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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。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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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)物照片和測試結(jié)果，并對(duì)此作了一定的分析。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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圖像采集是數(shù)字化圖像處理的第一步，開發(fā)圖像采集平臺(tái)是視覺系統(tǒng)開發(fā)的基礎(chǔ)。視覺檢測的速度是視覺檢測要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是專用圖像處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)所要完成的首要目標(biāo)
標(biāo)簽： 高速圖像采集
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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JPEG是聯(lián)合圖像專家組(Joint Picture Expert Group)的英文縮寫，是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)和CCITT聯(lián)合制定的靜態(tài)圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)。JPEG的基于DCT變換有損壓縮具有高壓縮比特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在數(shù)據(jù)量極大的多媒體以及帶寬資源寶貴的網(wǎng)絡(luò)程序中。 動(dòng)態(tài)圖像的JPEG編解碼處理要求圖像恢復(fù)質(zhì)量高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)，本課題就是針對(duì)這兩個(gè)方面的要求展開的研究。該系統(tǒng)由圖像編碼服務(wù)器端和圖像解碼客戶端組成。其中，服務(wù)器端實(shí)時(shí)采集攝像頭傳送的動(dòng)態(tài)圖像，進(jìn)行JPEG編碼，通過網(wǎng)絡(luò)傳送碼流到客戶端；客戶端接收碼流，經(jīng)過JPEG解碼，恢復(fù)出原始圖像送VGA顯示。設(shè)計(jì)結(jié)果完全達(dá)到了實(shí)時(shí)性的要求。 本文從系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的角度出發(fā)，首先分析了系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)，介紹FPGA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及它的設(shè)計(jì)流程和指導(dǎo)原則；然后從JPEG圖像壓縮技術(shù)發(fā)展的歷程出發(fā)，分析JPEG標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)高壓縮比高質(zhì)量圖像處理的原理；針對(duì)FPGA在算法實(shí)現(xiàn)上的特點(diǎn)，以及JPEG算法處理的原理，按照編碼和解碼順序，研究設(shè)計(jì)了基于改進(jìn)的DA算法的FDCT和IDCT變換，以及按發(fā)生頻率進(jìn)行優(yōu)化的霍夫曼查找表結(jié)構(gòu)，并且從系統(tǒng)整體上對(duì)JPEG編解碼進(jìn)行簡化，以提高系統(tǒng)的處理性能。最后，通過分析Nios嵌入式微處理器可定制特性，根據(jù)SOPC Builder中Avalon總線的要求，把圖像采集，JPEG圖像壓縮和網(wǎng)絡(luò)傳輸轉(zhuǎn)變成用戶自定義模塊，在SOPC Builder下把用戶自定義模塊添加到系統(tǒng)中，由Nios嵌入式軟核的控制下運(yùn)行，在FPGA芯片上實(shí)現(xiàn)整個(gè)JPEG實(shí)時(shí)圖像編解碼系統(tǒng)(soc)。 在FPGA上實(shí)現(xiàn)硬件模塊化的JPEG算法，具有造價(jià)低功耗低，性能穩(wěn)定，圖像恢復(fù)后質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，適用于精度要求高且需要對(duì)圖像進(jìn)行逐幀處理的遠(yuǎn)程微小目標(biāo)識(shí)別和跟蹤系統(tǒng)中以及廣電系統(tǒng)中前期的非線性編輯工作以及數(shù)字電影的動(dòng)畫特技制作，對(duì)降低成本和提高圖像處理速度兩方面都有非常重大的現(xiàn)實(shí)意義。通過在FPGA上實(shí)現(xiàn)JPEG編解碼，進(jìn)一步探索FPGA在數(shù)字圖像處理上的優(yōu)勢所在，深入了解進(jìn)行此類硬件模塊設(shè)計(jì)的技術(shù)特點(diǎn)，是本課題的重要學(xué)術(shù)意義所在。
