文中介紹了一種應(yīng)用于舞臺電腦燈控制系統(tǒng)的高性能步進電機運動控制系統(tǒng)，以及步進電機的細分驅(qū)動原理和自適應(yīng)調(diào)速算法。使用細分驅(qū)動可以顯著地減小步進電機的低頻振動；使用自適應(yīng)調(diào)速法，可以在保證系統(tǒng)的
標簽： 性能 步進電機 運動控制 系統(tǒng)設(shè)計
上傳時間： 2013-04-24
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當今繡花機市場蓬勃發(fā)展，繡花機控制系統(tǒng)作為繡花機最核心的部分，是提高性能和降低成本的關(guān)鍵。本文結(jié)合浙江虎王科技有限公司與浙江大學的合作項目“繡花機控制系統(tǒng)”，設(shè)計出一套基于ARM的技術(shù)先進、功能精簡、高性價比的繡花機控制系統(tǒng)。論文按照嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程，先根據(jù)市場需求劃分了控制系統(tǒng)的功能模塊并構(gòu)建了總體架構(gòu),選擇了系統(tǒng)的軟硬件平臺，然后采用先進的設(shè)計方法對繡花機控制系統(tǒng)的硬件和軟件進行了設(shè)計。 第一章介紹了繡花機及其控制系統(tǒng)的發(fā)展過程和現(xiàn)狀，論述了嵌入式系統(tǒng)的定義、特點和發(fā)展，闡述了ARM的發(fā)展歷史、研究和應(yīng)用現(xiàn)狀，提出了論文的主要研究內(nèi)容，最后給出了論文的總體結(jié)構(gòu)。 第二章闡述了嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程，選擇了軟硬件協(xié)同設(shè)計法為本系統(tǒng)的設(shè)計方法，論述了EDA技術(shù)的工作范圍和設(shè)計步驟，詳細討論了軟件的結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法和面向?qū)ο笤O(shè)計方法的原理，最后給出了繡花機控制系統(tǒng)的設(shè)計原則。 第三章根據(jù)市場需求劃分了繡花機控制系統(tǒng)的功能模塊，構(gòu)建了系統(tǒng)總體架構(gòu)，并分析了每個模塊的具體功能；根據(jù)選型原則選出了適用于繡花機控制系統(tǒng)的上位機和下位機CPU芯片、操作系統(tǒng)及開發(fā)環(huán)境。 第四章根據(jù)總體架構(gòu)，在選好的CPU芯片的基礎(chǔ)．卜確定了繡花機控制系統(tǒng)的硬件框架，詳細設(shè)計了電源電路、復(fù)位電路、存儲器接口電路、鍵盤與顯示電路、USB接口電路、串行通信接口電路和下層機電接口電路。 第五章按照上位機和下位機的層次構(gòu)建了繡花機控制系統(tǒng)的軟件框架，設(shè)計了鍵盤輸入模塊、圖形顯示模塊、USB驅(qū)動模塊、花樣存儲與管理模塊、串口通信模塊、機電控制模塊的程序。 第六章回顧與總結(jié)全文的主要研究內(nèi)容，歸納了本文的主要研究成果，并對今后的研究工作作了展望。
標簽： ARM 繡花機 嵌入式控制 系統(tǒng)設(shè)計
上傳時間： 2013-04-24
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軟開關(guān)技術(shù)是電力電子裝置向高頻化、高功率密度化發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，已成為現(xiàn)代電力電子技術(shù)研究的熱點之一。微處理器的出現(xiàn)促進了電力電子變換器的控制技術(shù)從傳統(tǒng)的模擬控制轉(zhuǎn)向數(shù)字控制，數(shù)字控制技術(shù)可使控制電路大為簡化，并能提高系統(tǒng)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(shù)字化方式。 論文分析了該新型變換器的工作原理，推導(dǎo)了變換器各種狀態(tài)時的參數(shù)計算方程；設(shè)計了以ARW芯片LPC2210為核心的數(shù)字化反饋控制系統(tǒng)，通過軟件設(shè)計實現(xiàn)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(shù)對變換器性能的影響，并得出了變換器的優(yōu)化設(shè)計參數(shù)；最后研制出基于該新型拓撲和數(shù)字化控制策略的1千瓦移相控制零電壓零電流軟開關(guān)電源，給出了其主電路、控制電路、驅(qū)動電路、保護電路及高頻變壓器等的設(shè)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(jié)果表明：該變換器拓撲能實現(xiàn)超前橋臂的零電壓開關(guān)，滯后橋臂的零電流開關(guān)；采用ARM微控制器進行數(shù)字控制，較傳統(tǒng)的純模擬控制實時反應(yīng)速度更快、電源穩(wěn)壓性能更好、外圍電路更簡單、設(shè)計更靈活等，為實現(xiàn)智能化數(shù)字電源創(chuàng)造了基礎(chǔ)，具有廣泛的應(yīng)用前景和巨大的經(jīng)濟價值。
