對弓網故障的檢測在列車提速的今天顯得尤其重要，原始故障圖像數據量的巨大使實時存儲和傳輸故障圖像極其困難。JPEG作為一種低復雜度、高壓縮比的圖像壓縮標準在多媒體、網絡傳輸等領域得到廣泛的應用。和相同圖像質量的其它常用文件格式(如GIF，TIFF，PCX)相比，JPEG是目前靜態圖像中壓縮比最高的。 FPGA以其設計靈活、高速的卓越特性，逐漸成為許多應用中首先器件，尤其是與Verilog和VHDL等語言的結合，大大變革了電子系統的設計方法，加速了系統的設計進程。 本文旨在研究并實現一種實時采集并對特定幀進行壓縮傳輸的方法。通過采用可編程邏輯器件FPGA來實現整個采集、顯示、壓縮和傳輸，使系統具有可定制、高速度等優點。 本文首先介紹了開發硬件可編程邏輯門陣列FPGA及其開發語言Veridlog，并介紹了FPGA的設計方法及開發流程；接著介紹了PAL制視頻采集的相關知識及設計，其中主要包括基于I2C總線的模擬視頻解碼控制、視頻的數字化ITU-R BT.601標準介紹及視頻同步信號的獲取、基于SDRAM的視頻幀存儲、VGA顯示控制設計；隨后介紹了JPEG標準，并根據故障檢測的特點，設計了針對灰度圖像壓縮的JPEG編碼器，設計中先分別對組成JPEG編碼器的二維DCT變換模塊、量化模塊、Z字掃描模塊、變換直流系數的差分脈沖編碼模塊、交流系數的游程編碼模塊、哈夫曼編碼模塊及打包模塊進行了仿真測試，然后再對整個JPEG編碼器進行了測試；最后設計了單幀視頻的SRAM緩存，并將緩存的源圖像采用本文設計的JPEG編碼器進行壓縮，再設計一個僅包含發送功能的UART 將壓縮后的碼流傳輸到PC機，在PC機上通過將接收的碼流以ASCⅡ碼的形式還原為采集圖片。 本文實現了整個采集壓縮系統，同時也進一步驗證了本文設計的灰度圖像JPEG編碼器的正確性。相信本文無論是對弓網故障的圖像檢測，還是對于JPEG編碼器的芯片設計都有一定的參考價值。
上傳時間： 2013-04-24
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本文的設計采用FPGA來實現π/4DQPSK調制解調。采用π/4DQPSK的調制解調方式是基于頻帶利用率、誤比特率(即抗噪性)和實現復雜性等綜合因素的考慮；采用FPGA進行實現是考慮到高速的數據處理以及AD和DA的高速采樣。 本課題主要包含以下幾個方面的研究： 首先對π/4DQPSK技術的應用發展情況做簡單介紹，并對其調制解調原理進行了詳細的闡述。在理解原理的基礎上，將調制解調進行模塊化劃分，提出了實現的思路和方法。其中包括串并轉換，差分相位編碼，內插，成形濾波器，正交調制，帶通濾波器及希爾伯特變換，解調，位同步，載波同步，差分相位解碼。 其次在FPGA上實現了π/4DQPSK的大部分模塊。其中調制端的各個模塊的功能都已經實現，并綜合在一起，下載到開發板上進行了在線仿真。其中成形濾波器的設計大大降低了FPGA的資源開銷，是本次設計的創新；解調端對載波同步和位同步提出了設計思路，具體的實現還需要進一步的研究；接口電路的測試和在線仿真已經完成。 最后提出了硬件實現的方案以及三種芯片的選型與設計，給出了簡要的電路圖和時序圖。
上傳時間： 2013-08-03
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現代家庭中單相供電的用電設備如電腦、電視機、冰箱等都具有非線性特性，都會產生諧波污染電網。本文針對這一現象研究了單相并聯電壓型有源電力濾波器（APF），設計了一個APF控制系統來產生與諧波電流大小相等方向相反的補償電流，并使補償電流實時地跟蹤諧波電流，從而消除諧波電流達到凈化電網。 本文對提出的APF控制系統從模擬和數字兩個方面進行了深入的研究。 首先，設計了APF的主電路結構，確定了系統中電感電容等元件參數，并根據仿真結果系統地分析了參數變化對系統補償效果的影響，然后根據補償效果選擇最佳的參數值。 其次，針對控制系統要求，選用適合系統的電流電壓PI雙環控制系統，通過參數優化后得到了控制器的最優參數，使控制效果達到最優。并從理論上詳細分析了無差拍控制算法。 最后，利用滯環比較原理制作了10KHz的三角波發生器，用于PWM調制電路。在對硬件描述語言以及FPGA設計流程深入理解的基礎上，利用Verilog語言實現了雙環PI控制器和PWM發生電路的數字化，使得有源電力濾波器補償精度提高，有更好的可修改性，可使用于很多不同的非線性負載。