標(biāo)簽： FPGA JPEG 實(shí)時(shí)圖像 編解碼
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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基于FPGA的靜止圖像壓縮系統(tǒng)的研究-JPEG編碼器的設(shè)計(jì)電力電子與電力傳動(dòng)數(shù)字圖像在人們生活中的應(yīng)用越來越廣泛，由于原始圖像數(shù)據(jù)量比較大，因此數(shù)字圖像壓縮技術(shù)逐漸成為圖像應(yīng)用的一個(gè)核心環(huán)節(jié)。在數(shù)字圖像壓縮領(lǐng)域，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織于1992年推出的JPEG標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用最為廣泛。 本文基于FPGA設(shè)計(jì)了JPEG圖像壓縮系統(tǒng)，通過改進(jìn)算法，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，在合理的利用硬件資源的條件下，有效的挖掘出算法內(nèi)部的并行性。改進(jìn)了DCT變換算法，設(shè)計(jì)了并行查找表結(jié)構(gòu)的乘法器，采用了流水線優(yōu)化算法來解決時(shí)間并行性問題，提高了DCT模塊的運(yùn)算速度。依據(jù)Huffman編碼表的規(guī)律性，采用并行查找表結(jié)構(gòu)，用較少的存儲(chǔ)單元完成了Huffman編碼運(yùn)算，同時(shí)提高了編碼速度。整個(gè)設(shè)計(jì)通過EDA軟件進(jìn)行了邏輯綜合及功能與時(shí)序仿真。綜合和仿真結(jié)果表明，本文提出的算法在速度和資源利用方面均達(dá)到了較好的狀態(tài)，可滿足實(shí)時(shí)JPEG圖像壓縮的要求。 設(shè)計(jì)了一個(gè)硬件開發(fā)平臺(tái)，對(duì)JPEG圖像壓縮系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證。硬件平臺(tái)上使用ADV7181B來實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換；使用TI公司TMS320C6416型DSP芯片實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)配置以及通過PCI接口與上位機(jī)PC的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換；使用Microsoft VC++6．0開發(fā)平臺(tái)開發(fā)了系統(tǒng)控制軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)壓縮系統(tǒng)的控制。
標(biāo)簽： FPGA 圖像壓縮系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-05-24
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熱穩(wěn)定性好,工作電壓動(dòng)態(tài)范圍寬,成本低的多用戶功率因數(shù)表,可在相同電壓下測量 16個(gè)支路的功率因數(shù), 并可隨時(shí)動(dòng)態(tài)升級(jí)單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理程序。本文介紹了這樣的多用戶功率因數(shù)表的設(shè)計(jì)方案。
標(biāo)簽： MCS 51 單片機(jī) 功率因數(shù)
上傳時(shí)間： 2013-06-13
