本文介紹了一種基于現(xiàn)場可編程門陣列FPGA器件的電子密碼鎖的設(shè)計方法。重點闡述了紅外遙控電子密碼鎖的整體架構(gòu)設(shè)計；介紹了一種由PT2248作為發(fā)送器，MIM-R1AA 38KHZ紅外一體化接收解調(diào)器作為接收器的紅外遙控系統(tǒng)的構(gòu)建方法；詳細(xì)說明了如何運用EDA技術(shù)自頂向下的設(shè)計方法，來實現(xiàn)基于XILINX公司出品的Spartan-3E系列FPGA芯片的紅外遙控解碼、密碼鎖的解鎖、密碼修改、報警提示及液晶顯示等功能。在分析紅外遙控電子密碼鎖各功能模塊時，本論文詳細(xì)闡述了各模塊的功能及外部接口信號，給出了各模塊的仿真波形以及整個系統(tǒng)的測試流程和測試結(jié)果。本論文在介紹Spartan-3E系列FPGA芯片的特點和性能的同時，利用Spartan-3E系列的XC3S500芯片中的KCPSM3和自行設(shè)計完成的狀態(tài)機控制器分別實現(xiàn)液晶顯示控制器，通過比較分析得知KCPSM3實現(xiàn)的控制器，在對FPGA的資源利用方面更加合理，實現(xiàn)更加便捷。 本論文利用紅外遙控技術(shù)解鎖，大大提高了電子密碼鎖的安全性能；采用FPGA開發(fā)設(shè)計，所有算法完全由硬件電路來實現(xiàn)，使得系統(tǒng)的工作可靠性大為提高，同時由于FPGA具有在系統(tǒng)可編程功能，當(dāng)設(shè)計需要更改時，只需更改FPGA中的控制和接口電路，利用EDA工具將更新后的設(shè)計下載到FPGA中即可，無需更改外部電路的設(shè)計，大大提高了設(shè)計的效率。因此，采用FPGA開發(fā)的數(shù)字系統(tǒng)，不僅具有很高的工作可靠性，其升級與改進(jìn)也極其方便。
上傳時間： 2013-06-25
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人臉識別技術(shù)繼指紋識別、虹膜識別以及聲音識別等生物識別技術(shù)之后，以其獨特的方便、經(jīng)濟及準(zhǔn)確性而越來越受到世人的矚目。作為人臉識別系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)—人臉檢測，隨著研究的深入和應(yīng)用的擴大，在視頻會議、圖像檢索、出入口控制以及智能人機交互等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景，發(fā)展速度異常迅猛。 FPGA的制造技術(shù)不斷發(fā)展，它的功能、應(yīng)用和可靠性逐漸增加，在各個行業(yè)也顯現(xiàn)出自身的優(yōu)勢。FPGA允許用戶根據(jù)自己的需要來建立自己的模塊，為用戶的升級和改進(jìn)留下廣闊的空間。并且速度更高，密度也更大，其設(shè)計方法的靈活性降低了整個系統(tǒng)的開發(fā)成本，F(xiàn)PGA 設(shè)計成為電子自動化設(shè)計行業(yè)不可缺少的方法。 本文從人臉檢測算法入手，總結(jié)基于FPGA上的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法，使用IBM的Coreconnect掛接自定義模塊技術(shù)。經(jīng)過訓(xùn)練分類器、定點化、以及硬件加速等方法后，能夠使人臉檢測系統(tǒng)在基于Xilinx的Virtex II Pro開發(fā)板上平臺上，達(dá)到實時的檢測效果。本文工作和成果可以具體描述如下： 1. 算法分析：對于人臉檢測算法，首先確保的是檢測率的準(zhǔn)確性程度。本文所采用的是基于Paul Viola和Michael J.Jones提出的一種基于Adaboost算法的人臉檢測方法。算法中較多的是積分圖的特征值計算，這便于進(jìn)一步的硬件設(shè)計。同時對檢測算法進(jìn)行耗時分析確定運行速度的瓶頸。 2. 軟硬件功能劃分：這一步考慮市場可以提供的資源狀況，又要考慮系統(tǒng)成本、開發(fā)時間等諸多因素。Xilinx公司提供的Virtex II Pro開發(fā)板，在上面有可以供利用的Power PC處理器、可擴展的存儲器、I/O接口、總線及數(shù)據(jù)通道等，通過分析可以對算法進(jìn)行細(xì)致的劃分，實現(xiàn)需要加速的模塊。 