圖像采集系統是數字圖像信號處理過程中不可缺少的重要部分，它將前端相機所捕獲的模擬信號轉化為數字信號，或者直接從數字相機中獲取數字信號，然后通過高速的計算機總線傳回計算機，憑借計算機的強大的運算、數據存儲與處理等操作能力，可以方便快捷地對信號進行分析處理，具有人機友好、功能靈活、可移植性強等優點。隨著對數據傳送速度要求的提高，PCI總線以其高的數據傳輸率，即插即用，低功耗等眾多優點，得到廣泛的應用。本文針對PCI總線接口電路使用的廣泛性，介紹了PLX公司橋接芯片PCI9054主模式的工作原理和中斷機制，采用可編程邏輯器件FPGA實現與PCI9054的本地接口的信號轉換，給出了邏輯實現方案和仿真圖。本文針對FPGA中各功能模塊的邏輯設計進行了詳細分析，并對每個模塊都給出了精確的仿真結果。同時，文中還在其它章節詳細介紹了系統的硬件電路設計、并行接口設計、PCI接口設計、PC端控制軟件設計以及用于調試過程中的SignalTapⅡ嵌入式邏輯分析儀的使用方法，并且也對系統的仿真結果和測試結果給出了分析及討論。最后還附上了系統的PCB版圖、FPGA邏輯設計圖、實物圖及注釋詳細的相關源程序清單。在文章的軟件設計部分介紹了WinDriver驅動開發工具，利用WinDriver工具，在WindowsXP系統下實現設備的驅動程序開發，完成主模式數據傳輸和設備中斷的功能。
上傳時間： 2013-06-03
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隨著計算機科學和視頻技術的廣泛發展,數字圖像采集在電子通信與信息處理領域得到了廣泛的應用,例如廣播電視的數字化、網絡視頻、監視監控系統等. 視頻圖像采集卡作為計算機視頻應用的前端設備,承擔著模擬視頻信號向數字視頻信號轉換的任務,在多媒體時代占據著重要的位置.設計一種功能靈活,使用方便,便于嵌入到系統中的視頻信號采集電路具有重要的實用意義. 本文首先介紹數字圖像采集系統的發展現狀和前景,提出了本次設計的目標: 完成基于PCI總線的高分辨率圖像采集卡設計.然后簡單介紹了本次設計用到的基本理論:數據采集理論,特別說明了采樣和量化的定義與區別,以及量化的幾種方式和量化與AD技術之間的關系. 圖像采集系統的基本構成,是以數字信號處理器為核心,控制外圍的A/D、D/A轉換器和外圍存儲器.本文對比了當下流行的DSP芯片和IFPGA芯片作為數字處理核心的優缺點,并根據系統實際需要,選用FPGA作為數字信號處理器.然后列舉了幾款常用A/D視頻芯片,還介紹了SDRAM控制的基本流程,最后提出了系統的整體設計方案. 圖像采集卡的硬件設計分為A/D前端模擬通道設計和FPGA數字信號傳輸及外圍電路設計.本文重點介紹了A/D芯片外圍電路連接和使用方法,對PCI總線和它的控制電路也做了詳細闡述.對圖像采集卡的PCB布局布線也有詳細說明. 圖像采集卡FPGA內部程序構成也是本文的一個重點.本次的程序設計主要分為數據采集模塊,即與A/D接口模塊,數據暫存模塊,即SDRAM讀寫控制模塊,數據處理模塊和數據傳輸模塊,即PCI控制模塊.重點在于對的SDRAM的連續讀寫控制和各個模塊間的協調工作.說明了.A/D采集數據從接收到存儲詳細過程,以及對SDRAM讀寫狀態機和PCI總線的操控. 最后介紹了硬件調試和FPGA程序驗證結果.詳細說明了以Modelsim為平臺的前端功能仿真和后端時序仿真,以及以SignalTapⅡ為平臺,程序下載到FPGA中進行的實時驗證.結果表明整個圖像采集系統基本達到了系統設計中所給出的性能指標,證明了整個系統設計的正確性和合理性.