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隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，視頻圖像處理技術(shù)近年來得到極大的重視和長足的發(fā)展，其應(yīng)用范圍主要包括數(shù)字廣播、消費(fèi)類電子、視頻監(jiān)控、醫(yī)學(xué)成像及文檔影像處理等領(lǐng)域。當(dāng)前視頻圖像處理主要問題是當(dāng)處理的數(shù)據(jù)量很大時(shí)，處理速度慢，執(zhí)行效率低。而且視頻算法的軟件和硬件仿真和驗(yàn)證的靈活性低。 本論文首先根據(jù)視頻信號(hào)的處理過程和典型視頻圖像處理系統(tǒng)的構(gòu)成提出了基于FPGA的視頻圖像處理系統(tǒng)總體框圖；其次選擇視頻轉(zhuǎn)換芯片SAA7113，完成視頻圖像采集模塊的設(shè)計(jì)，主要分三步完成：1)配置視頻轉(zhuǎn)換芯片的工作模式，完成視頻轉(zhuǎn)化芯片SAA7113的初始化：2)通過分析輸出數(shù)據(jù)流的格式標(biāo)準(zhǔn)，來識(shí)別奇偶場信號(hào)、場消隱信號(hào)和有效行數(shù)據(jù)的開始和結(jié)束信號(hào)三種控制信號(hào)，并根據(jù)控制信號(hào)，用Verilog硬件描述語言編程實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的采集；3)分析SRAM的讀寫控制時(shí)序，采用兩塊SRAM完成圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。然后編寫軟件測試文件，在ISE Simulator仿真環(huán)境進(jìn)行程序測試與運(yùn)行，并分析仿真結(jié)果，驗(yàn)證了數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)的正確性；最后，對(duì)常用視頻圖像算法的MATLAB仿真，選擇適當(dāng)?shù)乃阕樱捎霉ぞ進(jìn)ATLAB、System Generator for DSP和ISE，利用模塊構(gòu)建方式，搭建視頻算法平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)圖像平滑濾波、銳化濾波算法，在Simulink中仿真并自動(dòng)生成硬件描述語言和網(wǎng)表，對(duì)資源的消耗做簡要分析。 本論文的創(chuàng)新點(diǎn)是采用新的開發(fā)環(huán)境System Generator for DSP實(shí)現(xiàn)視頻圖像算法。這種開發(fā)視頻圖像算法的方式靈活性強(qiáng)、設(shè)計(jì)周期短、驗(yàn)證方便、是視頻圖像處理發(fā)展的必然趨勢。
標(biāo)簽： FPGA 視頻圖像 處理系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-07-28
上傳用戶：lingzhichao
隨著城市居民住房的發(fā)展，樓房用表需求量不斷增大，傳統(tǒng)的把多個(gè)電能表掛在一起的計(jì)量方式越來越顯出它的弊端；即體積大，成本高，工程造價(jià)高，不利于新型住房的集中用電管理。多用戶、多功能智能電表不僅能很好地解決上述問題，還能實(shí)現(xiàn)很多智能化的功能。 多用戶多功能智能電能表可同時(shí)計(jì)量48戶居民的用電量。該電能表采用2塊LPC2294控制，以完成數(shù)據(jù)的通信和采集；采用2塊ARM，以減輕CUP的負(fù)擔(dān)，提高系統(tǒng)的多功能化和智能化。相對(duì)于單用戶電表，多用戶電表有多達(dá)32路以上通道，采用同一系統(tǒng)進(jìn)行分時(shí)處理，該系統(tǒng)采用12位A／D轉(zhuǎn)換芯片AD8364，能保證數(shù)據(jù)采集的精度和速度。上位機(jī)還能實(shí)現(xiàn)與銀聯(lián)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，可遠(yuǎn)程控制用戶的用電。多用戶、多功能電能表在靈活性、多功能化、智能化、精度等方面都有優(yōu)勢。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
上傳用戶：葉山豪
紋理映射在計(jì)算機(jī)圖形計(jì)算中屬于光柵化階段，處理的是像素，主要的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)的吞吐量大，對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)來說轉(zhuǎn)換的速度是一個(gè)關(guān)鍵的因素，人們尋求各種加速算法來提高運(yùn)算速度。傳統(tǒng)的方法是用更快的處理器，并行算法或?qū)Ｓ糜布ｋS著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，尤其是可編程邏輯門陣列(FPGAs)的發(fā)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(fā)展，當(dāng)前的FPGA芯片已經(jīng)能夠運(yùn)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，F(xiàn)PGA芯片非常適合這項(xiàng)工作。 