差分跳頻(DFH)是集跳頻圖案、信息調制與解調于一體,是一個全面基于數字信號處理的全新概念的通信系統,其技術體制和原理與常規跳頻完全不同,較好地解決了數據速率和跟蹤干擾等問題,代表了當前短波通信的一個重要發展方向。美國Sanders公司推出了名為CHESS的新型短波跳頻通信系統,并獲得了成功,但我國對該體制和技術的研究還處于初始階段,目前還不太成熟,離實際應用還有一段距離。 本文主要基于FPGA芯片的基礎上對差分跳頻進行了研究,用FPGA來實現數字信號處理可以很好地解決并行性和速度問題,而且其靈活的可配置特性,使得FPGA構成的DSP系統非常易于修改、測試及硬件升級。而且設計中盡量采用軟件無線電體系結構,減少模擬環節,把數字化處理盡量靠近天線,從而建立一個通用、標準、模塊化的硬件平臺,用軟件編程來實現差分跳頻的各種功能,從基于硬件的設計方法中解放出來。 本文首先介紹了課題背景及研究的意義,闡述了目前差分跳頻中頻率合成跟頻率識別的實現方案。在頻率合成中,著重對DDS的相位截斷誤差及幅度量化誤差進行仿真,找出基于FPGA實現的最佳參數及改善方法。在頻率識別中,基于Xilinx公司提供FFT IP核,接收端中的位同步,頻率識別均在FFT的理論上進行設計。最后根據設計方案制作基于FPGA的電路板。 設計中跳頻圖案、直接數字頻率合成器、頻率識別、位同步、跳頻圖案恢復、線性調頻z變換等模塊均采用Verilog和VHDL兩種通用硬件描述語言進行設計,以便能夠在所有廠家的FPGA芯片中移植。
上傳時間: 2013-07-22
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隨著網絡技術和通信技術的突飛猛進,人們對通信的保密性能,抗干擾能力的要求越來越高,而且對信息隱蔽、多址保密通信等特性提出了更高的要求。這些要求的實現都離不開擴頻通信技術的應用,而擴頻通信芯片作為擴頻通信網絡的核心器件,自然也成了研究的重點。本論文旨在借鑒國內外相關研究成果,并以家庭電力線通信環境為背景,驗證了一種CDMA碼分多址通信的實現方案,并通過智能家庭系統展示了其應用效果。 本課題以構建家庭電力載波通信網絡為目標,首先,以兩塊Cyclone系列FPGA開發板為基礎,分別作為發送單元和接收單元,構建了系統的硬件開發平臺;以QuartusⅡ 7.2為開發環境,運用Verilog硬件描述語言,編寫擴頻模塊和解擴模塊,并且進行了測試、仿真和綜合,驗證了通過專用芯片實現擴頻通信系統的可行性。應用方面,采用電力線載波通信芯片,提出了一種由智能插線板和嵌入式網關構成的家電控制系統。用戶通過WEB方式登陸嵌入式網關,智能插線板能夠在嵌入式網關的控制下控制電器的電源、發送紅外遙控指令,實現對家電的遠程遙控。使用兩塊FPGA開發板,實現了擴頻通信基本收發是本設計得主要成果;將擴頻通訊技術、嵌入式Web技術引入到智能家庭系統的設計當中是本文的一個特點。 仿真和實驗表明:采用電力線載波通信芯片組建家庭網絡的方案可行,由智能插線板和嵌入式網關構成的家電控制系統能靈活、便捷地實施家電控制,并具有一定的節能效果。
上傳時間: 2013-06-17
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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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《計算機組成原理》是計算機系的一門核心課程。但是它涉及的知識面非常廣,內容包括中央處理器、指令系統、存儲系統、總線和輸入輸出系統等方面,學生在學習該課程時,普遍覺得內容抽象難于理解。但借助于該計算機組成原理實驗系統,學生通過實驗環節,可以進一步融會貫通學習內容,掌握計算機各模塊的工作原理,相互關系的來龍去脈。 為了增強實驗系統的功能,提高系統的靈活性,降低實驗成本,我們采用FPGA芯片技術來徹底更新現有的計算器組成原理實驗平臺。