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硬件結構

基于FPGA的嵌入式圖像采集卡的研究

圖像采集和處理技術在機器視覺和圖像分析等諸多領域應用十分廣泛，大部分情況下，采集卡只需將前端相機捕獲的圖像信息正確地傳回計算機即可。但是在要求較高的應用場合需要采集卡能準確控制外部光源和相機，完成圖像采集，預處理，數據傳輸。只有這樣，用戶才可以根據不同的興趣和需求對特定的某些圖像進行采集、傳輸以及處理，以達到某種分析目的。本文根據國家985二期項目“三維粒子圖像測速系統”的圖像采集與處理需要，設計開發了一款以FPGA為核心控制芯片的嵌入式圖像采集卡。采集卡以FPGA為邏輯和算法實現的核心器件，不僅實現了傳統意義上的圖像采集，而且實現了CCD相機控制和激光器同步曝光功能，打破了以往單純靠增加硬件設備實現同步控制的方法，簡化了系統硬件結構并節約系統成本。此外，在系統中嵌入了圖像增強算法和采用PCI接口與計算機連接滿足了高速采集的要求。同時，采用市場上廣泛應用的Camera Link作為采集卡的圖像輸入接口，提高了系統的通用性、傳輸速率和抗干擾能力，簡化圖像獲取設備和模擬攝像頭之間需要視頻解碼等連接。具有嵌入式處理功能，光源同步和相機控制的采集卡將使機器視覺系統，圖像測速等諸多領域的圖像采集應用變得更為便捷。論文首先對圖像采集卡系統的組成、整體方案和可行性進行了論證。然后給出了圖像采集卡的硬件設計。在此部分結合整體設計方案，討論芯片的選型問題。根據所選芯片的本身特點，分模塊地對圖像采集卡的硬件設計原理進行了詳細的闡述。接下來是圖像采集卡的軟件設計部分。用VHDL和原理圖結合的方法對FPGA進行編程，實現了圖像采集系統的各個功能模塊。根據圖像采集系統的要求用DriverWorks軟件設計了圖像采集卡的WDM底層驅動程序和上層應用程序。最后是用FPGA實現了帶修改參數的硬件嵌入式圖像處理算法——圖像增強。論文中使用QUARTUS軟件嵌入的邏輯分析儀SignalTap對FPGA設計的模塊進行了硬件調試，給出了調試的時序圖和調試結果，經測試分析該采集卡滿足“三維粒子圖像測速系統”的要求，達到了預期目標。

標簽： FPGA 嵌入式圖像采集卡

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：cazjing
FPGA擴展接口設計和攝像頭驅動程序

當前正處于第三代移動通信技術發展的關鍵時期，各種與3G相關的無線網絡終端的需求量與日俱增。為3G無線網絡終端選擇一個高性能的處理器，并且提供一套完整的系統解決方案，滿足3G時代人們對數據通信業務的需求，無疑是一個有意義且亟待解決的重要問題。 OMAP(Open Multimedia Applications Platform)是美國德州公司(TI)推出的專門為支持第三代(3G)無線終端應用而設計的應用處理器體系結構。OMAP處理器平臺堪稱無線技術發展的里程碑，它提供了語音、數據和多媒體所需的帶寬和功能，可以極低的功耗為高端3G無線設備提供極佳的性能。本文的研究內容是開發基于OMAP5910處理器的具有多個擴展接口的嵌入式開發平臺，以及攝像頭顯示驅動程序，以便能為3G相關的無線網絡終端提供一個系統級的解決方案，本文首先介紹了OMAP技術的特點和優點，并對OMAP5910處理器的硬件結構進行了簡單說明，在此基礎上提出了基于OMAP5910嵌入式平臺的FPGA設計，包括用FPGA擴展的接口：觸摸屏接口，硬盤接口，以太網接口；控制的接口：USB口，串口；以及實現的功能：與OMAP5910處理器的通信功能，中斷控制功能，選擇啟動順序功能，復位延時功能。然后介紹了基于OMAP5910的攝像顯示系統的硬件設計，主要包括攝像頭接口和攝像頭模塊，EMIFS和EMIFF接口以及LCD接口。最后描述了嵌入式Linux操作系統下攝像頭驅動程序的完整實現過程。

