無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSN）是由大量傳感器節(jié)點組成，這些節(jié)點部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)通過無線通信方式，形成的一個多跳自組織的網(wǎng)絡(luò)。整個網(wǎng)絡(luò)的作用是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中監(jiān)測對象的信息，并發(fā)送給觀察者，可廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療護理、軍事、商業(yè)等多個領(lǐng)域。 媒體訪問控制（Medium Access Control，MAC）協(xié)議處于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的物理層和路由層之間，用于在傳感器節(jié)點間公平有效地共享通信媒介，對傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能有較大影響。與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)不同，提高能量效率和可擴展性是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議設(shè)計的主要目標。 本文主要闡述基于FPGA對IEEE802．15．4 MAC層功能的實現(xiàn)。首先介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、MAC協(xié)議的設(shè)計要求以及已有的MAC層協(xié)議，討論了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC層的主要要求和功能。然后詳細介紹和分析了IEEE802．15．4的MAC協(xié)議，并在此基礎(chǔ)上，通過NS2平臺對MAC層協(xié)議進行了仿真，研究不同網(wǎng)絡(luò)負荷下信道訪問機制的各個參數(shù)對吞吐量，丟包率，傳輸延時的影響，分析了隱蔽站問題、確認幀機制。 本文對MAC層中的主要功能，諸如數(shù)據(jù)收發(fā)、幀處理、信道接入方式以及幀檢驗等提出了基于FPGA的硬件解決方法。設(shè)計選用硬件描述語言VerilogHDL，在QuartusⅡ中完成模塊的綜合和布局布線，在QuartusⅡ和Modelsim中進行時序仿真驗證，最終下載到自主設(shè)計Altera公司的Cyclone開發(fā)板中。 對設(shè)計的驗證采取的是由里及外的方式，先對系統(tǒng)主模塊的功能進行驗證，然后下載到與CC2430開發(fā)板相連接的FPGA中對設(shè)計進行驗證測試。驗證流程是功能仿真、時序仿真和板級調(diào)試，最終通過測試，驗證了該設(shè)計的功能。測試結(jié)果表明，該模塊能滿足無線傳感器網(wǎng)絡(luò)低速率應(yīng)用環(huán)境的需要，具有優(yōu)良的擴展性能，達到了預(yù)期的設(shè)計目標。
標簽： FPGA MAC 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
上傳時間： 2013-06-14
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FPGA作為新一代集成電路的出現(xiàn)，引起了數(shù)字電路設(shè)計的巨大變革。隨著FPGA工藝的不斷更新與改善，越來越多的用戶與設(shè)計公司開始使用FPGA進行系統(tǒng)開發(fā)，因此，PFAG的市場需求也越來越高，從而使得FPGA的集成電路板的工藝發(fā)展也越來越先進，在如此良性循環(huán)下，不久的將來，F(xiàn)PGA可以主領(lǐng)集成電路設(shè)計領(lǐng)域。正是由于FPGA有著如此巨大的發(fā)展前景與市場吸引力，因此，本文采用FPGA作為電路設(shè)計的首選。 @@ 隨著FPGA的開發(fā)技術(shù)日趨簡單化、軟件化，從面向硬件語言的VHDL、VerilogHDL設(shè)計語言，到現(xiàn)在面向?qū)ο蟮腟ystem Verilog、SystemC設(shè)計語言，硬件設(shè)計語言開始向高級語言發(fā)展。作為一個軟件設(shè)計人員，會很容易接受面向?qū)ο蟮恼Z言。現(xiàn)在軟件的設(shè)計中，算法處理的瓶頸就是速度的問題，如果采用專用的硬件電路，可以解決這個問題，本文在第一章第二節(jié)詳細介紹了軟硬結(jié)合的開發(fā)優(yōu)勢。另外，在第一章中還介紹了知識產(chǎn)權(quán)核心（IP Core）的發(fā)展與前景，特別是IP Core中軟核的設(shè)計與開發(fā)，許多FGPA的開發(fā)公司開始爭奪軟核的開發(fā)市場。 @@ 數(shù)字電路設(shè)計中最長遇到的就是通信的問題，而每一種通信方式都有自己的協(xié)議規(guī)范。