該技術可根據用戶要求為芯片加載由VHDL語言所編寫出的不同的硬件邏輯,FPGA芯片具有重復編程能力,使得系統內硬件的功能可以像軟件一樣被編程,這種稱為“軟”硬件的全新系統設計概念,使實驗系統具有極強的靈活性和適應性。它不僅使該系統性能的改進和擴充變得十分簡易和方便,而且使學生自己設計不同的實驗變為可能。計算機組成原理實驗的最終目的是讓學生能夠設計CPU,但首先,學生必須知道CPU的各個功能部件是如何工作,以及相互之間是如何配合構成CPU的。因此,我們必須先設計出一個教學用的以FPGA芯片為核心的硬件平臺,然后在此基礎上開發出VHDL部件庫及主要邏輯功能,并設計出一套實驗。 本文重點研究了基于FPGA芯片的VHDL硬件系統,由于VHDL的高標準化和硬件描述能力,現代CPU的主要功能如計算,存儲,I/O操作等均可由VHDL來實現。同時設計實驗內容,包括時序電路的組成及控制原理實驗、八位運算器的組成及復合運算實驗、存儲器實驗、數據通路實驗、浮點運算器實驗、多流水線處理器實驗等,這些實驗形成一個相互關聯的系統。每個實驗先由教師講解原理及原理圖,學生根據教師提供的原理圖,自己用MAX+PLUSII完成電路輸入,學生實驗實際上是編寫VHDL,不需要寫得很復雜,只要能調用接口,然后將程序燒入平臺,這樣既不會讓學生花太多的時間在畫電路圖上,又能讓學生更好的理解每個部件的工作原理和工作過程。 論文首先研究分析了FPGA硬件實驗平臺,即實驗系統的硬件組成。系統采用FPGA-XC4010EPC84,62256CPLD以及其他外圍芯片(例如74LS244,74LS275)組成。根據不同的實驗要求,規劃不同實驗控制邏輯。用戶可選擇不同的實驗邏輯,通過把實驗邏輯下載到FPGA芯片中構成自己的實驗平臺。 其次,論文詳細的闡述了VHDL模塊化設計,如何運用VHDL技術來依次實現CPU的各個功能部件。VHDL語言作為一種國際標準化的硬件描述語言,自1987年獲得IEEE批準以來,經過了1993年和2001年兩次修改,至今已被眾多的國際知名電子設計自動化(EDA)工具研發商所采用,并隨同EDA設計工具一起廣泛地進入了數字系統設計與研發領域,目前已成為電子業界普遍接受的一種硬件設計技術。再次,論文針對實驗平臺中遇到的較為棘手的多流水線等問題,也進行了深入的闡述和剖析。學生需要什么樣的實驗條件,實驗內容及步驟才能了解當今CPU所采用的核心技術,才能掌握CPU的設計,運行原理。另外,本論文的背景是需要學生熟悉基本的VHDL知識或技能,因為實驗是在編寫VHDL代碼的前提下完成的。 本文在基于實驗室的環境下,基本上較為完整的實現了一個基于FPGA的實驗平臺方案。在此基礎上,進行了部分功能的測試和部分性能方面的分析。本論文的研究,為FPGA在實際系統中的應用提供研究思路和參考方案。論文的研究結果將對FPGA與VHDL標準的進一步發展具有重要的理論和現實意義。
上傳時間: 2013-04-24
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光纖水聽器自問世以來,在巨大的軍事價值和民用價值推動下得到了迅速發展,已逐漸從實驗室研究階段走向工程應用。同時隨著光纖水聽器的不斷發展,對水聲信號的檢測技術以及數字處理能力也提出了新的要求。論文在此背景下開展了一系列研究工作,并提出了利用FPGA(Field ProgrammableGate Array,現場可編程門陣列)實現光纖3×3耦合器解調算法的新思路。 目前干涉型光纖水聽器的解調一般采用PGC(Phase Generated Carrier,相位生成載波技術)技術和基于3×3光纖耦合器干涉的解調技術。PGC技術在解調過程中引入了載波信號,它對采樣率,激光器等的要求都較高,因此我們把目光投向3×3耦合器解調技術,文中對其解調原理進行了闡述,對采樣率的確定進行了討論,并對3×3耦合器三路輸出不對稱的情況進行了分析,最后在本文的結論部分提出了基于3×3耦合器解調的改良方案。 目前,光纖信號數字化解調的硬件實現采用DSP(Digital Signal Process,可編程數字信號處理器)信號處理機,與之相比,FPGA解調具有速度快、資源占用少、易于擴展等優勢。本文對FPGA與DSP、ASIC(application-specificintegrated circuit,專用集成電路)實現方案進行了對比,分析了適合利用FPGA實現的算法所應具備的特征;介紹了3×3耦合器解調算法中各個模塊的設計情況;分析了系統的工作情況,硬件的構造及芯片的選擇,最后驗證了利用FPGA可以實現3×3耦合器解調算法。