標簽： FPGA 擴展接口設計攝像頭

上傳時間： 2013-05-24

上傳用戶：mfhe2005
基于以太網和FPGA的智能小區管理系統

智能化住宅小區，是指在一定范圍內通過有效的傳輸網絡，將多元住處服務、物業管理、安防以及住宅智能化等系統結合在一起，為該小區的服務與管理提供高技術的智能化手段。從而實現快捷高效的超值服務管理和安全舒適的家居環境，使業主生活得更安全、更方便。隨著國民經濟和科學技術水平的提高，特別是計算機技術、通信技術、網絡技術和控制技術的迅速發展，促進了智能小區在我國的推廣和應用。目前這些小區的智能化建設大多數是采用Lonworks、FF等現場總線技術。但是現場總線協議標準化程度還不成熟，且成本較高。隨著寬帶Internet進入家庭，利用Internet來構建智能小區已成為大勢所趨。本文介紹了一種基于以太網和FPGA的嵌入式智能小區管理系統的組建方法。首先，以Altera的FPGA為核心，通過在外圍添加適當的存儲設備和通信接口設備，構成一個嵌入式系統的硬件平臺。其次，在此平臺的基礎上，通過在FPGA中定制Nios Ⅱ軟核處理器以及在外圍的Flash存儲器中下載uClinux操作系統，從而構建出一套資源豐富的嵌入式操作系統。該系統帶有一個網絡功能齊全的Web服務器。最后，將此操作系統作為智能小區的樓宇集中器，再根據需要配置適當的采集器和顯示器，就可以組建成一套功能強大的智能小區管理系統。它可以完成圖像抄表、定時圖像采集、實時溫度監控、樓宇廣播、智能語音報警等功能。這種利用當前流行的嵌入式系統來組建的智能小區管理系統，不但實現簡單、功能強大；而且節約布線、成本低廉。因此具有很高的性價比，相信在未來有較大的市場潛力。本文主要包括如下幾個部分：系統硬件結構設計，包括系統的原理圖構建和PCB板的繪制：系統核心處理器設計，包括Nios Ⅱ軟核CPU的設計方法、外圍存儲和通信器件的添加及設計方法；嵌入式操作系統uClinux的相關知識及移植方法：系統的軟件結構設計，包括圖像采集、溫度采集、LCD顯示等CGI程序設計，以及單片機語音報警程序設計等；最后給出了調試情況以及一些試驗結果。

標簽： FPGA 以太網智能小區管理系統

上傳時間： 2013-06-11

上傳用戶：ccsp11
基于ARM-Linux的無線音視頻傳輸系統

本文設計了一種基于S3C2410X微處理器、Linux操作系統的無線多媒體傳輸系統。論文首先介紹了系統的結構功能設計；接著給出了嵌入式無線音視頻傳輸系統軟硬件設計方案，包括系統發送端硬件結構設計和接收

標簽： ARM-Linux 無線傳輸系統音視頻

上傳時間： 2013-07-11

上傳用戶：zttztt2005
基于ARM感應電機數字控制器的設計

感應電機具有可靠性好、結構簡單、耐腐蝕、效率好、結構緊湊、價格低廉和體積小等優點，成為工業伺服控制的主要傳動裝置然而，感應電機又是一個多變量、強耦合的非線性系統，磁鏈和轉矩的非線性耦合及參數時變，使得感應電機的控制十分復雜，特別是在實際電機控制系統中，還需要考慮硬件和周圍環境等多種因素的干擾，致使實現高性能的感應電機控制系統更加困難本文研究感應電機的高性能控制策略，綜述了感應電機高性能控制策略的發展歷程和感應電機模糊控制的發展現狀，分析了實際電機控制系統控制器選型中各個嵌入式微處理器的基本性能和優缺點在給出三相坐標系和二相坐標系中的感應電機數學模型之后，從理論上闡述了模糊控制和矢量控制的基本原理，針對傳統的PI控制器參數整定繁瑣，系統魯棒性差的缺點，論文將模糊控制技術應用于感應電機的變頻調速，采用CRI推理法，設計了一種參數自整定模糊PI矢量控制器，利用Matlab對基于模糊PI控制的感應電機控制系統進行了仿真，并對采用兩種控制器實現的感應電機調速控制系統進行了比較、分析仿真結果表明模糊控制的控制性能優于常規的PI調節器論文對基于ARM的感應電機數字控制技術進行了系統研究，闡述了采用LPC2214ARM微處理器構成數字感應電機變頻調速系統的方法，給出了一種高性能感應電機的數字實現方案，詳細介紹了系統硬件結構的組成及軟件模塊的功能，并給出了主要算法的參考代碼，為實際電機控制器的選型和開發提供了一個新的思路

