H.264/AVC是ITU-T和ISO聯(lián)合推出的新標準，采用了近幾年視頻編碼方面的先進技術，以較高編碼效率和網絡友好性成為新一代國際視頻編碼標準。 本文以實現D1格式的H.264/AVC實時編碼器為目標，作者負責系統(tǒng)架構設計，軟硬件劃分以及部分模塊的硬件算法設計與實現。通過對H.264/AVC編碼器中主要模塊的算法復雜度的評估，算法特點的分析，同時考慮到編碼器系統(tǒng)的可伸縮性，可擴展性，本文采用了DSP+FPGA的系統(tǒng)架構。DSP充當核心處理器，而FPGA作為協(xié)處理器，針對編碼器中最復雜耗時的模塊一運動估計模塊，設計相應的硬件加速引擎，以提供編碼器所需要的實時性能。 H.264/AVC仍基于以前視頻編碼標準的運動補償混合編碼方案，其中一個主要的不同在于幀間預測采用了可變塊尺寸的運動估計，同時運動向量精度提高到1/4像素。更小和更多形狀的塊分割模式的采用，以及更加精確的亞像素位置的預測，可以改善運動補償精度，提高圖像質量和編碼效率，但同時也大大增加了編碼器的復雜度，因此需要設計專門的硬件加速引擎。 本文給出了1/4像素精度的運動估計基于FPGA的硬件算法設計與實現，包括整像素搜索，像素插值，亞像素(1/2，1/4)搜索以及多模式選擇(支持全部七種塊分割模式)。設計中，將多處理器技術和流水線技術相結合，提供高性能的并行計算能力，同時，采用合理的存儲器組織結構以提供高數據吞吐量，滿足運算的帶寬要求，并使編碼器具有較好的可伸縮性。最后，在Modelsim環(huán)境下建立測試平臺，完成了對整個設計的RTL級的仿真驗證，并針對Altera公司的FPGA芯片stratixⅡ系列的EP2S60-4器件進行優(yōu)化，從而使工作頻率最終達到134MHz，分析數據表明該模塊能夠滿足編碼器的實時性要求。
上傳時間： 2013-07-24
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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動，即需要對8 000個電機進行驅動控制。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容。 本義引入EDA(Electronic Design Automation)，技術，以FPGA和CAN總線為硬件載體來進行設計。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存儲在FPGA片內ROM里而，當電機運行到對應的步數時，取出分頻系數來獲取對應的運行頻率。 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，軟件程序中加入了計數器，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，能夠控制驅動336個光纖定位單元的小系統(tǒng)已經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 驅動系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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PWM(脈沖寬度調制)是一種利用數字信號來控制模擬電路的控制技術，廣泛應用于電源、電機、伺服系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、電子控制器、功率控制等電力電子設備。PWM技術在逆變電路中的應用最為廣泛，也是變頻技術的核心，同時在機床，液壓位置控制系統(tǒng)等機械裝置中也發(fā)揮著重要的作用。PWM技術已經成為控制領域的一個熱點，因此研究PWM發(fā)生器對于基礎理論的發(fā)展和技術的改進都有十分重要的意義。 論文研究的主要內容是用任意波形作為調制信號通過特定的方法來產生所需要的PWM波形，任意波形的合成和PWM波形的生成是兩個主要任務。任意波形的合成是課題設計的一個難點，也是影響系統(tǒng)性能的關鍵因素之一。論文中波形合成采用直接數字頻率合成(DDS)技術來實現。DDS技術以相位為地址，通過查找離散幅度數據進行波形合成，具有輸出波形相位變化連續(xù)、分辨率高、頻率轉換速率快的優(yōu)點，而且通過設置控制字可靈活方便地改變輸出頻率，是目前波形合成的主流方法。 實現PWM發(fā)生器的設計方法有多種。在綜合比較了單片機、DSP、ARM等常用開發(fā)工具特點的基礎上，本文提出了一種以可編程邏輯器件(PLD)為主體，單片機輔助配合的設計方法。隨著計算機技術和微電了技術的迅速發(fā)展，可編程邏輯器件的集成度和容量越來越大，基于PLD的設計方法正逐步成為一種主流于段，是近些年來電子系統(tǒng)設計的一個熱點。整個系統(tǒng)分為模擬波形產生、單片機控制電路、FPGA內部功能模塊三大部分。FPGA部分的設計是以Altera公司的Quartus Ⅱ軟件為開發(fā)平臺，采用VHDL語言為主要輸入手段來完成內部各功能模塊的設計輸入、編譯、仿真等調試工作，目標載體選用性價比比較高的Altera公司的CycloneⅡ系列的器件；單片機控制電路主要負責控制字的設置和顯示，波形數據的接受與發(fā)送；用MATLAB軟件完成仟意波形的繪制和模擬任務。 論文共分五章，詳細介紹了課題的背景、PWM發(fā)生器的發(fā)展和應用以及選題的目的和意義等，論述了系統(tǒng)設計方案的可行性，對外圍電路和FPAG內部功能模塊的設計方法進行了具體說明，并對仿真結果、系統(tǒng)的性能、存在的問題和改進方法等進行了分析和闡述。整個設計滿足PWM發(fā)生器的任務和功能要求，設計方法可行。
上傳時間： 2013-06-03