上傳時間: 2013-07-03
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本文內容來源于實際工程項目,屬于FPGA技術在航空電子系統中的應用范疇。該項目的主要任務是通過設計—總線適配器將嵌入式航路控制器接入航電總線,使之成為航空電子系統的一部分。本文主要介紹航電總線適配器的設計,包括總線適配器接口協議分析、系統總體規劃、主控制器的FPGA實現、硬件設計和軟件設計等內容。 首先,本立在對項目背景、項目需求和總線適配器接口協議進行分析的基礎上,規劃了系統的總體結構。并且根據此系統結構制定了相應的轉換協議,以規范數據傳輸。其次,根據系統設計要求選擇主控制器和外圍器件,并以此搭建硬件平臺,完成系統硬件設計。本部分內容包括主控制器的FPGA實現分析以及系統硬件各功能模塊如MIL-STD-1553B協議控制器模塊、RS-422電平轉換模塊、FPGA配置模塊和電源模塊等的設計。最后介紹了系統的軟件開發,此部分主要完成了軟件的總體設計、功能模塊的劃分以及各功能模塊的軟件實現,包括BU-61580接口模塊、異步串口模塊和協議控制模塊等的具體設計。
上傳時間: 2013-05-22
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本文在深入分析紅外焦平面陣列熱成像系統工作原理的基礎上,根據紅外圖像處理系統的實際應用,研究了相應的圖像處理算法,為使其實時實現,本文對算法基于FPGA的高效硬件實現進行了深入研究。首先對IRFRA器件的工作原理和讀出電路結構進行了分析,敘述了相應的驅動電路設計原理和相關模擬電路的處理技術。然后,以本文設計的基于FPGA高速紅外圖像處理硬件系統為運行平臺,針對紅外溫差成像圖像高背景、低對比度的特點和系統中主要存在的非均勻性圖案噪聲,研究了非均勻性校正和直方圖投影增強算法的實時實現技術。還將基于FPGA的紅外圖像處理的實現技術,拓展到一些空域、頻域及基于直方圖的圖像處理基本算法。其中以紅外增強算法作為重點,引入了一種易于FPGA實現、基于雙閾值調節、可有效改善系統成像質量的增強算法。并在FPGA硬件平臺上成功地實現了該算法。最后,本系統還將處理后的圖像數據轉化成了全電視信號,實時地顯示在監視器上。實驗結果表明,本文設計的系統,能夠很好地完成大容量數據流的實時處理,有效地改善了圖像質量,顯著提高了圖像顯示效果。
上傳時間: 2013-07-02
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在圖像處理及檢測系統中,實時性要求往往影響著系統處理速度的性能。本文在分析研究視頻檢測技術及方法的基礎上,應用嵌入式系統設計和圖像處理技術,以交通信息視頻檢測系統為研究背景,展開了基于FPGA視頻圖像檢測技術的研究與應用,通過系統仿真驗證了基于FPGA架構的圖像并行處理和檢測系統具有較高的實時處理能力,能夠準確并穩定地檢測出運動目標的信息。可見FPGA對提高視頻檢測及處理的實時性是一個較好的選擇。 本文主要研究的內容有: 1.分析研究了視頻圖像檢測技術,針對傳統基于PC構架和DSP處理器的視頻檢測系統的弊端,并從可靠性、穩定性、實時性和開發成本等因素考慮,提出了以FPGA芯片作為中央處理器的嵌入式并行數據處理系統的設計方案。 2.應用模塊化的硬件設計方法,構建了新一代嵌入式視頻檢測系統的硬件平臺。該系統由異步FIFO模塊、圖像空間轉換模塊、SRAM幀存控制模塊、圖像預處理模塊和圖像檢測模塊等組成,較好地解決了圖像采樣存儲、處理和傳輸的問題,并為以后系統功能的擴展奠定了良好的基礎。 3.