串行數字接口SDI是目前使用最廣泛的數字視頻接口。它是遵循SMPTE-259M和EBtJ-Tech-3267標準制定的，己經被世界上眾多數字視頻設備生產廠家普遍采納并作為標準視頻接口，主要用在非線性編輯系統(tǒng)、視頻服務器、虛擬演播室以及數字切換矩陣和數字光端機等場合。 以往的SDI接口在實現方法上有成本高、靈活性低等缺點，針對這些不足，本文在研究串行數字接口工作原理的基礎上，提出了一種基于FPGA的標清串行數字接口(SD-SDI)的設計方案，并使用SOPC Builder構成一個Nios II處理器系統(tǒng)，將SDI接口以IP核形式嵌入到FPGA內部，從而提高系統(tǒng)的集成度，使之具有視頻數據處理速度快、實時性強、性價比高的特點。具體研究內容包括： 1.在分析SDI接口的硬件結構和工作原理的基礎上，提出了串行數字接口的嵌入式系統(tǒng)設計方法，完成了SDI接口卡的FPGA芯片內部配置以及驅動電路、均衡電路、電源電路等硬件電路設計。 2.采用軟邏輯方法實現SDI接口的傳輸功能，進行了具體的模塊化設計與仿真。 3.引入Nios II嵌入式軟核處理器對數據進行處理，設計了視頻圖像數據的采集程序。 該傳輸系統(tǒng)以Altera公司的Cyclone II EP2C35F672C8為核心芯片，通過發(fā)送和接收電路的共同作用，能夠完成標清數字視頻信號的傳輸，初步確立了以SDI接口為數據源的視頻信號傳輸系統(tǒng)的整體模式和框架。
上傳時間： 2013-07-31
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軟件無線電是近年提出的新的通信體系，由于其具有靈活性和可重配置性并且符合通信的發(fā)展趨勢，已成為通信系統(tǒng)設計的研究熱點。因此對基于軟件無線電的調制解調技術進行深入細致的研究非常有意義。 本文首先從闡述軟件無線電的理論基礎入手，對多速率信號處理中的內插和抽取、帶通采樣、數字變頻等技術進行了分析與探討，為設計和實現8PSK調制解調器提供了非常重要的理論依據。然后，研究了8PSK調制解調技術，詳細論述了它們的基本概念和原理，提出了系統(tǒng)實現方案，在DSP+FPGA平臺上實現了8PSK信號的正確調制解調。文中著重研究了突發(fā)通信的同步和頻偏糾正算法，針對同步算法選取了一種基于能量檢測法的快速位同步算法，采用相關器實現，同時實現位同步和幀同步。并且對于突發(fā)通信的多普勒頻偏糾正，設計了一個基于自動頻率控制(AFC)環(huán)的頻偏檢測器，通過修改數控振蕩器(NCO)的頻率控制字方法來校正本地載波頻率，整個算法結構簡單，運算量小，頻偏校正速度快，具有較好的實用性。其次，對相干解調的初始相位進行糾正時，提出了一種簡單易行的CORDIC方法，同時對FPGA編程當中的一些關鍵問題進行了介紹。最后，設計了自適應調制解調器，根據信噪比和誤碼率來自適應的改變調制方式，以達到最佳的傳輸性能。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著圖像分辨率的越來越高，軟件實現的圖像處理無法滿足實時性的需求；同時FPGA等可編程器件的快速發(fā)展使得硬件實現圖像處理變得可行。如今基于FPGA的圖像處理研究成為了國內外的一個熱門領域。 本文在FPGA平臺上，用Verilog HDL實現了一個研究圖像處理算法的可重復配置的硬件模塊架構，架構包括PC機預處理和通信軟件，控制模塊，計算單元，存儲器模塊和通信適配模塊五個部分。其中的計算模塊負責具體算法的實現，根據不同的圖像處理算法可以獨立實現。架構為計算模塊實現了一個可添加、移出接口，不同的算法設計只要符合該接口就可以方便的加入到模塊架構中來進行調試和運行。 在硬件架構的基礎上本文實現了排序濾波，中值濾波，卷積運算及高斯濾波，形態(tài)學算子運算等經典的圖像處理算法。討論了FPGA的圖像處理算法的設計方法及優(yōu)化策略，通過性能分析，FPGA實現圖像處理在時間上比軟件處理有了很大的提高；通過結果的比較，發(fā)現FPGA的處理結果達到了軟件處理幾乎同等的效果水平。最后本文在實現較大圖片處理和圖像處理窗口的大小可配置性方面做了一定程度的討論和改進，提高了算法的可用性，同時為進一步的研究提供了更加便利的平臺。 整個設計都是在ISE8.2和ModelSim第三方仿真軟件環(huán)境下開發(fā)的，在xilinx的Spartan-3E XC3S500E硬件平臺上實現。在軟件仿真過程中利用了ISE8.2自帶仿真工具和ModelSim結合使用。 本課題為制造FPGA的專用圖像處理芯片做了有益的探索性研究，為實現FPGA為核心處理芯片的實時圖像處理系統(tǒng)有著積極的作用。
