運算。然后將結果存入片內的雙口RAM中，等待Nios處理器的訪問。Nios處理器對數據處理模塊的結果進一步處理，得到其各自對應的最終值，并將結果通過串行通信接口發送給上位機。 最后，對設計實體進行了整體的編譯、綜合與優化工作，并通過邏輯分析儀對設計進行了驗證。在實驗室條件下，對監測指標的運算結果進行了實驗測量，實驗結果表明該監測裝置滿足了電力系統諧波檢測的總體要求。
上傳時間： 2013-04-24
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