3. 定點化：在Adaboost算法中，需要進(jìn)行大量的浮點計算。這里采用的方法是直接對數(shù)據(jù)位進(jìn)行操作它提取指數(shù)和尾數(shù)，然后對尾數(shù)執(zhí)行移位操作。 4. 改進(jìn)檢測用的級聯(lián)分類器的訓(xùn)練，提出可以迅速提高分類能力、特征數(shù)量大大減小的一種訓(xùn)練方法。 5. 最后對系統(tǒng)的整體進(jìn)行了驗證。實驗表明，在視頻輸入輸出接入的同時，人臉檢測能夠達(dá)到17fps的檢測速度，并且獲得了很好的檢測率以及較低的誤檢率。
標(biāo)簽： FPGA 人臉檢測 系統(tǒng)設(shè)計
上傳時間： 2013-07-01
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隨著Internet的不斷發(fā)展，人們希望日常生活中所用到的嵌入式設(shè)備都能夠很方便地實現(xiàn)Intemet接入，這對嵌入式系統(tǒng)設(shè)計提出了新的挑戰(zhàn)，要求低成本、多功能、高性能。這些是目前嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的熱點。 可編程邏輯器件FPGA在過去的幾十年中取得了飛速發(fā)展，從最初的幾千門到現(xiàn)在的幾百萬門，可靠性與集成度不斷提高，而功耗和成本卻在不斷降低，具有很高的性價比。再加上開發(fā)周期短、對開發(fā)人員的要求相對較低的優(yōu)點，因此被大量應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中。 本文是基于FPGA高性價比、可靈活配置的特點，也是當(dāng)前流行的“微控制器+FPGA”的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方式，所以我們提出了基于FPGA的實現(xiàn)方案。本文通過在FPGA中硬件實現(xiàn)嵌入式TCP/IP協(xié)議(包括UDP、IP、ARP、TCP等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議)以及以太網(wǎng)MAC協(xié)議，并提供標(biāo)準(zhǔn)MII接口，通過外接PHY實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。最終成功地通過了驗證。 基于FPGA的實現(xiàn)可以有效地降低成本，同時可以在其中集成其他功能模塊，提高整個系統(tǒng)的集成度，減小PCB版圖面積和布線復(fù)雜度，有利于提高系統(tǒng)可靠性。因此，本研究課題對嵌入式系統(tǒng)設(shè)計有很大的實用價值。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，基于DSP和FPGA的運動控制系統(tǒng)己成為新一代運動控制系統(tǒng)的主流。基于DSP和FPGA的運動控制系統(tǒng)不僅具有信息處理能力強，而且具有開放性、實時性、可靠性的特點，因此在機器人運動控制領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。 論文從步行康復(fù)訓(xùn)練器的設(shè)計與制作出發(fā)，主要進(jìn)行機器人的運動控制系統(tǒng)設(shè)計和研究。文章首先提出了多種運動控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方案。根據(jù)它們的優(yōu)缺點，選定以DSP和FPGA為核心進(jìn)行運動控制系統(tǒng)平臺的設(shè)計。 論文詳細(xì)研究了以DSP和FPGA為核心實現(xiàn)運動控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計，利用DSP實現(xiàn)運動控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)與相關(guān)功能模塊，利用FPGA實現(xiàn)運動控制系統(tǒng)地址譯碼電路、脈沖分配電路以及光電編碼器信號處理電路，并對以上電路系統(tǒng)進(jìn)行了功能仿真和時序仿真。 結(jié)果表明，基于DSP和FPGA為核心的運動控制系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了設(shè)計功能要求，同時提高了機器人運動控制系統(tǒng)的開放性、實時性和可靠性，并大大減小了系統(tǒng)的體積與功耗。