上傳時間： 2013-04-24
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隨著數字圖像處理的應用領域不斷擴大，實時處理技術成為研究的熱點。VLSI技術的迅猛發展為數字圖像實時處理技術提供了硬件基礎。其中FPGA(現場可編程門陣列)的特點使其在圖像采集和處理方面的應用顯得更加經濟、靈活、方便。 本文設計了一種以FPGA為工作核心，并實現了PCI接口的圖像采集壓縮系統。整個系統采用了自頂向下的設計方案，先把系統分成了三大塊，即圖像采集、PCI接口和圖像壓縮，然后分別設計各個大模塊中的子模塊。 首先，利用FPGA對專用視頻轉換器SAA7111A進行控制，因為SAA7111A是采用IC總線模塊，從而完成了對SAA7111A的控制，并通過設計圖像采集模塊、讀/寫數據模塊、總線管理模塊等，實現把標準的模擬視頻信號轉換成數字視頻信號并采集的功能。 其次，在了解PCI規范的前提下，深入地分析了PCI時序和地址配置空間等，設計了簡化邏輯的狀態機，并用VHDL硬件描述語言設計了程序，完成了簡化邏輯的PCI接口設計在FPGA芯片內部的實現，達到了一33MHz、32位數據寬度、支持猝發傳輸的PCI從設備模塊的接口功能，與傳統的使用PCI專用接口芯片來實現的PCI接口比較來看，更加節約了系統的邏輯資源，降低了成本，增加了設計的靈活性。 再次，設計了WINDOWS下對PCI接口的驅動程序。驅動程序可以選擇不同的方法來完成，當然每個方法都有自己的特點，對幾種主要設計驅動程序的方法作以比較之后，本文選擇了使用DRIVER WORKS工具來完成。通過對配置空間的設計、系統端口和內存映射的設計、中斷服務的設計等，用VC++語言編寫了驅動程序。 最后，考慮到增加系統的實用性和完備性，還填加設計了圖像的壓縮部分。這部分需要完成的工作是在上述系統完成后，再額外地把采集來的視頻數據通過另一路數據通道按照一定的格式壓縮后存儲到硬盤中。本系統中，這部分設計是利用Altera公司提供的IP核來完成壓縮的，同時還用VHDL語言在FPGA上設計了IDE硬盤接口，使壓縮后的數據存儲到硬盤中。
上傳時間： 2013-06-01
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隨著科學技術水平的不斷提高，在科研和生產過程中為了更加真實的反映被測對象的性質，對測試系統的性能要求越來越高。傳統的測試裝置，由于傳輸速度低或安裝不便等問題已不能滿足科研和生產的實際需要。USB技術的出現很好的解決了上述問題。USB總線具有支持即插即用、易于擴展、傳輸速率高(USB2.0協議下為480Mbps)等優點，已逐漸得到廣泛的應用。 本課題研究并設計了一套基于USB2.0的數據采集系統。論文首先詳細介紹了USB總線協議，然后從系統的總體結構、硬件電路、軟件程序以及系統性能檢測等幾個方面，詳細闡述了系統的設計思想和實現方案。系統采用雙12位A/D轉換器，提供兩條模擬信號通道，可以同時采集雙路信號，最高的采樣率為200KHz。USB接口芯片采用Cypress公司的CY7C68013。論文詳細介紹了其在SlaveFIFO接口模式下的電路設計和程序設計。系統應用FPGA芯片作系統的核心控制，控制系統的數據采集和與USB接口芯片的數據交換，并產生其中的邏輯控制信號和時序信號。同時應用FPGA芯片作系統的核心控制可提高了系統穩定性、減小設備的體積。系統的軟件設計，主要包括FPGA芯片中的邏輯、時序控制程序、8051固件程序、客戶應用程序及其驅動程序。客戶端選擇了微軟的Visual Studio6.0 C++作開發平臺，雖然增加了復雜程度，但是軟件執行效率及重用性均得到提高。 最后，應用基于USB2.0的數據采集系統測試標準信號及電木的導熱系數，以驗證測試系統的可靠信與準確性。
上傳時間： 2013-04-24