在CPU的設(shè)計中，由于需要高速的處理速度，因此其內(nèi)部都是用并行總線進行通信，但是由于集成電路資源的問題，不可能所有的外部設(shè)備都要用并行總線進行通信，因此其外部通信就需要進行串行傳輸。又因為需要連接的外部設(shè)備的不同，因此就需要使用不同的串行通信接口。本文主要介紹了小型CPU中常用的三種通信協(xié)議，那就是SPI、I2C、UART。除了分別論述了各自的通信原理外，本文還特別介紹了一個小型CPU的內(nèi)部構(gòu)造，以及這三個通信協(xié)議在CPU中所處的位置。 @@ 在硬件的設(shè)計開發(fā)中，由于集成電路本身的特殊性，其開發(fā)流程也相對的復(fù)雜。本文由于篇幅的問題，只對總的開發(fā)流程作了簡要的介紹，并且將其中最復(fù)雜但是又很重要的靜態(tài)時序分析進行了詳細的論述。在通信協(xié)議的開發(fā)中，需要注意接口的設(shè)計、時序的分析、驗證環(huán)境的搭建等，因此，本文以SPI數(shù)據(jù)通信協(xié)議的設(shè)計作為一個開發(fā)范例，從協(xié)議功能的研究到最后的驗證測試，將FPGA 的開發(fā)流程與關(guān)鍵技術(shù)等以實例的方式進行了詳細的論述。在SPI通信協(xié)議的開發(fā)中，不僅對協(xié)議進行了詳細的功能分析，而且對架構(gòu)中的每個模塊的設(shè)計都進行了詳細的論述。@@關(guān)鍵詞：FPGA；SPI；I2C；UART；靜態(tài)時序分析；驗證環(huán)境
上傳時間： 2013-04-24
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DDR2 SDRAM是目前內(nèi)存市場上的主流內(nèi)存。除了通用計算機系統(tǒng)外，大量的嵌入式系統(tǒng)也紛紛采用DDR2內(nèi)存，越來越多的SoC系統(tǒng)芯片中會集成有DDR2接口模塊。因此，設(shè)計一款匹配DDR2的內(nèi)存控制器將會具有良好的應(yīng)用前景。 論文在研究了DDR2的JEDEC標準的基礎(chǔ)上，設(shè)計出DDR2控制器的整體架構(gòu)，采用自項向下的設(shè)計方法和模塊化的思想，將DDR2控制器劃分為若干模塊，并使用Verilog HDL語言完成DDR2控制器IP軟核中初始化模塊、配置模塊、執(zhí)行模塊和數(shù)據(jù)通道模塊的RTL級設(shè)計。根據(jù)在設(shè)計中遇到的問題，對DDR2控制器的整體架構(gòu)進行改進與完善。在分析了Altera數(shù)字PHY的基本性能的基礎(chǔ)上，設(shè)計DDR2控制器與數(shù)字PHY的接口模塊。搭建DDR2控制器IP軟核的仿真驗證平臺，針對設(shè)計的具體功能進行仿真驗證，并實現(xiàn)在Altera Stratix II GX90開發(fā)板上對DDR2存儲芯片基本讀/寫操作控制的FPGA功能演示。 論文設(shè)計的DDR2控制器的主要特點是： 1.支持數(shù)字PHY電路，不需要實際的硬件電路就完成DDR2控制器與DDR2存儲芯片之間的物理層接口，節(jié)約了設(shè)計成本，縮小了硬件電路的體積。 2.將配置口從初始化模塊中分離出來，簡化了具體操作。 3.支持多個DDR2存儲芯片，使得DDR2控制器的應(yīng)用范圍更為廣闊。 4.支持DDR2的三項新技術(shù)，充分發(fā)揮DDR2內(nèi)存的特性。 5.自動DDR2刷新控制，方便用戶對DDR2內(nèi)存的控制。
上傳時間： 2013-06-10
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數(shù)字信號發(fā)生器是數(shù)字信號處理中不可缺少的調(diào)試設(shè)備。在某工程項目中，為了提供特殊信號，比如雷達信號，就需要設(shè)計專用的數(shù)字信號發(fā)生器，用以達到發(fā)送雷達信號的要求。在本文中提出了使用PCI接口的專用數(shù)字信號發(fā)生器方案。 該方案的目標是能夠采錄雷達信號，把信號發(fā)送到主機作為信號文件存儲起來，然后對這個信號文件進行航跡分離，得到需要的航跡信號文件。同時，信號發(fā)生器具有發(fā)送信號的功能，可以把不同形式的信號文件發(fā)送到檢測端口，用于設(shè)備調(diào)試。 在本文中系統(tǒng)設(shè)計主要分為硬件和軟件兩個方面來介紹： 硬件部分采用了FPGA邏輯設(shè)計加上外圍電路來實現(xiàn)的。在硬件設(shè)計中，最主要的是FPGA邏輯設(shè)計，包括9路主從SPI接口信號的邏輯控制，片外SDRAM的邏輯控制，PCI9054的邏輯控制，以及這些邏輯模塊間信號的同步、發(fā)送和接收。在這個過程中信號的方向是雙向的，所選用的芯片都具有雙向數(shù)據(jù)的功能。 在本文中軟件部分包括驅(qū)動軟件和應(yīng)用軟件。驅(qū)動軟件采用PLXSDK驅(qū)動開發(fā)，通過控制PCI總線完成數(shù)據(jù)的采錄和發(fā)送。應(yīng)用軟件中包括數(shù)據(jù)提取和數(shù)據(jù)發(fā)送，采用卡爾曼濾波器等方法。 通過實驗證明該方案完全滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊螅_到SPI傳輸?shù)乃俣纫螅軌蛲瓿珊桔E提取，以及數(shù)據(jù)傳輸。