上傳時間： 2013-07-27
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激光測距是一種非接觸式的測量技術，已被廣泛使用于遙感、精密測量、工程建設、安全監測以及智能控制等領域。早期的激光測距系統在激光接收機中通過分立的單元電路處理激光發、收信號以測量光脈沖往返時間，使得開發成本高、電路復雜，調試困難，精度以及可靠性相對較差，體積和重量也較大，且沒有與其他儀器相匹配的標準接口，上述缺陷阻礙了激光測距系統的普及應用。 本文針對激光測距信號處理系統設計了一套全數字集成方案，除激光發射、接收電路以外，將信號發生、信號采集、綜合控制、數據處理和數據傳輸五個部分集成為一塊專用集成電路。這樣就不再需要DA轉換和AD轉換電路和濾波處理等模塊，可以直接對信號進行數字信號處理。與分立的單元電路構成的激光測距信號處琿相比，可以大大降低激光測距系統的成本，縮短激光測距的研制周期。并且由于專用集成電路帶有標準的RS232接口，可以直接與通信模塊連接，構成激光遙測實時監控系統，通過LED實時顯示測距結果。這樣使得激光測距系統只需由激光器LD、接收PD和一片集成電路組成即可，提出了橋梁的位移監測技術方法，并設計出一種針對橋梁的位移監測的具有既便攜、有效又經濟實用的監測樣機。 本文基于xil inx公司提供的開發環境(ise8.2)、和Virtex2P系列XC2VP30的開發版來設計的，提出一種基于方波的利用DCM(數字時鐘管理器)檢相的相位式測距方法；采用三把側尺頻率分別是30MHz、3MHz、lOkHz，對應的測尺長度分別為5米、50米和15000米，對應的精度分別為±0.02米、±0.5米和±5米。設計了一套激光測距全數字信號處理系統。為了證明本系統的準確性，另外設計了一套利用延時的方法來模擬激光光路，經過測試，證明利用DCM檢相的相位式測距方法對于橋梁的位移監測是可行的，測量精度和測量結果也滿足設計方案要求。
上傳時間： 2013-06-12
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數字存儲示波器（DSO）上世紀八十年代開始出現，由于當時它的帶寬和分辨率較低，實時性較差，沒有具備模擬示波器的某些特點，因此并沒有受到人們的重視。隨著數字電路、大規模集成電路及微處理器技術的發展，尤其是高速模/數（A/D）轉換器及半導體存儲器（RAM）的發展，數字存儲示波器的采樣速率和實時性能得到了很大的提高，在工程測量中，越來越多的工程師用DSO來替代模擬示波器。 本文介紹了一款雙通道采樣速率達1GHz，分辨率為8Bits，實時帶寬為200MHz數字存儲示波器的研制。通過對具體功能和技術指標的分析，提出了FPGA＋ARM架構的技術方案。然后，本文分模塊詳細敘述了整機系統中部分模塊，包括前端高速A/D轉換器和FPGA的硬件模塊設計，數據處理模塊軟件的設計，以及DSO的GPIB擴展接口邏輯模塊的設計。 本文在分析了傳統DSO架構的基礎上，提出了本系統的設計思想和實現方案。在高速A/D選擇上，國家半導體公司2005年推出的雙通道采樣速率達500MHz高速A/D轉換器芯片ADC08D500，利用其雙邊沿采樣模式（DES）實現對單通道1GHz的采樣速率，并且用Xilinx公司Spraten-3E系列FPGA作為數據緩沖單元和存儲單元，提高了系統的集成度和穩定性。其中，FPGA緩沖單元完成對不同時基情況下多通道數據的抽取，處理單元完成對數據正弦內插的計算，而DSO中其余數據處理功能包括數字濾波和FFT設計在后端的ARM內完成。DSO中常用的GPIB接口放在FPGA內集成，不僅充分利用了FPGA內豐富的邏輯資源，而且降低了整機成本，也減少了電路規模。 最后，利用ChipscopePro工具對采樣系統進行調試，并分析了數據中的壞數據產生的原因，提出了解決方案, 并給出了FPGA接收高速A/D的正確數據。
