隨著科學技術的發展與公共安全保障需求的提高,視頻監控系統在工業生產、日常生活、警備與軍事方面的應用越來越廣泛。采用基于 FPGA 的SOPC技術、H.264壓縮編碼技術和網絡傳輸控制技術實現網絡視頻監控系統,在穩定性、功能、成本與擴展性等方面都有著突出的優勢,具有重要的學術意義與實用意義, 本課題所設計的網絡視頻監控系統由以Nios Ⅱ為核心的嵌入式圖像服務器、相關網絡設備與若干PC機客戶端組成。嵌入式圖像服務器實時采集圖像,采用H.264 編碼算法進行壓縮,并持續監聽網絡。PC機客戶端可通過網絡對服務器進行遠程訪問,接收編碼數據,使用H.264解碼算法重建圖像并實時顯示,使監控人員有效地掌握現場情況, 在嵌入式圖像服務器設計階段,本文首先進行了芯片選型與開發平臺選擇。然后構建圖像采集子系統,采用雙緩存乒乓交換的方法設計圖像采集用戶自定義模塊。接著設計雙Nios Ⅱ架構的SOPC系統,闡述了雙軟核設計中定制連接、內存芯片共享、數據搬移、通信與互斥的解決方法。同時完成了網絡服務器的設計,采用μC/OS-Ⅱ進行多任務的管理與調度, H.264視頻壓縮編解碼算法設計與實現是本文的重點。文中首先分析H.264.標準,規劃編解碼器結構。接著設計了16×16幀內預測算法,并設計宏塊掃描方式,采用兩次判決策略進行預測模式選擇。然后設計4×4子塊掃描方式,編寫整數變換與量化算法程序。熵編碼采用Exp-Golomb編碼與CAVLC相結合的方案,針對除拖尾系數之外的非零系數值編碼子算法,實現了一種基于表示范圍判別的編碼方法。最后設計了網絡傳輸的碼流組成格式,并針對編碼算法設計相應解碼算法。使用VC++完成算法驗證,并進行測試,觀察不同參數下壓縮率與失真度的變化。 算法驗證完成后,本文進行了PC機客戶端設計,使其具有遠程訪問、H.264解碼與實時顯示的功能。同時將H.264 編碼算法程序移植到NiosⅡ中,并將嵌入式圖像服務器與若干客戶端接入網絡進行聯合調試,構建完整的網絡視頻監控系統, 實驗結果表明,本系統視頻壓縮率高,監控圖像質量良好,充分證明了系統軟硬件與圖像編解碼算法設計成功。本系統具有成本低、擴展性好及適用范圍廣等優點,發展前景十分廣闊。
上傳時間: 2013-08-03
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上傳時間: 2013-04-24
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汽車在緊急制動過程中易出現很多非穩定因素(諸如側滑、跑偏、失去轉向操縱能力等),進而導致了相當多的交通事故。這些非穩定因素是由于制動時車輪抱死而產生的,汽車防抱死制動系統ABS(Anti-lockBraking system)可以避免制動時的這些不利因素,縮短剎車距離,保證汽車安全制動。 現代汽車整車控制技術的迅猛發展,迫切需要研制具有自主知識產權的汽車電子產品。研制以汽車防抱死制動系統為代表的高技術含量汽車電子產品,對加速我國汽車產業的技術自主化具有舉足輕重的作用。 本文根據防抱死制動系統的工作原理,采用邏輯門限控制算法,選擇車輪加速度和滑移率門限來調節制動壓力,使車輪的滑移率保持在最佳滑移率附近。以ARM單片機LPC2292為核心,完成了輪速信號調理電路、電磁閥和回液泵電機驅動電路及系統故障診斷等電路的設計,闡述了ABS各功能模塊軟件的設計思想和實現方法,完成了防抱死制動系統的硬件和軟件設計。 本文所設計的汽車防抱死制動系統在昌河CH711A轎車上進行了道路實驗,結果表明:汽車防抱死制動控制系統的硬件電路設計合理可行,軟件所采用的控制策略正確、有效,系統運行穩定可靠,改善了汽車制動系統性能,完全能夠滿足汽車安全制動的需要。
上傳時間: 2013-07-19
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軟開關技術是電力電子裝置向高頻化、高功率密度化發展的關鍵技術,已成為現代電力電子技術研究的熱點之一。微處理器的出現促進了電力電子變換器的控制技術從傳統的模擬控制轉向數字控制,數字控制技術可使控制電路大為簡化,并能提高系統的抗干擾能力、控制靈活性、通用性以及智能化程度。本文提出了一種利用耦合輸出電感的新型次級箝位ZVZCS PWM DC/DC變換器,其反饋控制采用數字化方式。 論文分析了該新型變換器的工作原理,推導了變換器各種狀態時的參數計算方程;設計了以ARW芯片LPC2210為核心的數字化反饋控制系統,通過軟件設計實現了PWM移相控制信號的輸出;運用Pspice9.2軟件成功地對變換器進行了仿真,分析了各參數對變換器性能的影響,并得出了變換器的優化設計參數;最后研制出基于該新型拓撲和數字化控制策略的1千瓦移相控制零電壓零電流軟開關電源,給出了其主電路、控制電路、驅動電路、保護電路及高頻變壓器等的設計過程,并在實驗樣機上測量出了實際運行時的波形。 理論分析與實驗結果表明:該變換器拓撲能實現超前橋臂的零電壓開關,滯后橋臂的零電流開關;采用ARM微控制器進行數字控制,較傳統的純模擬控制實時反應速度更快、電源穩壓性能更好、外圍電路更簡單、設計更靈活等,為實現智能化數字電源創造了基礎,具有廣泛的應用前景和巨大的經濟價值。