上傳時間： 2013-07-29
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本文研究了基于Nios Ⅱ的FPGA-CPU調試技術。論文研究了NiosⅡ嵌入式軟核處理器的特性；實現了以Nios Ⅱ嵌入式處理器為核心的FPGA-CPU調試系統(tǒng)的軟、硬件設計；對兩種不同類型的FPGA-CPU進行了實際調試，對實驗數據進行了分析。 在硬件方面，為了控制和檢測FPGA-CPU，設計并實現了FPGA-CPU的控制電路、FPGA-CPU的內部通用寄存器組掃描電路、存儲器電路等；完成了各種外圍設備接口的設計；實現了調試系統(tǒng)的整體設計。 在軟件方面，設計了調試監(jiān)控軟件，完成了對FPGA-CPU運行的控制和信號狀態(tài)的監(jiān)測。這些信號包括地址和數據總線以及各種寄存器的數據等；實現了多種模式下的FPGA-CPU調試支持單時鐘調試、單步調試和軟件斷點多種調試模式。此外，設計了專用的編譯軟件，實現了基于不同指令系統(tǒng)的偽匯編程序編譯，提高了調試效率。 本文作者在實現了FPGA-CPU調試系統(tǒng)基礎上，對兩種指令系統(tǒng)不同、結構迥異的FPGA-CPU進行實際調試。調試結果表明，這種基于IP核的可復用設計技術，能夠在一個FPGA芯片內實現調試系統(tǒng)和FPGA-CPU的無縫連接，能夠有效地調試FPGA-CPU。
上傳時間： 2013-08-04
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轉矩的測量對各種機械產品的研究開發(fā)、測試分析、質量檢驗、安全和優(yōu)化控制等工作有重要的意義。現有的轉矩傳感器一般結構復雜，制造安裝困難。本文介紹了一種結構簡單，測量精度高的新型轉矩傳感器——基于FPGA和單片機的光柵轉矩傳感器。 本文主要工作包括： 1、介紹了當前轉矩傳感器的發(fā)展現狀，分析了各種類型轉矩傳感器的特點和存在的不足。 2、介紹了光柵轉矩傳感器的工作原理，將光柵輸出的光電信號轉換成矩形波信號，通過分析旋轉軸的各種運動對光電輸出信號的影響，得知兩路矩形波信號的相位與扭轉角的關系，從而得到系統(tǒng)測量方案，并推導出具體的測量計算公式。 3、構建了系統(tǒng)實驗平臺，主要由被測量主軸、光柵對機構、光電裝置座三個部分構成。 4、基于現場可編程門陣列(FPGA)和單片機，完成系統(tǒng)硬件電路及軟件設計。 5、根據動態(tài)測量數據的時變性、隨機性、相關性和動態(tài)性等，研究了動態(tài)測量數據的處理方法。 6、對系統(tǒng)調試和實驗。采取先對各個單元模塊獨立調試與實驗的方法，對每個單元電路的性能進行分析處理，然后進行聯(lián)合調試與實驗，并對傳感器進行標定。 7、對系統(tǒng)誤差進行分析，并提出了改進措施。
上傳時間： 2013-06-19
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互聯(lián)網、移動通信、星基導航是21世紀信息社會的三大支柱產業(yè)，而GPS系統(tǒng)的技術水平和發(fā)展歷程代表著全世界衛(wèi)星導航系統(tǒng)的發(fā)展狀況。目前，我國已經成為GPS的使用大國，衛(wèi)星導航產業(yè)鏈也已基本形成。然而，我們對GPS核心技術的研究還不夠深入，我國GPS產品的核心部分多數還是靠進口。 GPS接收機工作時，為了將本地信號和接收到的信號同步，要完成復雜的信號處理過程。其中，如何捕獲衛(wèi)星信號并保持對信號的跟蹤是最重要的核心技術。很多研究者提出了多種解決方法，但這些方法多數都只停留在理論階段，無法應用于GPS接收機系統(tǒng)進行實時處理。 