上傳時間： 2013-05-29
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基于FPGA的智能小車系統(tǒng)就是本地計算機通過接入Internet小車實現(xiàn)對遠(yuǎn)端工作現(xiàn)場、危險工作地段等特殊環(huán)境進(jìn)行監(jiān)視和控制的系統(tǒng)。智能小車是智能行走機器人的一種，這種智能小車可以適應(yīng)不同環(huán)境，不受溫度、濕度、空間、磁場輻射、重力等條件的影響，可以在人類無法進(jìn)入或生存的環(huán)境中完成人類無法完成的探測任務(wù)。適用于國防及民用多個領(lǐng)域。整個系統(tǒng)以遙控小車裝置為基礎(chǔ)，通過配置在上面的攝像頭實現(xiàn)圖像的采集及對行車道的檢測，通過配置的紅外測溫儀探測環(huán)境和目標(biāo)的溫度，具有一定的智能性。其明顯的優(yōu)點是可以通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制小車運行及采集現(xiàn)場的溫度、圖像等相關(guān)信息，完成人類在特定條件下無法完成的工作。對人類的科學(xué)研究、探索未知領(lǐng)域、遠(yuǎn)程監(jiān)控等有著重要的意義。 論文在深入研究SOPC和嵌入式操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出了基于FPGA的智能小車遠(yuǎn)程監(jiān)控方案。采用FPGA來實現(xiàn)，可以充分利用現(xiàn)有的IP核，功能擴展容易，設(shè)計開發(fā)成本低，上市時間快，修改方便，甚至可以遠(yuǎn)程重構(gòu)系統(tǒng)。與單片機相比，集成度高，可靠性好，調(diào)試和維護(hù)方便。 論文主要內(nèi)容包括以下幾個部分：在對智能小車功能分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計了硬件系統(tǒng)，并在FPGA上構(gòu)建了基于Nios Ⅱ的嵌入式系統(tǒng)，配置了SPI、串行口和以太網(wǎng)接口模塊和驅(qū)動程序，以及各種存儲器。移植了μClinux操作系統(tǒng)，配置嵌入式Web服務(wù)器，編寫CGI程序，設(shè)計了動態(tài)網(wǎng)頁；并對行車道檢測系統(tǒng)進(jìn)行了研究，在DSP Builder中構(gòu)建了該模塊，并在Matlab中進(jìn)行了仿真。在研究數(shù)碼相機模塊和紅外測溫模塊的基礎(chǔ)上，編寫了圖像采集和溫度測量程序以及小車運動控制程序，并對系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試，初步達(dá)到通過Internet實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的。
上傳時間： 2013-05-24
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一般由信源發(fā)出的數(shù)字基帶信號含有豐富的低頻分量，甚至直流分量，這些信號往往不宜直接用于傳輸，易產(chǎn)生碼間干擾進(jìn)而直接影響傳輸?shù)目煽啃裕蚨獙ζ溥M(jìn)行編碼以便傳輸。傳統(tǒng)的井下信號在傳輸過程中普遍采用曼徹斯特碼的編解碼方式，而該方式的地面解碼電路復(fù)雜。FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)作為一種新興的可編程邏輯器件，具有較高的集成度，能將編解碼電路集成在一片芯片上，而HDB3碼(三階高密度雙極性碼)具有解碼規(guī)則簡單，無直流，低頻成份少，可打破長連0和提取同步方便等優(yōu)點。基于上述情況，本文提出了基于FPGA的}tDB3編譯碼設(shè)計方案。 