上傳時間： 2013-08-03
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隨著SOC技術(shù)、IP技術(shù)以及集成電路技術(shù)的發(fā)展，RISC軟核處理器的研究與開發(fā)設(shè)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(yè)開始得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在一些基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)中有著越來越廣泛的應(yīng)用前景。 該論文在研究了大量國內(nèi)外技術(shù)文獻的基礎(chǔ)上，總結(jié)了RISC處理器發(fā)展的現(xiàn)狀與水平。認真分析了RISC處理器的基本結(jié)構(gòu)，包括總線結(jié)構(gòu)，流水線處理的原理，以及流水線數(shù)據(jù)通路和流水線控制的原理；并詳細分析了該設(shè)計采用的指令集——MIPS指令集的內(nèi)在結(jié)構(gòu)。設(shè)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(jié)構(gòu)，能完成加法、減法、邏輯與、邏輯或、左移右移等算術(shù)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(fā)板上進行驗證，證明了所設(shè)計的32位RISC處理器能準確的執(zhí)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(shè)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(shè)計與仿真驗證的環(huán)境。在設(shè)計方法上，該課題采用了自頂向下的設(shè)計方法。在設(shè)計過程中采用了邊設(shè)計邊驗證這種設(shè)計與驗證相結(jié)合的設(shè)計流程，大大提高了設(shè)計的可靠性。該課題在設(shè)計過程中還提出了兩個有效的設(shè)計思路：第一是在32位寄存器的設(shè)計中利用FPGA的內(nèi)部RAM資源來設(shè)計，減少了傳輸延時，提高了運行速度，并大大減少了對FPGA內(nèi)部資源的占用；第二是在系統(tǒng)架構(gòu)上采用了柔性化的設(shè)計方法，使得設(shè)計可以根據(jù)實際的需求適當?shù)脑鰷p相應(yīng)的部件，以達到需求與性能的統(tǒng)一。這兩個方法都有效地解決了設(shè)計中出現(xiàn)的問題，提高了處理器的性能。
上傳時間： 2013-07-21
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本文在深入研究MIL-STD-1553B總線傳輸協(xié)議以及國外協(xié)議芯片設(shè)計方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合目前較流行的EDA技術(shù)，基于Xilinx公司Virtex-II系列FPGA完成了1553B總線接口協(xié)議設(shè)計實現(xiàn)，并自行設(shè)計實驗板將所做的設(shè)計進行了驗證。論文從專用芯片實現(xiàn)的具體功能出發(fā)，結(jié)合自頂向下的設(shè)計思想，給出基于FPGA的總線接口協(xié)議設(shè)計的總體方案，并根據(jù)功能的需求完成了模塊化設(shè)計。文章重點介紹基于FPGA的總線控制器(BC)、遠程終端(RT)、總線監(jiān)視器(MT)三種類型終端設(shè)計，詳細給出其設(shè)計邏輯框圖、引腳說明及關(guān)鍵模塊的仿真結(jié)果，最終通過工作方式選擇信號以及其它控制信號將三種終端結(jié)合起來以達到通用接口的功能。本設(shè)計使用硬件描述語言(VHDL)進行描述，在此基礎(chǔ)上使用Xilinx專用開發(fā)工具對設(shè)計進行綜合、布局布線等，最終下載到FPGA芯片XC2V2000中進行實現(xiàn)。 文章最后通過自行搭建的硬件平臺對所做的設(shè)計進行詳細的測試驗證，選擇ADSP21161作為主處理器，對。FPGA芯片進行初始化配置以及數(shù)據(jù)的輸入輸出控制，同時利用示波器觀測FPGA的輸出，完成系統(tǒng)的硬件測試。測試結(jié)果表明本文的設(shè)計方案是合理、可行的。
上傳時間： 2013-08-03