本課題在分析了多種現有算法的基礎上，研究設計了基于FPGA的GPS信號捕獲與跟蹤系統(tǒng)。在研究過程中，首先利用Nemerix公司的GPS芯片組設計制作了GPS接收機模塊，它能正常穩(wěn)定地工作，并可用作GPS基帶信號處理的研究平臺；該平臺可實時地輸出GPS數字中頻信號；本課題在中頻信號的基礎上深入研究了GPS信號的捕獲與跟蹤技術。先詳細分析比較了幾種GPS信號捕獲方法，給出了步進相關的捕獲方案；接著分析了跟蹤環(huán)路的特點，給出了鎖頻環(huán)和鎖相環(huán)交替工作跟蹤載波以及載波輔助偽碼的跟蹤方案，并最終實現了這些方案。 本課題設計的GPS信號捕獲與跟蹤處理系統(tǒng)是通過硬件和軟件協(xié)同工作的方式實現的。硬件電路主要實現數據速率高、邏輯簡單的相關器功能；而基于MicroBlaze軟處理器的軟件主要實現數據速率低、邏輯復雜的功能。本文給出了硬件電路的詳細設計、仿真結果以及軟件設計的詳細流程。 本課題最終在FPGA上實現了GPS信號的捕獲與跟蹤功能，而且系統(tǒng)的性能良好。由此可以得出結論：本設計能夠滿足系統(tǒng)功能和性能的要求，可以直接用于實時GPS接收機系統(tǒng)的設計中，為自主設計GPS接收機奠定了基礎。 本課題的研究得到了大連市信息產業(yè)局集成電路設計專項的資助，項目名稱是“定位與通信集成功能的SOC設計”，研究成果將在2008年上半年投入試用。
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域具有重要的應用價值。 論文從步行康復訓練器的設計與制作出發(fā)，主要進行機器人的運動控制系統(tǒng)設計和研究。文章首先提出了多種運動控制系統(tǒng)的實現方案。根據它們的優(yōu)缺點，選定以DSP和FPGA為核心進行運動控制系統(tǒng)平臺的設計。 論文詳細研究了以DSP和FPGA為核心實現運動控制系統(tǒng)的軟、硬件設計，利用DSP實現運動控制系統(tǒng)總體結構與相關功能模塊，利用FPGA實現運動控制系統(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)進行了功能仿真和時序仿真。 結果表明，基于DSP和FPGA為核心的運動控制系統(tǒng)不僅實現了設計功能要求，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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現代通信系統(tǒng)要求通信距離遠、通信容量大、傳輸質量好。作為其關鍵技術之一的調制解調技術一直是人們研究的一個重要方向。用FPGA實現調制解調器具有體積小、功耗低、集成度高、可軟件升級、抗干擾能力強的特點，符合未來通信技術發(fā)展的方向。論文從以下幾個方面討論和實現了基于FPGA的調制解調系統(tǒng)。 論文首先介紹了調制解調系統(tǒng)的發(fā)展現狀及FPGA的相關知識。然后介紹了幾種常見的相位調制解調方式，重點是QDPSK調制解調系統(tǒng)的理論算法。 論文重點介紹了QDPSK解調調制系統(tǒng)的具體實現。首先，在在MATLAB環(huán)境下對系統(tǒng)里的每個子模塊完成了功能仿真，并取得滿意的仿真結果；其次，在QDPSK調制解調系統(tǒng)功能仿真正確的基礎上，對每個模塊的功能編寫C++算法，并且驗證了算法的正確性和可實現性；最后，在altera公司的FPGA開發(fā)平臺Quartus Ⅱ 6.0上，采用Verilog硬件描述語言對QDPSK調制解調系統(tǒng)實現了時序仿真和綜合仿真。
上傳時間： 2013-04-24