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本文分析了當代高精度地震勘探數據采集系統的發展現狀，研究了數據采集的A/D方法及理論、現場可編程門陣列(Field Programmable GateArray，FPGA)技術的發展及原理，串口通信的原理及實現。在此基礎上，探討了采用FPGA控制24位△∑模數轉換器來實現高精度地震勘探數據采集系統的實現思路，對探測傳感器或檢波器后端數據采集系統的信號A/D轉換、FPGA與外部接口設計、串口數據通信做了詳細的研究，尤其是在用FPGA來完成與外部ADC的接口控制上做了深入的開發和設計，整個接口控制模塊采用VHDL語言編寫，并同時將ROM、FIFO等數字邏輯模塊一起集成到一片FPGA芯片當中，并在Quartus Ⅱ6.0的開發平臺上通過了軟件仿真，時序仿真結果達到了系統要求。
上傳時間： 2013-05-21
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數據采集系統是信號與信息處理系統中不可缺少的重要組成部分，同時也是軟件無線電系統中的核心模塊，在現代雷達系統以及無線基站系統中的應用越來越廣泛。為了能夠滿足目前對軟件無線電接收機自適應性及靈活性的要求，并充分體現在高性能FPGA平臺上設計SOC系統的思路，本文提出了由高速高精度A/D轉換芯片、高性能FPGA、PCI總線接口、DB25并行接口組成的高速數據采集系統設計方案及實現方法。其中FPGA作為本系統的控制核心和傳輸橋梁，發揮了極其重要的作用。通過FPGA不僅完成了系統中全部數字電路部分的設計，并且使系統具有了較高的可適應性、可擴展性和可調試性。 在時序數字邏輯設計上，充分利用FPGA中豐富的時序資源，如鎖相環PLL、觸發器，緩沖器FIFO、計數器等，能夠方便的完成對系統輸入輸出時鐘的精確控制以及根據系統需要對各處時序延時進行修正。 在存儲器設計上，采用FPGA片內存儲器。可根據系統需要隨時進行設置，并且能夠方便的完成數據格式的合并、拆分以及數據傳輸率的調整。 在傳輸接口設計上，采用并行接口和PCI總線接口的兩種數據傳輸模式。通過FPGA中的宏功能模塊和IP資源實現了對這兩種接口的邏輯控制，可使系統方便的在兩種傳輸模式下進行切換。 在系統工作過程控制上，通過VB程序編寫了應用于PC端的上層控制軟件。并通過并行接口實現了PC和FPGA之間的交互，從而能夠方便的在PC機上完成對系統工作過程的控制和工作模式的選擇。 在系統調試方面，充分利用QuartuslI軟件中自帶的嵌入式邏輯分析儀SignalTaplI，實時準確的驗證了在系統整個傳輸過程中數據的正確性和時序性，并極大的降低了用常規儀器觀測FPGA中眾多待測引腳的難度。 本文第四章針對FPGA中各功能模塊的邏輯設計進行了詳細分析，并對每個模塊都給出了精確的仿真結果。同時，文中還在其它章節詳細介紹了系統的硬件電路設計、并行接口設計、PCI接口設計、PC端控制軟件設計以及用于調試過程中的SignalTapⅡ嵌入式邏輯分析儀的使用方法，并且也對系統的仿真結果和測試結果給出了分析及討論。最后還附上了系統的PCB版圖、FPGA邏輯設計圖、實物圖及注釋詳細的相關源程序清單。
上傳時間： 2013-06-09
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可配置端口電路是FPGA芯片與外圍電路連接關鍵的樞紐，它有諸多功能：芯片與芯片在數據上的傳遞(包括對輸入信號的采集和輸出信號輸出)，電壓之間的轉換，對外圍芯片的驅動，完成對芯片的測試功能以及對芯片電路保護等。 本文采用了自頂向下和自下向上的設計方法，依據可配置端口電路能實現的功能和工作原理，運用Cadence的設計軟件，結合華潤上華0.5μm的工藝庫，設計了一款性能、時序、功耗在整體上不亞于xilinx4006e[8]的端口電路。主要研究以下幾個方面的內容： 1.基于端口電路信號寄存器的采集和輸出方式，本論文設計的端口電路可以通過配置將它設置成單沿或者雙沿的觸發方式[7]，并完成了Verilog XL和Hspiee的功能和時序仿真，且建立時間小于5ns和保持時間在0ns左右。和xilinx4006e[8]相比較滿足設計的要求。 2.基于TAP Controller的工作原理及它對16種狀態機轉換的控制，對16種狀態機的轉換完成了行為級描述和實現了捕獲、移位、輸出、更新等主要功能仿真。 3.基于邊界掃描電路是對觸發器級聯的構架這一特點，設計了一款邊界掃描電路，并運用Verilog XL和Hspiee對它進行了功能和時序的仿真。達到對芯片電路測試設計的要求。 4.