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LAMOST(Large Sky Area Multi-Obiect Fiber Spectroscopy Telescope，大天區(qū)面積多目標光纖光譜天文望遠鏡)需要對焦而上的4 000個光纖定位單元進行精確定位，一個光纖定位單元需要兩個步進電機來驅(qū)動，即需要對8 000個電機進行驅(qū)動控制。如何對這8 000個電機進行有效的控制，是本文主要的研究內(nèi)容。 本義引入EDA(Electronic Design Automation)，技術(shù)，以FPGA和CAN總線為硬件載體來進行設(shè)計。FPGA相比較于DSP，單片機而言，具有10管腳多，資源豐富，使用靈活等優(yōu)點，可以存片內(nèi)集成多個電機的摔制，這樣對于提高系統(tǒng)的集成度，節(jié)約成本無疑有著很大的幫助。 在電機的控制當中，其失步和過沖會直接影響到系統(tǒng)的精度，所以需要對電機脈沖頻率加以控制，對于在平穩(wěn)狀態(tài)下能正常工作的電機，失步往往發(fā)生在啟動停止等脈沖頻率突然發(fā)生改變的時刻。具體實現(xiàn)方法是通過實驗找出一條理想的加減速曲線，再將曲線離散化，并把離散化后的加減速分頻系數(shù)存儲在FPGA片內(nèi)ROM里而，當電機運行到對應(yīng)的步數(shù)時，取出分頻系數(shù)來獲取對應(yīng)的運行頻率。 在LAMOST觀測中，光纖定位單元的零位是個很重要的基準，在每次觀測之前，電機都要回零，理論上電氣零位和機械零位在同一點上，如果電氣檢測到達零位則認為已經(jīng)到達機械零位位置。但是實際中由于裝配等一些原因，可能會出現(xiàn)零位短路和零位斷路的情況。零位斷路是指電機處于機械零位，但是電氣不能檢測到；零位短路是指電機不在機械零位，但是電氣已經(jīng)檢測到處于零位。這兩種情況會造成越界和機械零位一直被擠壓的后果，有可能會損壞光纖定位單元，為了防止這些情況出現(xiàn)，軟件程序中加入了計數(shù)器，從而從有效地保護了光纖定位單元，同時將這些狀況向上反饋，以便維護和檢修。 在本文完成之時，能夠控制驅(qū)動336個光纖定位單元的小系統(tǒng)已經(jīng)在北京天文臺興隆觀測站實際投入運行，并于2007年5月28日獲得首條光譜，取得了不錯的效果。
標簽： 步進電機控制 驅(qū)動系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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隨著圖像處理技術(shù)和投影技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對高沉浸感的虛擬現(xiàn)實場景提出了更高的要求，這種虛擬顯示的場景往往由多通道的投影儀器同時在屏幕上投影出多幅高清晰的圖像，再把這些單獨的圖像拼接在一起組成一幅大場景的圖像。而為了給人以逼真的效果，投影的屏幕往往被設(shè)計為柱面屏幕，甚至是球面屏幕。當圖像投影在柱面屏幕的時候就會發(fā)生幾何形狀的變化，而避免這種幾何變形的就是圖像拼接過程中的幾何校正和邊緣融合技術(shù)。 一個大場景可視化系統(tǒng)由投影機、投影屏幕、圖像融合機等主要模塊組成。在虛擬現(xiàn)實應(yīng)用系統(tǒng)中，要實現(xiàn)高臨感的多屏幕無縫拼接以及曲面組合顯示，顯示系統(tǒng)還需要運用幾何數(shù)字變形及邊緣融合等圖像處理技術(shù)，實現(xiàn)諸如在平面、柱面、球面等投影顯示面上顯示圖像。而關(guān)鍵設(shè)備在于圖像融合機，它實時采集圖形服務(wù)器，或者PC的圖像信號，通過圖像處理模塊對圖像信息進行幾何校正和邊緣融合，在處理完成后再送到顯示設(shè)備。 本課題提出了一種基于FPGA技術(shù)的圖像處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的AiD采集、圖像數(shù)據(jù)在SRAM以及SDRAM中的存取、圖像在FPGA內(nèi)部的DSP運算以及圖像數(shù)據(jù)的D/A輸出。系統(tǒng)設(shè)計的核心部分在于系統(tǒng)的控制以及數(shù)字信號的處理。本課題采用XilinxVirtex4系列FPGA作為主處理芯片，并利用VerilogHDL硬件描述語言在FPGA內(nèi)部設(shè)計了A/D模塊、D/A模塊、SRAM、SDRAM以及ARM處理器的控制器邏輯。 本課題在FPGA圖像處理系統(tǒng)中設(shè)計了一個ARM處理器模塊，用于上電時對系統(tǒng)在圖像變化處理時所需參數(shù)進行傳遞，并能實時從上位機更新參數(shù)。該設(shè)計在提高了系統(tǒng)性能的同時也便于系統(tǒng)擴展。 本文首先介紹了圖像處理過程中的幾何變化和圖像融合的算法，接著提出了系統(tǒng)的設(shè)計方案及模塊劃分，然后圍繞FPGA的設(shè)計介紹了SDRAM控制器的設(shè)計方法，最后介紹了ARM處理器的接口及外圍電路的設(shè)計。