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FPGA(Field Programmable Gate Arrays)是目前廣泛使用的一種可編程器件，FPGA的出現使得ASIC(Application Specific Integrated Circuits)產品的上市周期大大縮短，并且節(jié)省了大量的開發(fā)成本。目前FPGA的功能越來越強大，滿足了目前集成電路發(fā)展的新需求，但是其結構同益復雜，規(guī)模也越來越大，內部資源的種類也R益豐富，但同時也給測試帶來了困難，FPGA的發(fā)展對測試的要求越來越高，對FPGA測試的研究也就顯得異常重要。 本文的主要工作是提出一種開關盒布線資源的可測性設計，通過在FPGA內部加入一條移位寄存器鏈對開關盒進行配置編程，使得開關盒布線資源測試時間和測試成本減少了99％以上，而且所增加的芯片面積僅僅在5％左右，增加的邏輯資源對FPGA芯片的使用不會造成任何影響，這種方案采用了小規(guī)模電路進行了驗證，取得了很好的結果，是一種可行的測試方案。 本文的另一工作是采用一種FPGA邏輯資源的測試算法對自主研發(fā)的FPGA芯片FDP250K的邏輯資源進行了嚴格、充分的測試，從FPGA最小的邏輯單元LC開始，首先得到一個LC的測試配置，再結合SLICE內部兩個LC的連接關系得到一個SLICE邏輯單元的4種測試配置，并且采用陣列化的測試方案，同時測試芯片內部所有的邏輯單元，使得FPGA內部的邏輯資源得完全充分的測試，測試的故障覆蓋率可達100％，測試配置由配套編程工具產生，測試取得了完滿的結果。
上傳時間： 2013-06-11
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軟件無線電(SDR，Software Defined Radio)由于具備傳統(tǒng)無線電技術無可比擬的優(yōu)越性，已成為業(yè)界公認的現代無線電通信技術的發(fā)展方向。理想的軟件無線電系統(tǒng)強調體系結構的開放性和可編程性，減少靈活性著的硬件電路，把數字化處理(ADC和DAC)盡可能靠近天線，通過軟件的更新改變硬件的配置、結構和功能。目前，直接對射頻(RF)進行采樣的技術尚未實現普及的產品化，而用數字變頻器在中頻進行數字化是普遍采用的方法，其主要思想是，數字混頻器用離散化的單頻本振信號與輸入采樣信號在乘法器中相乘，再經插值或抽取濾波，其結果是，輸入信號頻譜搬移到所需頻帶，數據速率也相應改變，以供后續(xù)模塊做進一步處理。數字變頻器在發(fā)射設備和接收設備中分別稱為數字上變頻器(DUC，Digital Upper Converter)和數字下變頻器(DDC，Digital Down Converter)，它們是軟件無線電通信設備的關鍵部什。大規(guī)模可編程邏輯器件的應用為現代通信系統(tǒng)的設計帶來極大的靈活性。基于FPGA的數字變頻器設計是深受廣大設計人員歡迎的設計手段。本文的重點研究是數字下變頻器(DDC)，然而將它與數字上變頻器(DUC)完全割裂后進行研究顯然是不妥的，因此，本文對數字上變頻器也作適當介紹。 第一章簡要闡述了軟件無線電及數字下變頻的基本概念，介紹了研究背景及所完成的主要研究工作。 第二章介紹了數控振蕩器(NCO)，介紹了兩種實現方法，即基于查找表和基于CORDIC算法的實現。對CORDIc算法作了重點介紹，給出了傳統(tǒng)算法和改進算法，并對基于傳統(tǒng)CORDIC算法的NCO的FPGA實現進行了EDA仿真。 第三章介紹了變速率采樣技術，重點介紹了軟件無線電中廣泛采用的級聯(lián)積分梳狀濾波器 (cascaded integratot comb， CIC)和ISOP(Interpolated Second Order Polynomial)補償法，對前者進行了基于Matlab的理論仿真和FPGA實現的EDA仿真，后者只進行了基于Matlab的理論仿真。 第四章介紹了分布式算法和軟件無線電中廣泛采用的半帶(half-band，HB)濾波器，對基于分布式算法的半帶濾波器的FPGA實現進行了EDA仿真，最后簡要介紹了FIR的多相結構。 第五章對數字下變頻器系統(tǒng)進行了噪聲綜合分析，給出了一個噪聲模型。 第六章介紹了數字下變頻器在短波電臺中頻數字化應用中的一個實例，給出了測試結果，重點介紹了下變頻器的：FPGA實現，其對應的VHDL程序收錄在本文最后的附錄中，希望對從事該領域設計的技術人員具有一定參考價值。
上傳時間： 2013-06-30
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