隨著我國國防現(xiàn)代化建設進程的不斷深化，MIL-STD-1553B標準總線已經(jīng)廣泛應用于各種軍事應用領域。MIL-STD-1553B標準總線是我國上世紀八十年代引進的一種現(xiàn)代化通訊總線，國內(nèi)稱為GJB289A-97。該總線技術以其高穩(wěn)定性和使用靈活等特點成為現(xiàn)代航空電子綜合系統(tǒng)所廣泛采用的通訊總線技術。 1553B總線接口模塊作為總線通訊的基本單元，其性能成為影響航電綜合系統(tǒng)整體性能的一個關鍵因素。目前國內(nèi)關于1553B總線通訊模塊的對外接口類型較多，而基于嵌入式處理芯片的接口設計并不多見。嵌入式設備具有體積小、重量輕、實時性強、功耗小、穩(wěn)定性好以及接口方便等優(yōu)點。 基于以上考慮，論文中提出了以DSP+FPGA為平臺實現(xiàn)MIL-STD-1553B總線的收發(fā)控制，通過收發(fā)控制器和變壓器實現(xiàn)MIL-STD-1553B總線的電氣連接。根據(jù)項目需求，設計分為硬件和軟件兩部分完成。在對MIL-STD-1553B總線協(xié)議進行詳細研究后提出了總體設計方案原理圖。再根據(jù)方案需求設計各功能模塊。使用硬件描述語言VHDL對各功能模塊進行邏輯和行為描述，最終實現(xiàn)在FPGA中，使其能夠完成1553B數(shù)據(jù)碼的接受、發(fā)送、轉換和與處理器的信息交換等功能。DSP部分采用的是TI公司的TMS320F2812，使用C語言進行軟件的編譯，使其實現(xiàn)總體控制和通訊的調(diào)度等功能。 該方案經(jīng)過實際參與1553B總線通訊系統(tǒng)驗證實驗，證明各項技術指標均達到預定的目標，可以投入實際應用。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，語音識別研究大部分集中在算法設計和改進等方面，而隨著半導體技術的高速發(fā)展，集成電路規(guī)模的不斷增大與各種研發(fā)技術水平的不斷提高，新的硬件平臺的推出，語音識別實現(xiàn)平臺有了更多的選擇。語音識別技術在與DSP、FPGA、ASIC等器件為平臺的嵌入式系統(tǒng)結合后，逐漸向實用化、小型化方向發(fā)展。 本課題通過對現(xiàn)有各種語音特征參數(shù)與孤立詞語音識別模型進行研究的基礎上，重點探索基于動態(tài)時間規(guī)整算法的DTW模型在孤立詞語音識別領域的應用，并結合基于FPGA的SOPC系統(tǒng)，在嵌入式平臺上實現(xiàn)具有較好精度與速度的孤立詞語音識別系統(tǒng)。 本系統(tǒng)整體設計基于DE2開發(fā)平臺,采用基于Nios II的SOPC技術。采用這種解決方案的優(yōu)點是實現(xiàn)了片上系統(tǒng)，減少了系統(tǒng)的物理體積和總體功耗；同時系統(tǒng)控制核心都在FPGA內(nèi)部實現(xiàn)，可以極為方便地更新和升級系統(tǒng)，大大地提高了系統(tǒng)的通用性和可維護性。 此外，由于本系統(tǒng)需要大量的高速數(shù)據(jù)運算，在設計中作者充分利用了Cyclone II芯片的豐富的硬件乘法器，實現(xiàn)了語音信號的端點檢測模塊，F(xiàn)FT快速傅立葉變換模塊，DCT離散余弦變換模塊等硬件設計模塊。為了提高系統(tǒng)的整體性能，作者充分利用了FPGA的高速并行的優(yōu)勢，以及配套開發(fā)環(huán)境中的Avalon總線自定義硬件外設，使系統(tǒng)處理數(shù)字信號的能力大大提高，其性能優(yōu)于傳統(tǒng)的微控制器和普通DSP芯片。 本論文主要包含了以下幾個方面： （1）結合ALTERA CYCLONE II芯片的特點，確定了基于FPGA語音識別系統(tǒng)的總體設計，在此基礎上進行了系統(tǒng)的軟硬件的選擇和設計。 （2）自主設計了純硬件描述語言的驅動電路設計，完成了高速語音采集的工作，并且對存儲數(shù)據(jù)芯片SRAM中的原始語音數(shù)據(jù)進行提取導入MATLAB平臺測試數(shù)據(jù)的正確性。整個程序測試的方式對系統(tǒng)的模塊測試起到重要的作用。 （3）完成高速定點256點的FFT模塊的設計，此模塊是系統(tǒng)成敗的關鍵，實現(xiàn)高速實時的運算。 （4）結合SOPC的特性，設計了人機友好接口，如LCD顯示屏的提示反饋信息等等，以及利用ALTERA提供的一些驅動接口設計完成用戶定制的系統(tǒng)。 （5）進行了整體系統(tǒng)測試，系統(tǒng)可以較穩(wěn)定地實現(xiàn)實時處理的目的，具有一定的市場潛在價值。
標簽： FPGA 語音識別 系統(tǒng)設計
上傳時間： 2013-05-23
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近年來，以FPGA為代表的數(shù)字系統(tǒng)現(xiàn)場集成技術取得了快速的發(fā)展，F(xiàn)PGA不但解決了信號處理系統(tǒng)小型化、低功耗、高可靠性等問題，而且基于大規(guī)模FPGA單片系統(tǒng)的片上可編程系統(tǒng)(SOPC)的靈活設計方式使其越來越多的取代ASIC的市場。傳統(tǒng)的通用信號處理系統(tǒng)使用DSP作為處理核心，系統(tǒng)的可重構型不強，F(xiàn)PGA解決了這一問題，并且現(xiàn)有的FPGA中，多數(shù)已集成DSP模塊，結合FPGA較強的信號并行處理特性使其與DSP信號處理能力差距很小。因此，F(xiàn)PGA作為處理核心的通用信號處理系統(tǒng)具有很強的可實施性。 @@ 基于上述要求，作者設計和完成了一個基于多FPGA的通用實時信號處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用4片XC3SD1800A作為處理核心，使用DDR2 SDRAM高速存儲實時數(shù)據(jù)。作者通過全面的分析，設計了核心板、底板和應用板分離系統(tǒng)架構。該平臺能夠根據(jù)實際需求進行靈活的搭配，核心板之間的數(shù)據(jù)傳輸采用了LVDS(低電壓差分信號)技術，從而使得數(shù)據(jù)能夠穩(wěn)定的以非常高的速率進行傳輸。 @@ 本系統(tǒng)屬于高速數(shù)字電路的設計范疇，因此必須重視信號完整性的設計與分析問題，作者根據(jù)高速電路的設計慣例和軟件輔助設計的方法，在分析和論證了阻抗控制、PCB堆疊、PCB布局布線等約束的基礎上，順利地完成了PCB繪制與調(diào)試工作。 @@ 作為系統(tǒng)設計的重要環(huán)節(jié)，作者還在文中研究了在系統(tǒng)設計過程中出現(xiàn)的電源完整性問題，并給出了解決辦法。 @@ LVDS高速數(shù)據(jù)通道接口和DDR2存儲器接口設計決定本系統(tǒng)的使用性能，本文基于所選的FPGA芯片進行了詳細的闡述和驗證。并結合系統(tǒng)的核心板和底板，完成了應用板，視頻圖像采集、USB、音頻、LCD和LED矩陣模塊顯示等接口的設計工作，對其中的部分接口進行了邏輯驗證。 @@ 經(jīng)過測試，該通用的信號處理平臺具有實時性好、通用性強、可擴展和可重構等特點，能夠滿足當前一些信號處理系統(tǒng)對高速、實時處理的要求，可以廣泛應用于實時信號處理領域。通過本平臺的研究和開發(fā)工作，為進一步研究和設計通用、實時信號處理系統(tǒng)打下了堅實的基礎。 @@關鍵詞：通用實時信號處理；FPGA；信號完整性；DDR2；LVDS
標簽： FPGA 實時信號 處理系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-27