該研究的總體設(shè)計方案包括用MATLAB進(jìn)行HDB3編譯碼算法的驗證，基于FPGA的HDB3碼編譯碼設(shè)計與仿真，結(jié)果分析與比較三大部分。為了保證該設(shè)計的可靠性，首先是進(jìn)行編譯碼的算法驗證；其次通過在FPGA的集成設(shè)計環(huán)境QuartusⅡ軟件中完成HDB3碼的編譯、綜合、仿真等步驟，通過下載電纜下載到特定的FPGA芯片上，用邏輯分析儀進(jìn)行時序仿真；最后將算法驗證結(jié)果與仿真結(jié)果作一對比，分析該研究的可行性與可靠性。 研究表明，基于FPGA的HDB3編譯碼設(shè)計具有體積小，譯碼簡單，編程靈活，集成度高，可靠等優(yōu)點。
上傳時間： 2013-05-26
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在數(shù)字通信中，采用差錯控制技術(shù)(糾錯碼)是提高信號傳輸可靠性的有效手段，并發(fā)揮著越來越重要的作用。糾錯碼主要有分組碼和卷積碼兩種。在碼率和編碼器復(fù)雜程度相同的情況下，卷積碼的性能優(yōu)于分組碼。 卷積碼的譯碼方法主要有代數(shù)譯碼和概率譯碼。代數(shù)譯碼是基于碼的代數(shù)結(jié)構(gòu)；而概率譯碼不僅基于碼的代數(shù)結(jié)構(gòu)，還利用了信道的統(tǒng)計特性，能充分發(fā)揮卷積碼的特點，使譯碼錯誤概率達(dá)到很小。 卷積碼譯碼器的設(shè)計是由高性能的復(fù)雜譯碼器開始的，對于概率譯碼最初的序列譯碼，隨著譯碼約束長度的增加，其譯碼錯誤概率可達(dá)到非常小。后來慢慢地向低性能的簡單譯碼器演化，對不太長的約束長度，維特比(Viterbi)算法是非常實用的。維特比算法是一種最大似然的譯碼方法。當(dāng)編碼約束度不太大(小于等于10)或者誤碼率要求不太高(約10-5)時，Viterbi譯碼算法效率很高，速度很快，譯碼器也較簡單。 目前，卷積碼在數(shù)傳系統(tǒng)，尤其是在衛(wèi)星通信、移動通信等領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用。 本論文對卷積碼編碼和Viterbi譯碼的設(shè)計原理及其FPGA實現(xiàn)方案進(jìn)行了研究。同時，將交織和解交織技術(shù)應(yīng)用于編碼和解碼的過程中。 首先，簡要介紹了卷積碼的基礎(chǔ)知識和維特比譯碼算法的基本原理，并對硬判決譯碼和軟判決譯碼方法進(jìn)行了比較。其次，討論了交織和解交織技術(shù)及其在糾錯碼中的應(yīng)用。然后，介紹了FPGA硬件資源和軟件開發(fā)環(huán)境Quartus Ⅱ，包括數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計方法和設(shè)計規(guī)則。再有，對基于FPGA的維特比譯碼器各個模塊和相應(yīng)算法實現(xiàn)、優(yōu)化進(jìn)行了研究。最后，在Quartus Ⅱ平臺上對硬判決譯碼和軟判決譯碼以及有無交織等不同情況進(jìn)行了仿真，并根據(jù)仿真結(jié)果分析了維特比譯碼器的性能。 分析結(jié)果表明，系統(tǒng)的誤碼率達(dá)到了設(shè)計要求，從而驗證了譯碼器設(shè)計的可靠性，所設(shè)計基于FPGA的并行Viterbi譯碼器適用于高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱龊稀?/p>
上傳時間： 2013-04-24
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單片微型計算機(單片機)是將微處理器CPU、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、定時/計數(shù)器、輸入/輸出并行接口等集成在一起。由于單片機具有專門為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的體系結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)，所以它最能滿足嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用要求。