對于端口電路來講，有時需要將從CLB中的輸出數據實現異或、同或、與以及或的功能，為此本文采用二次函數輸出的電路結構來實現以上的功能，并運用Verilog XL和Hspiee對它進行了功能和時序的仿真。滿足設計要求。 5.對于0.5μm的工藝而言，輸入端口的電壓通常是3.3V和5V，為此根據設置不同的上、下MOS管尺寸來調整電路的中點電壓，將端口電路設計成3.3V和5V兼容的電路，通過仿真性能上已完全達到這一要求。此外，在輸入端口處加上擴散電阻R和電容C組成噪聲濾波電路，這個電路能有效地抑制加到輸入端上的白噪聲型噪聲電壓[2]。 6.在噪聲和延時不影響電路正常工作的范圍內，具有三態控制和驅動大負載的功能。通過對管子尺寸的大小設置和驅動大小的仿真表明：在實現TTL高電平輸出時，最大的驅動電流達到170mA，而對應的xilinx4006e的TTL高電平最大驅動電流為140mA[8]；同樣，在實現CMOS高電平最大驅動電流達到200mA,而xilinx4006e的CMOS驅動電流達到170[8]mA。 7.與xilinx4006e端口電路相比，在延時和面積以及功耗略大的情況下，本論文研究設計的端口電路增加了雙沿觸發、將輸出數據實現二次函數的輸出方式、通過添加譯碼器將配置端口的數目減少的新的功能，且驅動能力更加強大。
上傳時間： 2013-06-03
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為了快速有效地判斷化學物質中的微量成分，并粗略估計成分的含量，提出一種便攜式分光光度計的設計方案，對該方案的光譜采集系統進行了設計與討論。與傳統的分光光度計設計方案相比，該方案采用線陣CCD器件代替傳統的光電管來實現光電信號的轉換，易于提高系統的運行速度并減少系統體積；利用FIFO（先入先出隊列）可以實現高速數據輸出設備與低速控制器的數據交換。本系統可以選擇LCD液晶或者電腦端屏幕來顯示數據，并能快速地在兩種顯示方式之間進行切換。為了直觀的在液晶上顯示采集的光譜，方案使用了插值壓縮技術。實驗證明，系統在兩種顯示方式下穩定工作，并能實現光譜數據快速有效地顯示。
上傳時間： 2013-11-20
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在單片機應用系統中，有時需要采集大量的開關信號，由于信號多且接入方式不同，使得電路較復雜，占用了單片機大量資源，數據采集軟件的開發量也較大。筆者用純數字電路設計了一個特別適合于遠程大數據量采集的電路（最大可采集１０２４個開關量，附圖所示電路可采集１９２個開關量）。 電路由雙二進制加法計數器ＣＤ４５２０、譯碼器７４ＬＳ１３８、緩沖驅動器７４ＬＳ２４４等組成。ＮＥ５５５產生的脈沖加到計數器Ｄ１的ＣＰ１端，由于Ｄ１的Ｑ４同時也接Ｄ１的ＥＮ２，所以Ｄ１的雙計數器構成級聯計數電路，其輸出Ｑ２～Ｑ７作為開關輸入量的地址送Ｄ５的輸入端。Ｑ１作為片選信號接Ｄ５，Ｑ５～Ｑ７接Ｄ２輸入端，為Ｄ３、Ｄ４等譯碼器提供片選信號，而Ｑ２～Ｑ４接Ｄ３、Ｄ４等譯碼器的輸入端，譯碼器的輸出作為Ｄ７、Ｄ８等的片選信號。Ｄ７、Ｄ８等的輸入接采樣的開關信號（圖中開關接通表示輸入為低位），其輸出接Ｄ６輸入端。當Ｄ６片選有效時（Ｑ１為低電位），輸出的數據地址線上為開關量信號。當Ｄ５片選有效時（Ｑ１為高電位）輸出的數據地址線上為開關量信號的地址。８條數據地址線可直接接單片機Ｐ１口或通過７４ＬＳ２４５接單片機總線，１條數據地址選擇線也可直接接單片機Ｐ２或Ｐ３口。
上傳時間： 2013-10-14
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本文設計并實現了一種采用單片射頻收發芯片 nRF905、DS1820、單片機AT89C51 和PC 機的無線數據采集系統。系統以溫度數據處理模塊、 溫度數據收發模塊和溫度數據采集模塊三大模塊。系統能夠實現溫度信息的采集、傳送和LED 顯示，并且在溫度達到最大值時，驅動蜂鳴器產生報警信號。并且溫度數據能遠端PC 機上顯示、保存、統計、可以遠程監控。本系統降低布線成本、易于維護、提高了可靠性。
上傳時間： 2013-10-22
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