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MPEG-2是MPEG組織在1994年為了高級工業(yè)標準的圖象質(zhì)量以及更高的傳輸率所提出的視頻編碼標準，其優(yōu)秀性使之成為過去十年應用最為廣泛的標準，也是未來十年影響力最為廣泛的標準之一。 本文以MPEG-2視頻標準為研究內(nèi)容，建立系統(tǒng)級設計方案，設計FPGA原型芯片，并在FPGA系統(tǒng)中驗證視頻解碼芯片的功能。最后在0.18微米工藝下實現(xiàn)ASIC的前端設計。完成的主要工作包括以下幾個方面： 1.完成解碼系統(tǒng)的體系結構的設計，采用了自頂而下的設計方法，實現(xiàn)系統(tǒng)的功能單元的劃分；根據(jù)其視頻解碼的特點，確定解碼器的控制方式；把視頻數(shù)據(jù)分文幀內(nèi)數(shù)據(jù)和幀間數(shù)據(jù)，實現(xiàn)兩種數(shù)據(jù)的并行解碼。 2.實現(xiàn)了具體模塊的設計：根據(jù)本文研究的要求，在比特流格式器模塊設計中提出了特有的解碼方式；在可變長模塊中的變長數(shù)據(jù)解碼采用組合邏輯外加查找表的方式實現(xiàn)，大大減少了變長數(shù)據(jù)解碼的時間；IQ、IDCT模塊采用流水的設計方法，減少數(shù)據(jù)計算的時間：運動補償模塊，針對模塊數(shù)據(jù)運算量大和訪問幀存儲器頻繁的特點，采用四個插值單元同時處理，增加像素緩沖器，充分利用并行性結構等方法來加快運動補償速度。 3.根據(jù)視頻解碼的參考軟件，通過解碼系統(tǒng)的仿真結果和軟件結果的比較來驗證模塊的功能正確性。最后用FPGA開發(fā)板實現(xiàn)了解碼系統(tǒng)的原型芯片驗證，取得了良好的解碼效果。 整個設計采用Verilog HDL語言描述，通過了現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的原型驗證，并采用SIMC0.18μm工藝單元庫完成了該電路的邏輯綜合。經(jīng)過實際視頻碼流測試，本文設計可以達到MPEG-2視頻主類主級的實時解碼的技術要求。
上傳時間： 2013-07-27
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虛擬儀器技術是以傳感器、信號測量與處理、微型計算機等技術為基礎而形成的一門綜合應用技術。目前虛擬儀器大部分是基于PC機，利用PCI等總線技術傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)卡插拔不便，便攜性差。隨著嵌入式技術的飛速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)平臺已經(jīng)應用到各個領域，而市場上的嵌入式虛擬儀器系統(tǒng)還相當少，各種研究工作才剛剛起步，各種高性能的虛擬儀器和處理系統(tǒng)在現(xiàn)代工業(yè)控制和科學研究中已成為必不可少的部分。因此在我國開發(fā)具有較高性能、接口靈活、功能多樣化、低成本的虛擬儀器裝置勢在必行。 針對目前虛擬儀器系統(tǒng)發(fā)展趨勢和特點，采用FPGA技術，進行一種支持多種平臺的高速虛擬儀器系統(tǒng)的設計與研究，并針對高速虛擬儀器系統(tǒng)中的一些技術難點提出解決方案。首先進行了系統(tǒng)的總體設計，確定了采用FPGA作為系統(tǒng)的控制核心，并選取了Labview作為PC平臺應用程序開發(fā)工具，利用USB2.0接口來進行數(shù)據(jù)傳輸；同時選取嵌入式處理器S3C2410以及WinCE作為嵌入式系統(tǒng)硬軟件平臺。隨后進行了各個具體模塊的設計，在硬件方面，分別設計了前端處理電路，ADC電路以及USB接口電路。在軟件方面，進行了FPGA控制程序的設計工作，實現(xiàn)了對各個模塊和接口電路的控制功能。