標簽： ARM 感應電機數字控制器

上傳時間： 2013-08-03

上傳用戶：sy_jiadeyi
基于DSP和FPGA平臺的數字化接收機

短波通信由于其固有的優點，在無線通信特別是軍事通信中有著很重要的應用，國內外對短波電臺以及高速調制解調器的研究也是相當多，然而有些硬件結構相似的電臺信號特征差異卻很大，這極大地限制了不同電臺間的互通互連。而軟件無線電用軟件代替部分硬件，可以通過不同軟件模塊來實現不同的功能，因此利用軟件無線電，可以在相同的硬件平臺上，實現多種短波數字化業務，而本文重點研究的就是基于軟件無線電的短波串行體制。　　首先對短波串行體制標準進行了詳細地研究，并對發射端實現方法進行了具體的說明。其次闡述了中頻數字接收機相關基本理論，在研究信號采樣理論、多速率數字信號處理理論、濾波器設計理論、FPGA硬件數字算法等基礎上，并結合實際應用要求，提出了適合于FPGA實現的數字化中頻處理系統方案，對系統進行了仿真，驗證了系統方案的可行性，然后通過Verilog編程完成了數字下變頻的FPGA實現，效果較好。最后對接收端的基帶處理方法進行了一些探索。　　

標簽： FPGA DSP 數字化接收機

上傳時間： 2013-07-19

上傳用戶：czh415
FPGA布線研究與實現

現場可編程門陣列(FPGA)能夠減少電子系統的開發風險和開發成本，縮短上市時間，降低維護升級成本，故廣泛地應用在電子系統中。最新的FPGA都采用了層次化的布線資源結構，與以前的結構發生了很大的變化。由于FPGA布線資源的固定性和有限性，因此需要開發適用于這種層次化的FPGA結構并提高布線資源有效利用率的布線算法。同時由于晶體管尺寸的不斷減小，有必要在FPGA布線算法中考慮功耗和時序問題。本論文所作的研究工作主要包括：提出一種基于Tile的FPGA結構描述方法，對FPGA功耗模型和時序模型進行了研究，實現了考慮FPGA功耗、布線資源利用率的布線算法。在FPGA結構描述方面，本文在分析現代商用FPGA層次化結構及學術上對FPGA描述方法的基礎上，提出一種基于Tile的FPGA結構描述。由于基本Tile的重復性，采用該方法可以簡化FPGA結構的描述，同時由于該方法是以硬件結構為根據，為FPGA軟硬件提供了簡單而靈活的接口，該方法在原型系統中測試證明是正確的。在FPGA功耗模型方面，本文研究了ASIC中關于電路功耗計算的基本方法，并將其應用到FPGA功耗分析中。在模型中的采用了混合的功耗模型，包括動態功耗模型和靜態功耗模型。動態功耗的計算采用基于節點狀態轉換率的開關級動態功耗計算和邏輯塊宏模型，靜態功耗則采用基于公式計算的晶體管漏電功耗模型和邏輯塊基于仿真的LUT/MUX表達式計算模型。這些功耗模型將運用到我們后面的功耗計算和基于功耗驅動的布線算法中。在FPGA布線算法研究和實現方面，本文在介紹基本的搜索算法之后，介紹了將FPGA硬件結構轉變為FPGA布線程序可識別的布線資源圖的方法，并將基本的搜索算法運用的FPGA布線資源圖上，實現FPGA的基于布通率的布線算法。在此基礎上，借鑒了FPGA時序分析方法，將時序分析作為布線算法的一子模塊，對基于時序的布線算法進行了研究；同時采用了FPGA功耗模型，在布線算法實現中考慮了動態功耗的問題。最后在布線算法中實現兩種啟發式策略以提高可布線資源有效利用率。