上傳時間: 2013-08-03
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隨著SOC技術、IP技術以及集成電路技術的發展,RISC軟核處理器的研究與開發設計開始受到了人們的重視。基于FPGA的RISC軟核處理器在各個行業開始得到了廣泛的應用,特別是在一些基于FPGA的嵌入式系統中有著越來越廣泛的應用前景。 該論文在研究了大量國內外技術文獻的基礎上,總結了RISC處理器發展的現狀與水平。認真分析了RISC處理器的基本結構,包括總線結構,流水線處理的原理,以及流水線數據通路和流水線控制的原理;并詳細分析了該設計采用的指令集——MIPS指令集的內在結構。設計出了一個32位RISC軟核處理器,這個軟核處理器采用五級流水線結構,能完成加法、減法、邏輯與、邏輯或、左移右移等算術邏輯操作,以及它們的組合操作。通過軟件仿真和在Altera的FPGA開發板上進行驗證,證明了所設計的32位RISC處理器能準確的執行所選用的MIPS指令集,運行速度能達到30MHz,功能良好。 通過對所設計對象特點及其可行性的研究,選用了Altera公司QuartusⅡ軟件作為設計與仿真驗證的環境。在設計方法上,該課題采用了自頂向下的設計方法。在設計過程中采用了邊設計邊驗證這種設計與驗證相結合的設計流程,大大提高了設計的可靠性。該課題在設計過程中還提出了兩個有效的設計思路:第一是在32位寄存器的設計中利用FPGA的內部RAM資源來設計,減少了傳輸延時,提高了運行速度,并大大減少了對FPGA內部資源的占用;第二是在系統架構上采用了柔性化的設計方法,使得設計可以根據實際的需求適當的增減相應的部件,以達到需求與性能的統一。這兩個方法都有效地解決了設計中出現的問題,提高了處理器的性能。
上傳時間: 2013-07-21
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GPS(全球定位系統)是美國建立的高精度衛星定位導航系統,高動態GPS接收機可應用于衛星、飛機、高速列車等許多場合。高動態給GPS信號帶來很大的多普勒頻移和多普勒頻移變化率,普通民用接收機無法正常工作。適用于高動態條件的接收機可以有效消除多普勒頻移及其變化率對信號接收的影響,提高導航定位精度。 本文在深入研究GPS的系統組成、工作原理以及信號格式的基礎上,重點研究高動態條件下C/A碼和載波的捕獲與跟蹤方案。論文的主要工作如下: 1.深入研究擴頻信號的各種捕獲算法,提出了一種適用于高動態的基于FFT的C/A碼快速捕獲算法; 2.研究擴頻碼跟蹤和載波跟蹤技術,設計了載波輔助的碼跟蹤環路——數字延遲鎖定環(DLL)及一種叉積自動頻率跟蹤環(CPAFC)與科斯塔斯(Costas)環相結合的載波跟蹤方案,并在MATLAB環境下建立系統模型,對環路參數進行了詳細的設計; 3.初步完成了GPS接收機基帶處理模塊核心單元的FPGA設計和功能仿真。
上傳時間: 2013-07-10
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激光測距是隨著激光技術的出現而發展起來的一種精密測量技術,因其良好的精確度特性廣泛地應用在軍事和民用領域。但傳統的激光測距系統大多采用分立的單元電路搭建而成,不僅造成了開發成本較高,電路較復雜,調試困難等諸多問題,而且這種系統體積和重量較大,嚴重阻礙了激光測距系統的普及應用,因此近年來激光測距技術向著小型化和集成化的方向發展。本文就旨在找出一種激光測距的集成化方案,將激光接收電路部分集成為一個專用集成電路,使傳統的激光測距系統簡化成三個部分,激光器LD、接收PD和一片集成電路芯片。 本文設計的激光測距系統基于相位差式激光測距原理,綜合當前所有的測相技術,提出了一種基于FPGA的芯片運用DCM的動態移相功能實現相位差測量的方法。該方法實現起來方便快捷,無需復雜的過程計算,不僅能夠達到較高的測距精度,同時可以大大簡化外圍電路的設計,使測距系統達到最大程度的集成化,滿足了近年來激光測距系統向小型化和集成化方向發展的要求,除此,該方法還可以減少環境因素對測距誤差的影響,降低測距系統對測試環境的要求。