在上層應用程序的設計方面，設計了Labview應用程序，實現(xiàn)了波形顯示和頻譜分析等儀器功能，人機界面良好。在嵌入式平臺上面，進行了WinCE下GPIO驅動程序設計，并在上層應用程序中調(diào)用驅動來進行數(shù)據(jù)的讀取。為了解決高速ADC與數(shù)據(jù)緩存器的速度不匹配的問題，提出利用多體交叉式存儲器結構的設計方案，并在FPGA內(nèi)對控制程序進行了設計，對其時序進行了仿真。 最后對系統(tǒng)進行了聯(lián)合調(diào)試工作，利用上層軟件對輸入波形進行采集。根據(jù)調(diào)試結果看，該系統(tǒng)對輸入信號進行了較好的采樣和存儲，還原了波形，達到了預期效果。課題研究并且對設計出一種支持多平臺的新型虛擬儀器系統(tǒng)，具有性能好、使用靈活，節(jié)省成本等特點，具有較高的研究價值和現(xiàn)實意義。
上傳時間： 2013-04-24
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現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，F(xiàn)IR數(shù)字濾波器作為數(shù)字信號處理技術的重要組成部分，以其良好的線性特性在許多領域內(nèi)被廣泛的應用。在工程實踐中，往往要求信號處理具有實時性和靈活性，而已有的一些軟件和硬件實現(xiàn)方式則難以同時達到這兩方面的要求。 隨著可編程邏輯器件和EDA技術的發(fā)展，越來越多的人開始應用FPGA實現(xiàn)FIR濾波器，既保證了信號處理的實時性，又可兼顧靈活性的要求。但是普遍存在的問題是不能根據(jù)被濾波信號特點動態(tài)調(diào)整濾波器的濾波系數(shù)，只能完成單一特性的濾波工作。 本文將FPGA的快速性和計算機的靈活性通過USB2.0總線有機地結合起來，設計了一個基于FPGA的可調(diào)參數(shù)FIR濾波系統(tǒng)。此系統(tǒng)由計算機根據(jù)各種濾波器指標計算出濾波參數(shù)，通過USB2.0對FPGA芯片內(nèi)部的FIR多階濾波器進行參數(shù)配置，實現(xiàn)數(shù)字濾波器參數(shù)可調(diào)；配置后的FPGA濾波單元完成對A/D采集的信號進行濾波運算，濾波后的數(shù)據(jù)經(jīng)過緩存后通過USB2.0總線傳輸至計算機進行顯示、分析和儲存等進一步處理。在系統(tǒng)中采用有限狀態(tài)機對FPGA參數(shù)配置模式和濾波模式進行切換，保證了系統(tǒng)的有序運行。 本文通過性能測試和應用實例對系統(tǒng)進行驗證。實驗證明：該基于FPGA的可調(diào)參數(shù)FIR濾波系統(tǒng)參數(shù)配置方便，可以根據(jù)實際需要動態(tài)調(diào)整濾波參數(shù)，并且濾波效果良好，可有效濾除噪聲信號。
上傳時間： 2013-07-26
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工業(yè)生產(chǎn)過程往往具有非線性、不確定性，難以建立精確的數(shù)學模型。應用常規(guī)的PID控制器難以達到理想的控制效果。作為的重要分支，人工神經(jīng)網(wǎng)絡具有良好的非線性映射能力和高度的并行信息處理能力，已成為非線性系統(tǒng)建模、辨識和控制中常用的理論和方法。其中，神經(jīng)元具有很強的信息綜合、學習記憶、自學習和自適應能力，可以處理那些難以用模型和規(guī)則描述的過程，將神經(jīng)元與PID結合，應用到實際的控制中，可以在線調(diào)整PID的參數(shù)，使系統(tǒng)具有較強的抗干擾能力、自適應能力和較好的魯棒性。 