上傳時間： 2013-07-07
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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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視頻運動目標檢測是數字視頻信號處理、分析應用的一個重要領域，在民用和軍事上有著廣泛的應用，實現可靠、快速的運動目標檢測系統有著非常重要的意義。 本文詳細介紹了基于FPGA的視頻運動目標檢測系統的軟硬件設計方法及其實現方案。首先介紹了視頻信號的分類和性質，在此基礎上，討論分析了當前三種主要的運動目標檢測算法的基本原理和優缺點；然后對運動目標檢測系統的硬件設計制定了詳細的方案，為系統的實現提供了穩定良好的硬件平臺；最后，在前面分析研究的基礎上，詳細介紹了系統的FPGA硬件實現過程。 本文通過對視頻運動目標檢測算法的分析研究，采用了一種改進的幀間差分算法，并結合系統任務，最終開發了一種基于Altera公司CYCLONE系列FPGA芯片的實時視頻運動目標檢測系統。采用FPGA實現系統設計，可提高系統的處理速度，同時具有良好的靈活性和適應性。實際應用表明，本文所設計的運動目標檢測系統能很好地檢測出運動目標，并具有較好的抗干擾能力。
上傳時間： 2013-04-24
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數字射頻存儲器(Digital Radio FreqlJencyr：Memory DRFM)具有對射頻信號和微波信號的存儲、處理及傳輸能力，已成為現代雷達系統的重要部件。現代雷達普遍采用了諸如脈沖壓縮、相位編碼等更為復雜的信號處理技術，DRFM由于具有處理這些相干波形的能力，被越來越廣泛地應用于電子對抗領域作為射頻頻率源。目前，國內外對DRFM技術的研究還處于起步階段，DRFM部件在采樣率、采樣精度及存儲容量等方面，還不能滿足現代雷達信號處理的要求。 本文介紹了DRFM的量化類型、基本組成及其工作原理，在現有的研究基礎上提出了一種便于工程實現的設計方法，給出了基于現場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array FPGA)實現的幅度量化DRFM設計方案。本方案的采樣率為1 GHz、采樣精度12位，具體實現是采用4個采樣率為250 MHz的ADC并行交替等效時間采樣以達到1 GHz的采樣率。單通道內采用數字正交采樣技術進行相干檢波，用于保存信號復包絡的所有信息。利用FPGA器件實現DRFM的控制器和多路采樣數據緩沖器，采用硬件描述語言(Very High Speed}lardware Description Language VHDL)實現了DRFM電路的FPGA設計和功能仿真、時序分析。方案中采用了大量的低壓差分信號(Low Voltage Differential Signaling LVDS)邏輯的芯片，從而大大降低了系統的功耗，提高了系統工作的可靠性。本文最后對采用的數字信號處理算法進行了仿真，仿真結果證明了設計方案的可行性。 本文提出的基于FPGA的多通道DRFM系統與基于專用FIFO存儲器的DRFM相比，具有更高的性能指標和優越性。
上傳時間： 2013-06-01