Intel公司生產(chǎn)的MCS-51系列單片機是我國目前應(yīng)用最廣的單片機之一。 隨著可編程邏輯器件設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，每個邏輯器件中門電路的數(shù)量越來越多，一個邏輯器件就可以完成本來要由很多分立邏輯器件和存儲芯片完成的功能。這樣做減少了系統(tǒng)的功耗和成本，提高了性能和可靠性。FPGA就是目前最受歡迎的可編程邏輯器件之一。IP核是將一些在數(shù)字電路中常用但比較復(fù)雜的功能塊，設(shè)計成可修改參數(shù)的模塊，讓其他用戶可以直接調(diào)用這些模塊，這樣就大大減輕了工程師的負(fù)擔(dān)，避免重復(fù)勞動。隨著FPGA的規(guī)模越來越大，設(shè)計越來越復(fù)雜，使用IP核是一個發(fā)展趨勢。 本課題結(jié)合FPGA與8051單片機的優(yōu)點，主要針對以下三個方面研究： (1)FPGA開發(fā)平臺的硬件實現(xiàn)選用Xilinx公司的XC3S500E-PQ208-4-C作為核心器件，采用Intel公司的EEPROM芯片2816A和SRAM芯片6116作為片內(nèi)程序存儲器，搭建FPGA的硬件開發(fā)平臺。 (2)用VHDL語言實現(xiàn)8051IP核分析研究8051系列單片機內(nèi)部各模塊結(jié)構(gòu)以及各部分的連接關(guān)系，實現(xiàn)了基于FPGA的8051IP核。主要包括如下幾個模塊：CPU模塊、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器模塊、定時/計數(shù)器模塊、并行端口模塊、串行端口模塊、中斷處理模塊、同步復(fù)位模塊等。 (3)基于FPGA的8051IP核應(yīng)用用所設(shè)計的8051IP核，實現(xiàn)了對一個4×4鍵盤的監(jiān)測掃描、鍵盤確認(rèn)、按鍵識別等應(yīng)用。
上傳時間： 2013-06-21
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論文提出了一種基于FPSLIC的下位機控制器系統(tǒng)設(shè)計，并且在嵌入式硬件和軟件的聯(lián)合調(diào)度之下予以實現(xiàn)，并將該系統(tǒng)應(yīng)用于微小型無人直升機MUAV控制上。 微小型無人直升機體積小、重量輕、隱蔽性好、機動性強、易實現(xiàn)懸停和超低空飛行，因此在軍用和民用領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。微小型無人直升機在空中執(zhí)行任務(wù)時需要實時獲得在空間的姿態(tài)和高度位置信息，然后通過調(diào)制舵機狀態(tài)來調(diào)整飛行器的空中姿態(tài)，糾正飛行路線，而MUAV的飛控系統(tǒng)需要具有負(fù)荷輕，功能強大，實時性強以及低功耗的特點，對嵌入式處理器要求較高，所以針對MUAV的控制采用上下位機聯(lián)合控制的結(jié)構(gòu)。并且由于目前現(xiàn)有的下位機控制器滿足不了MUAV控制發(fā)展的需求，所以本文中利用FPS[JC優(yōu)越的性能，實現(xiàn)了一種新的下位機控制器的設(shè)計，具有體積小、重量輕、價格低、功耗低、實時性強、可靠性高、擴展性好等優(yōu)點的同時，完成了基于PWM的舵機的控制和基于Kalman濾波的多傳感器的數(shù)據(jù)融合，以及上下位機之間的通訊等功能，具有較強的使用和應(yīng)用價值。 論文首先介紹了MUAV飛行控制的結(jié)構(gòu)，以及下位機實現(xiàn)功能的模塊劃分。然后是對MUAV控制系統(tǒng)相關(guān)理論的介紹，包括舵機控制的原理和方法以及多傳感器數(shù)據(jù)融合的理論。 其次論文介紹了基于FPSLIC的下位機控制器系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計。在硬件設(shè)計上，給出了硬件總體設(shè)計方案，并對各個功能模塊進(jìn)行了詳細(xì)論述，軟件部分在給出了主要的框架和功能劃分后，主要介紹了利用FPSLIC的FPGA部分實現(xiàn)PWM控制和測量的模塊以及AVR部分對多傳感器信息進(jìn)行Kalman濾波融合的實現(xiàn)。 最后在實驗室的汽油無人直升機的測試平臺上進(jìn)行了舵機控制和高度測試實驗，取得了滿意的實驗結(jié)果。