目前，人工神經(jīng)網(wǎng)絡的研究主要是神經(jīng)網(wǎng)絡的理論研究、神經(jīng)網(wǎng)絡的應用研究和神經(jīng)網(wǎng)絡的實現(xiàn)技術研究，這三方面是相互依賴和相互促進的關系。本文主要側重的是神經(jīng)網(wǎng)絡的實現(xiàn)技術研究方面，創(chuàng)新性地利用FPGA嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術實現(xiàn)單神經(jīng)元PID智能控制器的研究與設計，并將其封裝成為一個專用的IP核供其他的控制系統(tǒng)使用。 首先，對單神經(jīng)元PID智能控制器的設計原理和設計算法進行了深入的研究與分析；其次，利用MATLAB設計單神經(jīng)元PID智能控制器，針對特定的被控對象，對其進行仿真實驗，獲得比較理想的系統(tǒng)輸出；然后，研究基于FPGA的單神經(jīng)元智能控制算法的實現(xiàn)，對控制器進行VHDL語言分層設計，使用Altera公司的軟件QuartusⅡ6.1進行仿真實驗。兩個仿真實驗結果表明，基于FPGA的單神經(jīng)元智能控制器比MATLAB設計的單神經(jīng)元PID智能控制器性能優(yōu)良。 本文的設計模塊主要包括權值修改模塊、誤差計算模塊、權值產(chǎn)生模塊和輸出模塊。在各個模塊的設計中進行了優(yōu)化處理，使本文的設計不僅利用的硬件資源少，而且也有很快的運行速度，同時也改善了傳統(tǒng)控制器的控制性能。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著數(shù)碼技術的不斷發(fā)展，數(shù)字圖像處理的應用領域不斷擴大，其實時處理技術成為研究的熱點。VLSI技術的迅猛發(fā)展為數(shù)字圖像實時處理技術提供了硬件基礎。其中FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)的特點使其非常適用于進行一些基于像素級的圖像處理。 傳統(tǒng)的圖像顯示系統(tǒng)必須連接到PC才能觀察圖像視頻，存在著高速實時性、穩(wěn)定性問題。本設計脫離高清晰工業(yè)相機必須與PC連接才可以觀看到高清晰圖像的束縛，實現(xiàn)系統(tǒng)的小型化。針對130萬像素彩色1/2英寸鎂光CMOS圖像傳感器，提出用硬件實現(xiàn)Bayer格式到RGB格式轉換的設計方案，完成由黑白圖像到高清彩色圖像的轉換，用SDRAM作緩存，輸出標準VGA信號，可直接連接VGA顯示器、投影儀等設備進行實時的視頻圖像觀看，與模擬相機740X576分辨率(480線)圖像相比，設計圖像畫質(zhì)相當于1280X1024分辨率(750線)，最高幀率25fps，整個結構應用FPGA作為主控制器，用少量的緩存代替?zhèn)鹘y(tǒng)的大容量存儲，加快了運算速率，減小了電路規(guī)模，滿足圖像實時處理的要求，使展現(xiàn)出來的視頻圖像得到質(zhì)的飛躍。可以廣泛應用于工業(yè)控制和遠程監(jiān)控等領域。 論文研究的重點是采用altera公司EP2C芯片前端驅動CMOS圖像傳感器，實時采集Bayer圖像象素，分析研究CFA圖像插值算法，實現(xiàn)了基于FPGA的實時線性插值算法，能夠對輸入是每像素8bit、分辨率為1280×1204的Bayer模式圖像數(shù)據(jù)進行實時重構，輸出彩色RGB圖像。由端口FIFO作為數(shù)據(jù)緩沖，存儲一幀圖像到高速SDRAM，構建VGA顯示控制器，實現(xiàn)對輸入是每像素24bit(RGB101010)、分辨率為640×480、幀頻25HZ彩色圖像進行實時顯示。 整個模塊結構包括電源模塊單元等、CMOS成像單元、FPGA數(shù)據(jù)處理單元、SDRAM控制單元、VGA顯示接口單元。 最后，對系統(tǒng)進行了調(diào)試。經(jīng)實驗驗證，系統(tǒng)達到了實時性，能正確和可靠的工作。整個設計模塊能夠滿足高幀率和高清晰的實時圖像處理，占用系統(tǒng)資源很少，用較少的時間完成了圖像數(shù)據(jù)的轉換，提高了效率。