上傳時間： 2013-04-24
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在航空航天，遙感測量，安全防衛(wèi)以及家用影視娛樂等領(lǐng)域，要求能及時保存高清晰度的視頻信號供后期分析、處理、研究和欣賞。因此，研究一套處理速度快，性能可靠，使用方便，符合行業(yè)相關(guān)規(guī)范的高清視頻編解碼系統(tǒng)是十分必要的。 本文首先介紹了高清視頻的發(fā)展歷史。并就當前相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展闡述了高清視頻編解碼系統(tǒng)的設(shè)計思路，提出了可行的系統(tǒng)設(shè)計方案。基于H.264的高清視頻編碼系統(tǒng)對處理器的要求非常高，一般的DSP和通用處理器難以達到性能要求。本系統(tǒng)選擇富士通公司最新的專用視頻編解碼芯片MB86H51，實時編解碼分辨率達到1080p的高清視頻。芯片具有壓縮率高，功耗低，體積小等優(yōu)點。系統(tǒng)的控制設(shè)備由三塊FPGA芯片和ARM控制器共同完成。FPGA芯片分別負責視頻輸入輸出，碼流輸入輸出和主編解碼芯片的控制。ARM作為上層人機交互的控制器，向系統(tǒng)使用者提供操作界面，并與主控FPGA相連。方案實現(xiàn)了高清視頻的輸入，實時編碼和碼流存儲輸出等功能于一體，能夠編碼1080p的高清視頻并存儲在硬盤中。系統(tǒng)開發(fā)的工作難點在于FPGA的程序設(shè)計與調(diào)試工作。其次，詳細介紹了FPGA在系統(tǒng)中的功能實現(xiàn)，使用的方法和程序設(shè)計。使用VHDL語言編程實現(xiàn)I2C總線接口和接口控制功能，利用stratix系列FPGA內(nèi)置的M4K快速存儲單元實現(xiàn)128K的命令存儲ROM，并對設(shè)計元件模塊化，方便今后的功能擴展。編程實現(xiàn)了PIO模式的硬盤讀寫和SDRAM接口控制功能，實現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)存儲功能。利用時序狀態(tài)機編程實現(xiàn)主芯片編解碼控制功能，完成編解碼命令的發(fā)送和狀態(tài)讀取，并對設(shè)計思路，調(diào)試結(jié)果和FPGA資源使用情況進行分析。著重介紹設(shè)計中用到的最新芯片及其工作方式，分析設(shè)計過程中使用的最新技術(shù)和方法。有很強的實用價值。最后，論文對系統(tǒng)就不同的使用情況提出了可供改進的方案，并對與高清視頻相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)作了分析和展望。
標簽： 高清視頻 編解碼 系統(tǒng)控制 模塊設(shè)計
上傳時間： 2013-07-26
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通用異步收發(fā)器UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)是廣泛使用的串行傳輸協(xié)議。串行外設(shè)用到異步串行接口一般采用專用集成電路實現(xiàn)。但是這類芯片一般包含許多輔助模塊，而時常不需要使用完整的UART的功能和輔助功能，或者當在FPGA上設(shè)計時，需要將UART功能集成到FPGA內(nèi)部而不能使用芯片。藍牙主機控制器接口則是實現(xiàn)主機設(shè)備與藍牙模塊之間互操作的控制部件。當在使用藍牙設(shè)備的時候尤其是在監(jiān)控場所，接口控制器在控制數(shù)據(jù)與計算機的傳輸上就起了至關(guān)重要的作用。 論文針對信息技術(shù)的發(fā)展和開發(fā)過程中的實際需要，設(shè)計了一個藍牙HCI-UART(Host Controller Interface-Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)控制接口的模塊。使用VHDL將其核心功能集成，既可以單獨使用，也可集成到系統(tǒng)芯片中，并且整個設(shè)計緊湊、穩(wěn)定且可靠，其用途廣泛，具有一定的使用價值。 本設(shè)計采用TOP-DOWN設(shè)計方法，整體上分為UART接口和藍牙主機控制器接口兩部分。首先根據(jù)UART和藍牙主機控制器接口的實現(xiàn)原理和設(shè)計指標要求進行系統(tǒng)設(shè)計，對系統(tǒng)劃分模塊以及各個模塊的信號連接；然后進行模塊設(shè)計，設(shè)計出每個模塊的功能，并用VHDL語言編寫代碼來實現(xiàn)模塊功能；再使用ISE8.2I自帶的仿真器對各模塊進行功能仿真和時序仿真；最后進行硬件驗證，在Virtex-II開發(fā)板上對系統(tǒng)進行功能驗證。實現(xiàn)了發(fā)送、接收和波特率發(fā)生等功能，驗證了結(jié)果，表明設(shè)計正確，功能良好，符合設(shè)計要求。