標簽： FPGA 數(shù)字信號發(fā)生器
上傳時間： 2013-07-14
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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，并提供標準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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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)字量化形式的信號通過D/A轉(zhuǎn)換形成模擬量形式的信號的合成技術(shù)。主要是利用高速存儲器作查尋表，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)。一個典型的DDS系統(tǒng)應(yīng)包括以下三個部分：相位累加器可以時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。 現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)設(shè)計靈活、速度快，在數(shù)字專用集成電路的設(shè)計中得到了廣泛的應(yīng)用。本論文主要討論了如何利用FPGA來實現(xiàn)一個DDS系統(tǒng)，該DDS系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)是以FPGA為核心實現(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)知識如結(jié)構(gòu)特點、開發(fā)流程、使用工具等；隨后介紹了利用FPGA實現(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。重點介紹DDS技術(shù)在FPGA中的實現(xiàn)方法，給出了部分VHDL源程序。采用該方法設(shè)計的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、高性價比，電路結(jié)構(gòu)簡單等特點；接著對輸出信號頻譜進行了分析，特別是對信號的相位截斷誤差和幅度量化誤差進行了詳細的討論，由此得出了改善系統(tǒng)性能的幾種方法；最后給出硬件實物照片和測試結(jié)果，并對此作了一定的分析。
上傳時間： 2013-07-05
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本書是《最新電子電路大全》叢書的第4卷。內(nèi)容包括功率輸出與電源．供給的基本知識、功率輸出電路、整流與穩(wěn)壓電路、開關(guān)型穩(wěn)壓電源、電壓基準與恒流源電路、電池充電電路、直流一直流電壓變換電路、直流一交流逆變電源電路、交流穩(wěn)壓電路等。除第一章作為全書的基礎(chǔ)知識外，其余各章都自成體系，以方便讀者作為工具書隨機查閱。利用這本工具書，讀者只需按圖索驥便可完成設(shè)計、開發(fā)過程中許多耗工費時的工作。 本書可作為從事電子產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、維修人員的工具書，也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)的師生進行課程設(shè)計和電子制作的參考書。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著信息技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理已經(jīng)逐漸發(fā)展成一門關(guān)鍵的技術(shù)科學。圖像處理作為一種重要的現(xiàn)代技術(shù)，己經(jīng)在通信、航空航天、遙感遙測、生物醫(yī)學、軍事、信息安全等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。圖像處理特別是高分辨率圖像實時處理的實現(xiàn)技術(shù)對相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展具有深遠意義。另外，現(xiàn)場可編程門陣列FPGA和高效率硬件描述語言Verilog HDL的結(jié)合，大大變革了電子系統(tǒng)的設(shè)計方法，加速了系統(tǒng)的設(shè)計進程，為圖像壓縮系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了硬件支持和軟件保障。 本文主要包括以下幾個方面的內(nèi)容： (1)結(jié)合某工程的具體需求，設(shè)計了一種基于FPGA的圖像壓縮系統(tǒng)，核心硬件選用XILINX公司的Virtex-Ⅱ Pro系列FPGA芯片，存儲器件選用MICRON公司的MT48LC4M16A2SDRAM，圖像壓縮的核心算法選用近無損壓縮算法JPEG-LS。 (2)用Verilog硬件描述語言實現(xiàn)了JPEG-LS標準中的基本算法，為課題組成員進行算法改進提供了有力支持。 (3)用Verilog硬件描述語言設(shè)計并實現(xiàn)了SDRAM控制器模塊，使核心壓縮模塊能夠方便靈活地訪問片外存儲器。 (4)構(gòu)建了圖像壓縮系統(tǒng)的測試平臺，對實現(xiàn)的SDRAM控制器模塊和JPEG-LS基本算法模塊進行了軟件仿真測試和硬件測試，驗證了其功能的正確性。