標簽： FPGA 實時圖像采集 與處理系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-08
上傳用戶：zhengjian
數(shù)據(jù)采集是信號與信息系統(tǒng)中一個重要的組成部分，也是數(shù)字信號處理的關鍵環(huán)節(jié)。本論文主要介紹一種基于FPGA的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，提出一種由高速A/D轉換芯片、高性能FPGA和PCI總線接口組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方案及其的硬件電路實現(xiàn)方法。該系統(tǒng)利用AD器件對信號進行放大、差分轉換和模數(shù)轉換，利用FPGA設計內(nèi)部模塊和時鐘信號來進行電路控制及實現(xiàn)數(shù)據(jù)緩存、數(shù)據(jù)傳遞等功能，最后通過PCI邏輯接口把暫存在FPGA的數(shù)據(jù)傳送到PC主機。FPGA作為采集系統(tǒng)的核心部件，完成了內(nèi)部數(shù)字電路設計，使系統(tǒng)具有很高的可適應性、可擴展性和可調(diào)試性。 本論文從研究數(shù)據(jù)采集的理論出發(fā)，重點研究了A/D模數(shù)轉換、FPGA芯片設計及PCI總結接口設計，完成了系統(tǒng)的各級電路硬件設計，并通過系統(tǒng)仿真驗證了系統(tǒng)的可行性。
標簽： FPGA 數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)研究
上傳時間： 2013-04-24
上傳用戶：小楊高1
MP3音樂是目前最為流行的音樂格式，因其音質(zhì)、復雜度與壓縮比的完美折中，占據(jù)著廣闊的市場，不僅在互聯(lián)網(wǎng)上廣為流傳，而且在便攜式設備領域深受人們喜愛。本文以MPEG-1的MP3音頻解碼器為研究對象，在實時性、面積等約束條件下，研究MP3解碼電路的設計方法，實現(xiàn)FPGA原型芯片，研究MP3原型芯片的驗證方法。 論文的主要貢獻如下： (1)使用算法融合方法合并MP3解碼過程的相關步驟，以減少緩沖區(qū)存儲單元的容量和訪存次數(shù)。如把重排序步驟融合到反量化模塊，可以減少一半的讀寫RAM操作；把IMDCT模塊內(nèi)部的三個算法步驟融合在一起進行設計，可以省去存儲中間計算結果的緩存區(qū)單元。 (2)反量化、立體聲處理等模塊中，采用流水線設計技術，設置寄存器把較長的組合邏輯路徑隔開，提高了電路的性能和可靠性；使用連續(xù)訪問公共緩存技術，合理規(guī)劃各計算子模塊的工作時序，將數(shù)據(jù)計算的時間隱藏在訪存過程中；充分利用頻率線的零值區(qū)特性，有效地減少數(shù)據(jù)計算量，加快了數(shù)據(jù)處理的速度。 (3)設計了MP3硬件解碼器的FPGA原型芯片。采用Verilog HDL硬件描述語言設計RTL級電路，完成功能仿真，以Altera公司Stratix II系列的EP2S180 FPGA開發(fā)板為平臺，實現(xiàn)MP3解碼器的FPGA原型芯片。MP3硬件解碼器在Stratix II EP2S180器件內(nèi)的資源利用率約為5％，其中組合邏輯查找表ALUT為7189個，寄存器共有4024個，系統(tǒng)頻率可達69.6MHz，充分滿足了MP3解碼過程的實時性要求。實驗結果表明，MP3音頻解碼FPGA原型芯片可正常播放聲音，解碼音質(zhì)良好。
上傳時間： 2013-07-01
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