標簽： FPGA 布線

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：long14578
基于FPGA的工頻干擾實時濾波技術

生物醫學信號是源于一個生物系統的一類信號，像心音、腦電、生物序列和基因以及神經活動等，這些信號通常含有與生物系統生理和結構狀態相關的信息，它們對這些系統狀態的研究和診斷具有很大的價值。信號拾取、采集和處理的正確與否直接影響到生物醫學研究的準確性，如何有效地從強噪聲背景中提取有用的生物醫學信號是信號處理技術的重要問題。　　設計自適應濾波器對帶有工頻干擾的生物醫學信號進行濾波，從而消除工頻干擾，獲得最佳的濾波效果是本研究要解決的問題。生物醫學信號具有信號弱、噪聲強、頻率范圍較低、隨機性強等特點。由于心電(electrocardiogram，ECG)信號的確定性、穩定性、規則性都比其他生物信號高，便于準確評估和檢測濾波效果，本研究采用ECG信號作為原始的模板信號。　　本研究將新的電子芯片技術與現代信號處理技術相結合，從過去單一的軟件算法研究，轉向軟件與硬件結合，從而提高自適應速度和精度，而且可以使系統的開發周期縮短、成本降低、容易升級和變更。　　采用現場可編程邏輯器件(Field Programmable Gate Array，FPGA)作為新的ECG快速提取算法的硬件載體，加快信號處理的速度。為了將ECG快速提取算法轉換為常用的適合于FPGA芯片的定點數算法，研究中詳細分析了定點數的量化效應對自適應噪聲消除器的影響，以及對浮點數算法和定點數算法的復合自適應濾波器的各種參數的選擇，如步長因子和字長選擇。研究中以定點數算法中的步長因子和字長選擇，作為FPGA設計的基礎，利用串并結合的硬件結構實現自適應濾波器，并得到了預期的效果，準確提取改善后的ECG信號。　　研究中，在MATLAB(Matrix Laboratry)軟件的環境下模擬，選取帶有50Hz工頻干擾的不同信噪比的ECG原始信號，在浮點數情況下，原始信號通過采用最小均方LMS(LeastMean Squares)算法的浮點數自適應濾波器后，根據信噪比的改善和收斂速度，確定不同的最佳μ值，并在定點數情況下，在最佳μ值的情況下，原始信號通過采用LMs算法的定點數自適應濾波器后，根據信噪比的改善效果和采用硬件的經濟性，確定最佳的定點數。并了解LMS算法中步長因子、定點數字長值對信號信噪比、收斂速度和硬件經濟性的影響。從而得出針對含有工頻干擾的不同信噪比的原始ECG，應該采用什么樣的μ值和什么樣的定點數才能對原始ECG的改善和以后的硬件實現取得最佳的效果，并根據所得到的數據和結果，在FPGA上實現自適應濾波器，使自適應濾波器能對帶有工頻干擾的ECG原始信號有最佳的濾波效果。

標簽： FPGA 工頻干擾濾波技術

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：gzming
用L297,L298組成步進電機驅動電路

·摘　要:介紹利用L297和L298芯片實現驅動步進電機的一種簡單方法,利用該方法設計的步進電機驅動系統具有硬件結構簡單、軟件編程容易和價格低廉的特點.

標簽： 297 298 步進電機驅動電路

上傳時間： 2013-05-30

上傳用戶：金宜
模糊PID控制的步進電機細分驅動器設計

·摘　要:從改善步進電機動靜態性能的角度出發，給出了基于AT89C51的二相混合式步進電機驅動器的優化設計方案，主要介紹了該驅動器的控制策略和硬件結構等。試驗結果表明，驅動器的動靜態性能、魯棒性和控制精度都有了明顯的改善。[著者文摘]

標簽： PID 模糊控制步進電機

上傳時間： 2013-07-05

上傳用戶：neu_liyan