標簽： FPGA 圖像壓縮系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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USB(UniversalSerialBus，通用串行總線)是當今消費電子產(chǎn)品和儀器設(shè)備中應(yīng)用最廣的接口協(xié)議之一，然而目前國內(nèi)的USB芯片只有極少數(shù)幾款，產(chǎn)品研究善處于起步階段，絕大部分產(chǎn)品主要由國外的IC設(shè)計芯片廠商如Cypress、NEC等一些國際著名公司提供。因而，如果能夠自主開發(fā)設(shè)計USB芯片以替代國外同類產(chǎn)品，將會有很好的市場前景和利潤空間。 本論文課題是針對基于FPGA(FieldProgrammableGateArray，現(xiàn)場可編程門陣列器件)的數(shù)字電子產(chǎn)品應(yīng)用設(shè)計一種實際可復(fù)用的USB接口引擎軟核。該軟核主要是用于處理USB標準協(xié)議包的通信處理，通過外接MCU(MultipointControlUnit，微控制器)就可以實現(xiàn)完整的USB接口通訊功能。它的功能相當于一些USB引擎的專用芯片如：Philips的PDIUSBD12等，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、靈活性高、復(fù)用設(shè)計方便。 功能仿真和綜合測試結(jié)果顯示本論文所設(shè)計的接口引擎軟核符合設(shè)計要求，并且軟核的性能和市場上同類產(chǎn)品基本一致。本論文的創(chuàng)新之處在于：1、從可配置性角度出發(fā)設(shè)計了低速、全速、高速三種可選模式；2、支持最多31個可配置端點；3、采用了可綜合、可移植的RTL(RegisterTransferLevel，寄存器傳輸級)代碼設(shè)計規(guī)則，同時也開發(fā)了可綜合的驗證測試代碼；4、完全由硬件實現(xiàn)USB通信功能。
上傳時間： 2013-07-18
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高速公路隧道屬于特殊路段，隧道洞內(nèi)外環(huán)境差別非常大，需要在隧道內(nèi)設(shè)置電光照明，以消除司機的“暗適應(yīng)"與“明適應(yīng)’’視覺問題，保證隧道行車安全。而當前的大部分高速公路隧道照明控制系統(tǒng)簡單，照明光源舒適度不高，未根據(jù)洞外環(huán)境亮度，綜合車速車流量及洞內(nèi)煙霧濃度等因素，實時調(diào)節(jié)隧道洞內(nèi)照明亮度，存在盲目加大隧道照明的亮度的問題，給行車安全帶來隱患，造成能源浪費，不符合設(shè)計規(guī)范和國家節(jié)能的政策要求。 本文介紹了當前隧道照明的發(fā)展及照明燈具智能控制的研究狀況，針對當前隧道照明的控制系統(tǒng)存在的問題，給出了基于ZigBee的隧道照明無線控制系統(tǒng)的 架構(gòu)；分析比較了當前各種隧道照明光源的特點，針對當前普遍采用的高壓鈉燈照明和新興的LED燈照明做了詳細的經(jīng)濟效益對比，根據(jù)系統(tǒng)使用壽命周期內(nèi)的性價比，選擇大功率LED作為隧道照明燈具；在分析ZigBee協(xié)議及組網(wǎng)流程的基礎(chǔ)上，設(shè)計了基于ZigBee技術(shù)的簇樹型隧道照明無線測控網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)采用CC2430無線模塊作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的硬件解決方案，對網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)器、路由器及終端節(jié)點的組網(wǎng)及其數(shù)據(jù)處理流程進行了詳細設(shè)計；設(shè)計了利用ZigBee技術(shù)作為控制命令和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目烧{(diào)光LED燈具，滿足所提出的控制系統(tǒng)對燈具的要求：針對隧道照明控制參數(shù)及燈具光效難以建立精確數(shù)學模型的特點，系統(tǒng)采用基于專家經(jīng)驗的隧道照明的模糊控制算法，設(shè)計了隧道照明控制程序，并嵌入到利用WinCC設(shè)計的隧道照明的控制系統(tǒng)中。論文最后對所設(shè)計的系統(tǒng)進行了測試，驗證了系統(tǒng)的可行性。
上傳時間： 2013-04-24
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