上傳時間： 2013-04-24
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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(nèi)容包括中央處理器、指令系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、總線和輸入輸出系統(tǒng)等方面，學生在學習該課程時，普遍覺得內(nèi)容抽象難于理解。但借助于該計算機組成原理實驗系統(tǒng)，學生通過實驗環(huán)節(jié)，可以進一步融會貫通學習內(nèi)容，掌握計算機各模塊的工作原理，相互關(guān)系的來龍去脈。 為了增強實驗系統(tǒng)的功能，提高系統(tǒng)的靈活性，降低實驗成本，我們采用FPGA芯片技術(shù)來徹底更新現(xiàn)有的計算器組成原理實驗平臺。該技術(shù)可根據(jù)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，F(xiàn)PGA芯片具有重復(fù)編程能力，使得系統(tǒng)內(nèi)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(tǒng)設(shè)計概念，使實驗系統(tǒng)具有極強的靈活性和適應(yīng)性。它不僅使該系統(tǒng)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(shè)計不同的實驗變?yōu)榭赡堋Ｓ嬎銠C組成原理實驗的最終目的是讓學生能夠設(shè)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(gòu)成CPU的。因此，我們必須先設(shè)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(chǔ)上開發(fā)出VHDL部件庫及主要邏輯功能，并設(shè)計出一套實驗。 本文重點研究了基于FPGA芯片的VHDL硬件系統(tǒng)，由于VHDL的高標準化和硬件描述能力，現(xiàn)代CPU的主要功能如計算，存儲，I/O操作等均可由VHDL來實現(xiàn)。同時設(shè)計實驗內(nèi)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(fù)合運算實驗、存儲器實驗、數(shù)據(jù)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(guān)聯(lián)的系統(tǒng)。每個實驗先由教師講解原理及原理圖，學生根據(jù)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(fù)雜，只要能調(diào)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(tǒng)的硬件組成。系統(tǒng)采用FPGA-XC4010EPC84，62256CPLD以及其他外圍芯片(例如74LS244，74LS275)組成。根據(jù)不同的實驗要求，規(guī)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(gòu)成自己的實驗平臺。 其次，論文詳細的闡述了VHDL模塊化設(shè)計，如何運用VHDL技術(shù)來依次實現(xiàn)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(jīng)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(shè)計自動化(EDA)工具研發(fā)商所采用，并隨同EDA設(shè)計工具一起廣泛地進入了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計與研發(fā)領(lǐng)域，目前已成為電子業(yè)界普遍接受的一種硬件設(shè)計技術(shù)。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(nèi)容及步驟才能了解當今CPU所采用的核心技術(shù)，才能掌握CPU的設(shè)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(huán)境下，基本上較為完整的實現(xiàn)了一個基于FPGA的實驗平臺方案。在此基礎(chǔ)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(tǒng)中的應(yīng)用提供研究思路和參考方案。論文的研究結(jié)果將對FPGA與VHDL標準的進一步發(fā)展具有重要的理論和現(xiàn)實意義。
上傳時間： 2013-04-24
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