在深入研究了線性與非線性濾波幾種圖像處理算法,分析比較了各自的優缺點的基礎上,本文提出一種適合于FPGA的快速圖像中值濾波算法,并給出該算法的硬件實現結構圖,應用VHDL硬件描述語言編程、實現,仿真結果表明,快速中值濾波算法的處理速度較傳統算法提高了50%,更有效地降低了系統資源占用率和提高了系統運算速度,增強了檢測系統的實時性能。 4.研究了基于視頻的交通車流量檢測算法,重點討論背景差分法,圖像二值化以及利用直方圖分析方法確定二值化的閾值,并對圖像進行了直方圖均衡處理,提高圖像檢測精度。并結合嵌入式系統處理技術,在FPGA系統上研究設計了這些算法的硬件實現結構,用VHDL語言實現,并對各個模塊及相應算法做出了功能仿真和性能分析。 5.系統仿真與驗證是整個FPGA設計流程中最重要的步驟,針對現有仿真工具用手動設置輸入波形工作量大等弊病,本文提出了一種VHDL測試基準(TestBench)方法解決系統輸入源仿真問題,用TEXTIO程序包設計了MATLAB與FPGA仿真軟件的接口,很好地解決了仿真測試中因測試向量龐大而難以手動輸入的問題。并將系統的仿真結果數據在MATLAB上還原為圖像,方便了系統測試結果的分析與調試。系統測試的結果表明,運動目標的檢測基本符合要求,可以排除行走路人等移動物體(除車輛外)的噪聲干擾,有效地檢測出正確的目標。 本文主要研究了基于FPGA片上系統的圖像處理及檢測技術,針對FPGA技術的特點對某些算法提出了改進,并在MATLAB、QuartusⅡ和ModelSim軟件開發平臺上仿真實現,仿真結果達到預期目標。本文的研究對智能化交通監控系統的車流量檢測做了有益探索,對其他場合的圖像高速處理及檢測也具有一定的參考價值。
上傳時間: 2013-07-13
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體視攝像顯示技術的研究以應用于微創傷外科的光電醫療儀器——三維電視內窺鏡的開發與研制為背景,設計研究一種基于FPGA技術的立體顯示系統,以滿足三維立體內窺鏡、戰場立體觀察系統和立體電影等設備的技術要求。 主要研究內容是對體視攝像顯示系統的進行硬件電路設計、VerilogHDL 語言的軟件編程、并采用MCU(Micro Control IJnit)的I
上傳時間: 2013-05-30
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本文以“機車車輛輪對動態檢測裝置”為研究背景,以改進提升裝置性能為目標,研究在Altera公司的FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片Cyclone上實現圖像采集控制、圖像處理算法、JPEG(Joint Photographic Expert Group)壓縮編碼標準的基本系統。本文使用硬件描述語言Verilog,以RedLogic的RVDK開發板作為硬件平臺,在開發工具OUARTUS2 6.0和MODELSIM SE 6.1B環境中完成軟核的設計與仿真驗證。 數據采集部分完成的功能是將由模擬攝像機拍攝到的圖像信號進行數字化,然后從數據流中提取有效數據,加以適當裁剪,最后將奇偶場圖像數據合并成幀,存儲到存儲器中。數字化及碼流產生的功能由SAA7113芯片完成,由FPGA對SAA7113芯片初始化設置、控制,并對數字化后的數據進行操作。 圖像處理算法部分考慮到實時性與算法復雜度等因素,從裝置的圖像處理流程中有選擇性地實現了直方圖均衡化、中值濾波與邊緣檢測三種圖像處理算法。 壓縮編碼部分依據JPEG標準基本系統順序編碼模式,在FPGA上實現了DCT(Discrete Cosine Transform)變換、量化、Zig-Zag掃描、直流系數DPCM(Differential Pulse Code Modulation)編碼、交流系數RLC(Run Length code)編碼、霍夫曼編碼等主要步驟,最后用實際的圖像數據塊對系統進行了驗證。
上傳時間: 2013-04-24
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