本文主要工作包括以下幾個(gè)方面： 1、本文提出了一種MIPmapping紋理映射優(yōu)化方法，改進(jìn)了MIPmapping映射細(xì)化層次算法及紋理圖像的存儲(chǔ)方式，減少紋理尋址的計(jì)算量，提高紋理存儲(chǔ)的相關(guān)性。詳細(xì)內(nèi)容請閱讀第三章。 2、提出了一種MIPmapping紋理映射優(yōu)化方法的硬件實(shí)現(xiàn)方案，該方案針對(duì)移動(dòng)設(shè)備對(duì)功耗和面積的要求，以及分辨率不高的特點(diǎn)，在參數(shù)空間到紋理地址的計(jì)算中用定點(diǎn)數(shù)來實(shí)現(xiàn)。詳細(xì)內(nèi)容請閱讀第四章。 3、實(shí)現(xiàn)了紋理映射流水線單元紋理地址產(chǎn)生電路，及紋理濾波電路的FPGA設(shè)計(jì)，并給出設(shè)計(jì)的綜合和仿真結(jié)果。詳細(xì)內(nèi)容請閱讀第五章4、實(shí)現(xiàn)了符合IEEE 754單精度標(biāo)準(zhǔn)的乘法、乘累加及除法運(yùn)算器電路。乘法器采用改進(jìn)型Booth編碼電路以減少部分積數(shù)量，用Wallace對(duì)部分積進(jìn)行壓縮；乘累加器采用multiply-add fused算法，對(duì)關(guān)鍵路徑進(jìn)行了優(yōu)化；除法器為基于改進(jìn)型泰勒級(jí)數(shù)展開的查找表結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，查找表尺寸只有208字節(jié)，電路為固定時(shí)延，在電路尺寸、延時(shí)及復(fù)雜度方面進(jìn)行了較好的平衡。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中真實(shí)感成像包括兩部分內(nèi)容：物體的精確圖形表示；場景中光照效果的適當(dāng)?shù)拿枋觥９庹招Чü獾姆瓷洹⑼该餍浴⒈砻婕y理和陰影。對(duì)物體進(jìn)行投影，然后再可見面上產(chǎn)生自然光照效果，可以實(shí)現(xiàn)場景的真實(shí)感顯示。光照明模型主要用于物體表面某點(diǎn)處的光強(qiáng)度計(jì)算。面繪制算法是通過光照模型中的光強(qiáng)度計(jì)算，以確定場景中物體表面的所有投影像素點(diǎn)的光強(qiáng)度。Phong明暗處理算法是生成真實(shí)感3D圖像最佳算法之一。但是由于其大量的像素級(jí)運(yùn)算和硬件難度而在實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)真實(shí)感圖形繪制中被Gotuaud明暗處理算法所取代。VLSI技術(shù)的發(fā)展以及對(duì)于高真實(shí)感實(shí)時(shí)圖形的需求使得Phong明暗處理算法的實(shí)現(xiàn)成為可能。利用泰勒級(jí)數(shù)近似的Fast Phong明暗處理算法適合硬件實(shí)現(xiàn)。此算法需要存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)的ROM。這增加了實(shí)現(xiàn)的難度。 本文完成了以下工作： 1、本文簡述了實(shí)時(shí)真實(shí)感圖形繪制管線，詳細(xì)敘述了所用到的光照明模型和明暗處理方法，并對(duì)幾種明暗處理方法的效果作了比較，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明Fast Phong明暗處理算法適用于實(shí)時(shí)真實(shí)感圖形繪制。 2、在熟悉Xilinx公司FPGA芯片結(jié)構(gòu)及其開發(fā)流程的基礎(chǔ)上，結(jié)合Xilinx公司提供的FPGA開發(fā)工具ISE 7.1i，仿真工具為ISE simulator，綜合工具為XST；完成了Fast Phong明暗處理模塊的FPGA設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。綜合得到的電路的最高頻率為54.058MHz。本文的Fast Phong明暗處理硬件模塊適用于實(shí)時(shí)真實(shí)感圖形繪制。 3、本文通過誤差分析，提出了優(yōu)化的查找表結(jié)構(gòu)。通過在FPGA上對(duì)本文所提結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明，本方案在提高速度、精度的同時(shí)將ROM的數(shù)據(jù)量從64K*8bit減少至13K*8bit。
上傳時(shí)間： 2013-06-21
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