本論文的創新點有: 1.基于方波實現激光的調制和發射,簡化了復雜的外圍電路設計; 2.激光測距的數據處理系統在一片FPGA芯片上實現,便于系統的集成。 在基于DCM的激光測距方案中,本文詳細的敘述了利用DCM測相的基本原理,并給出了由相位信息得到距離信息的計算過程,然后將利用不同測尺測得的結果進行合成,并最終將距離的二進制信息轉換成十進制顯示出來。本文以Xilinx公司Virtex-II Pro開發板做為開發平臺,通過編程和仿真驗證了該測距方案的可行性。在采用多次測量求平均值的情況下,該測距方案的測距精度可以達到3mm,測距量程可達100m。該方案設計新穎,可將整個的數據處理系統在FPGA芯片中實現,為最終的專用集成芯片的設計打下了基礎,有利于測距系統的集成單片化。
上傳時間: 2013-06-20
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信號發生器是控制系統的重要組成部分。研制出較高精度、可靠性、可調參數的數字量信號發生器,對于促進我國航空、航天、國防以及工業自動化等領域的發展均有重要意義。本文以直接頻率合成和偽隨機碼的設計與實現為中心,對擴頻通信的基本理論、信號源的結構、載波調制等問題進行了深入的分析和研究,并給出了模塊的硬件實現方案。 現場可編程門陣列(FPGA)設計靈活、速度快,在數字專用集成電路的設計中得到了廣泛的應用。論文介紹了FPGA技術的發展和應用,包括VHDL語言的基本語法結構和FPGA器件的開發設計流程等等。詳細地分析了各類頻率合成器的基礎上提出采用直接數字式頻率合成原理(DDS)實現低相位噪聲、高分辨率、高精度和高穩定度的信號源。研究了測距偽隨機碼的原理,確定選用移位序列作為系統的擴頻碼序列,并選取了符合本系統使用的移位序列擴頻碼。分別給出并分析了相應的FPGA硬件實現電路。 對于載波調制這一關鍵技術,提出了采用二進制相移鍵控相位選擇法并相應作了硬件實現。最后給出具體設計實現了的信號發生器的輸出波形。經實驗室測試,設計的信號發生器滿足要求,且結構簡單、工作可靠、重量輕、體積小,具有良好的應用前景。
上傳時間: 2013-04-24
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偏移正交相移鍵控(OQPSK:Offset Quadrature Phase Shift Keying)調制技術是一種恒包絡調制技術,具有頻譜利用率高、頻譜特性好等特點,廣泛應用于衛星通信和移動通信領域。 論文以某型偵收設備中OQPSK解調器的全數字化為研究背景,設計并實現了基于FPGA的全數字OQPSK調制解調器,其中調制器主要用于仿真未知信號,作為測試信號源。論文研究了全數字OQPSK調制解調的基本算法,包括成形濾波器、NCO模型、載波恢復、定時恢復等;完成了整個調制解調算法的MATLAB仿真。在此基礎上,采用VHDL硬件描述語言在Xilinx公司ISE7.1開發環境下設計并實現了各個算法模塊,并在硬件平臺上加以實現。通過實際現場測試,實現了對所偵收信號的正確解調。論文還實現了解調器的百兆以太網接口,使得系統可以方便地將解調數據發送給計算機進行后續處理。
上傳時間: 2013-05-19
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近年來,隨著FPGA技術的出現,憑借著它在設計上的優越性,使得它在各電子設計領域上備受關注。在數字控制系統的應用領域也越來越廣泛。本課題主要研究了FPGA技術和無線通訊技術在高頻感應加熱控制系統的應用,目的在于實現一個安全穩定的高頻感應加熱環境。 本文首先介紹了高頻感應加熱系統所涉及的一些概念及所要用到的一些技術。然后對系統實現的原理及實現可行性進行了深入的研究分析,確定了主電路的拓撲結構為串聯諧振式,功率調節方式為容性移相調功:計算確定了系統中各個元件的參數和符號。最后按照FPGA的設計流程,設計實現了系統所需的各個硬件電路。 本文將無線通訊的技術引入了高頻感應加熱系統的控制。利用FPGA技術將RF無線通訊電路的控制部分與其他控制電路集成到一塊FPGA芯片里,這樣大大縮小了系統的體積,提高了系統的穩定性。使得對高頻感應加熱系統的控制更加智能化,同時也使得其操作安全性得到了很大的提高,從而達到了我們的目的。 研究結果表明,利用FPGA技術以及無線通訊技術的集成來實現智能化數字控制系統是很可行的方法。本文研究的感應加熱控制系統運行良好。
上傳時間: 2013-05-31
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