上傳時間： 2013-04-24
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目前，數(shù)字信號處理廣泛應(yīng)用于通信、雷達(dá)、聲納、語音與圖像處理等領(lǐng)域，信號處理算法理論己趨于成熟，但其具體硬件實現(xiàn)方法卻值得探討。FPGA是近年來廣泛應(yīng)用的超大規(guī)模、超高速的可編程邏輯器件，由于其具有高集成度、高速、可編程等優(yōu)點，大大推動了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的單片化、自動化，縮短了單片數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計周期、提高了設(shè)計的靈活性和可靠性，在超高速信號處理和實時測控方面有非常廣泛的應(yīng)用。本文對FPGA的數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)進(jìn)行研究，基于FPGA在數(shù)據(jù)采樣控制和信號處理方面的高性能和單片系統(tǒng)發(fā)展的新熱點，把FPGA作為整個數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的控制核心。主要研究內(nèi)容如下： FPGA的單片系統(tǒng)研究。針對數(shù)據(jù)采集與處理，對FPGA進(jìn)行選型，設(shè)計了基于FPGA的單片系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。把整個控制系統(tǒng)分為三個部分：多通道采樣控制模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，存儲控制模塊。 多通道采樣控制模塊的設(shè)計。利用4片AD7506和一片AD7862對64路模擬量進(jìn)行周期采樣，分別設(shè)計了通道選擇控制模塊和A/D轉(zhuǎn)換控制模塊，并進(jìn)行了仿真，完成了基于FPGA的多通道采樣控制。 數(shù)據(jù)處理模塊的設(shè)計。FFT算法在數(shù)字信號處理中占有重要的地位，因此本文研究了FFT的硬件實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，提出了用FPGA實現(xiàn)FFT的一種設(shè)計思想，給出了總體實現(xiàn)框圖。分別設(shè)計了旋轉(zhuǎn)因子復(fù)數(shù)乘法器，碟形運算單元，存儲器，控制器，并分別進(jìn)行了仿真。重點設(shè)計實現(xiàn)了FFT算法中的蝶形處理單元，采用了一種高效乘法器算法設(shè)計實現(xiàn)了蝶形處理單元中的旋轉(zhuǎn)因子乘法器，從而提高了蝶形處理器的運算速度，降低了運算復(fù)雜度。理論分析和仿真結(jié)果表明，狀態(tài)機控制器成功地對各個模塊進(jìn)行了有序、協(xié)調(diào)的控制。 存儲控制模塊的設(shè)計。利用閃存芯片K9K1G08UOA對采集處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，設(shè)計了FPGA與閃存的硬件連接，設(shè)計了存儲控制模塊。 本文對FFT算法的硬件實現(xiàn)進(jìn)行了研究，結(jié)合單片系統(tǒng)的特點，把整個系統(tǒng)分為多通道采樣控制模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，存儲控制模塊進(jìn)行設(shè)計和仿真。設(shè)計采用VHDL編寫程序的源代碼。仿真測試結(jié)果表明，此FPGA單片系統(tǒng)可完成對實時信號的高速采集與處理。
標(biāo)簽： FPGA 數(shù)據(jù)采集 處理技術(shù)
上傳時間： 2013-04-24
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