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無人機大氣數據的采集和處理在無人機中占有很重要的位置和作用，它是保障飛機安全飛行以及保證地面控制和操縱人員正確引導飛機、順利完成飛行任務的關鍵所在。在目前廣泛應用的無人機大氣數據測量系統中，多數采用單片機作為大氣數據處理計算機，但是單片機在高速數據采集和處理方面卻存在著抗干擾性差、速度慢等缺點，使測量系統的穩定性和實時性受到了很大的影響。 本文采用FPGA(Field Programmable Gate Array，現場可編程門陣列)芯片作為大氣數據處理器，以大氣數據中的氣壓高度為例，介紹了一種基于FPGA技術的無人機氣壓高度測量系統。由于該測量系統中的FPGA數據處理器具有可靠性高、速度快、邏輯功能強等特點，有效地解決了單片機在高速無人機大氣數據測量系統中處理速度較慢、實時性較差的問題。 論文首先介紹了FPGA的基本結構、工作原理、開發設計流程和FPGA編程所采用的VHDL硬件描述語言，還介紹了數字式大氣數據測量系統的基本組成和工作原理，并且詳細闡述了氣壓高度測量的原理和方法；然后提出了基于FPGA的無人機氣壓高度測量系統的整體設計，并對該測量系統各組成部分的硬件電路進行詳細的分析和設計；隨后論文又介紹了氣壓高度測量系統中FPGA的相關軟件設計，并就FPGA內部所設計的各功能模塊的作用、模塊內部結構和工作流程進行詳細的論述；最后使用Modelsim和QuartusII仿真軟件對程序進行功能和時序的仿真，以驗證FPGA內部各功能模塊和FPGA總體設計的正確性，并在所有仿真通過后將程序產生的配置文件下載到FPGA芯片中，在制作和安裝測量系統的電路板后對整個測量系統進行實際的測試，將測試結果與理論值比較并分析測量系統的誤差來源。 根據系統測試的結果，本文驗證了以FPGA芯片為核心的無人機氣壓高度測量系統的可行性，并對該測量系統提出了今后的進一步改進和完善的思路。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著各種非線性電力電子設備的大量應用，電網中的諧波污染日益嚴重。為了保證電力系統的安全經濟運行，保證電氣設備和用電人員的安全，治理電磁環境污染、維護綠色環境，研究實時、準確的電力諧波分析系統，對電網中的諧波進行實時檢測、分析和監控，都具有重要的理論和工程實際意義。 目前實際應用的電力諧波分析系統大多是以單片機為核心組成。單片機運行速度慢，實時性較差，不能滿足實際應用中對系統實時性越來越高的要求。另外，單片機的地址線和數據線位數較少，這使得由單片機構成的電力諧波分析系統外圍電路龐大，系統的可靠性和可維護性上都大打折扣。 本文首先研究了電力諧波的產生，危害及國內外研究現狀，對電力諧波檢測中常用的各種算法進行分析和比較；然后介紹了FPGA芯片的特性和SOPC系統的特點，并分析比較了傳統測量諧波裝置和基于FPGA的新型諧波測量儀器的特性。綜述了可編程元器件的發展過程、主要工藝發展及目前的應用情況。 然后，對整個諧波處理器系統的框架及結構進行描述，包括系統的功能結構分配，外圍硬件電路的結構及軟件設計流程。其后，針對系統外圍硬件電路、FFTIP核設計和SOPC系統的組建，進行詳細的分析與設計。系統采用NiosⅡ處理器核和FFT運算協處理器相結合的結構。FFT運算用專門的FFT運算協處理器核完成，使得系統克服的單片機系統實時性差和速度慢的缺點。FFTIP核采用現在ASIC領域的一種主流硬件描述語言VHDL進行編寫，采用順序的處理結構和IEEE浮點標準運算，具有系統簡單、占用硬件資源少和高運算精度的優點。諧波分析儀系統組建采用SOPC系統。SOPC系統具有可對硬件剪裁和添加的特點，使得系統的更簡單，應用面更廣，專用性更強的優點。最后，給出了對系統中各模塊進行仿真及系統生成的結果。
上傳時間： 2013-04-24
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