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基于彩色路徑識別的視覺導航方法是當前自動導航小車領域的研究熱點和方向。視覺導航是指根據地面路徑和被控對象之間的位置偏差控制其運行的方向，因此，地面彩色路徑圖像的攝取及其識別處理就成為視覺導航系統(tǒng)中的基礎和關鍵。在當前的視覺導航系統(tǒng)設計中，圖像處理的硬件平臺都是基于通用微處理器，嵌入式微處理器或者DSP進行設計的。這些處理器一個共同的特點就是數據串行處理，而圖像處理過程涉及大量的并行處理操作，因此傳統(tǒng)的串行處理方式滿足不了圖像處理的實時性要求。 鑒于微處理器這方面的不足，作者提出一種使用FPGA實現圖像識別的并行處理方案，并據此設計一個智能圖像傳感器。該傳感器采用先進的FPGA技術，將圖像采集及其顯示，路徑的識別處理以及通信控制等模塊集成在一個芯片上，形成一個片上系統(tǒng)(SOC)。其主要功能是對所采集的彩色路徑圖像進行識別處理，獲得彩色路徑的坐標及其方向角，并將處理結果發(fā)送給上位機，為自動導航提供控制依據。 本文將彩色路徑的識別處理過程劃分為三個階段，第一階段為顏色聚類識別，以獲得二值路徑圖像，第二階段為數學形態(tài)學運算，用于對第一階段中獲得的二值圖像進行去斑處理，第三階段為路徑中心線的定位及其方向角的測量。圖像傳感器與上位機的通信采用異步串行方式，由于上位機需要控制該傳感器執(zhí)行多種任務，作者定義一種基于異步串行通信的應用層協(xié)議，用于上位機對傳感器的控制。在圖像的顯示中，為了彌補圖像采集的速率和VGA顯示速率的不匹配，作者提出一種基于單端口存儲器的圖像幀緩沖機制，通過VGA接口將采集的圖像實時地顯示出來。 根據上述思想，作者完成了系統(tǒng)的硬件電路設計，并對整個系統(tǒng)進行了現場調試。調試結果表明，傳感器系統(tǒng)的各個模塊都能正常工作，FPGA中的數字邏輯電路能夠實時地將路徑從圖像中準確地識別出來，.充分體現了FPGA對路徑圖像的高速處理優(yōu)勢，達到了設計預期目標，在一定程度上豐富了路徑圖像識別處理的技術和方法。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著計算機科學和視頻技術的廣泛發(fā)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(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的發(fā)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(qū)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(tǒng)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(yōu)缺點,并根據系統(tǒng)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(tǒng)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(xù)讀寫控制和各個模塊間的協(xié)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(tài)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(tǒng)基本達到了系統(tǒng)設計中所給出的性能指標,證明了整個系統(tǒng)設計的正確性和合理性.
上傳時間： 2013-04-24
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光斑質心檢測系統(tǒng)是APT精跟蹤伺服系統(tǒng)的關鍵技術之一，目前的光斑檢測系統(tǒng)大多是基于PC機的，存在著高速實時性、穩(wěn)定性問題。在總結各種檢測算法的基礎上，本文提出了基于FPGA的圖像處理算法，實現了激光光斑中心的高速實時檢測。 文中主要采用3×3窗口模塊和自適應閾值模塊，先對CCD輸入數據進行處理，判斷光斑的范圍，然后再運用光斑的質心算法對光斑所占的像元進行運算，得出光斑位置的脫靶量，最后用VGA格式將圖像顯示在LCD上。本文達到了的3000幀/s的脫靶量幀速，精度為2urad的技術指標，實現了高速率、高精度的精跟蹤要求。
標簽： 實時圖像采集 處理系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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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(tǒng)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(tǒng)的穩(wěn)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(tǒng)。由于該測量系統(tǒng)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(tǒng)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(fā)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(tǒng)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(tǒng)的整體設計，并對該測量系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的電路板后對整個測量系統(tǒng)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(tǒng)的誤差來源。 根據系統(tǒng)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(tǒng)的可行性，并對該測量系統(tǒng)提出了今后的進一步改進和完善的思路。
標簽： FPGA 無人機 氣壓 測量系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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心血管疾病是當今危害人類健康的主要疾病之一，心電圖檢查是臨床上診斷心血管疾病的重要方法。心電圖準確的自動分析與診斷對于心血管疾病的診斷起著關鍵的作用，也是國內外學者所熱衷的研究課題。QRS復合波的檢測是心電自動分析的關鍵環(huán)節(jié)，檢出的位置精度關系到后續(xù)處理和分析的正確性和準確性。 本文在總結前人工作的基礎上，對基于小波變換的QRS復合波檢測算法做了深入研究;并針對小波變換算法與心電檢測算法的結構提出了一種硬件實現方法。本文的主要內容包括基于小波變換的心電信號檢測算法設計和該算法在FPGA系統(tǒng)上的實現兩個部分。 對國內外近年內發(fā)展起來的各種心電檢測方法進行了總結，并綜合考慮檢出率和硬件實現的實時性等問題，采用小波變換方法對QRS復合波進行檢測。根據QRs復合波經小波變換后，心電特征波在某些尺度上對應有相對明顯的模極值對，通過在對應尺度上判斷模極值對，進而檢測出對應的特征波。 設計了基于小波變換的心電信號檢測算法的FPGA實現系統(tǒng)。系統(tǒng)主要包含三個模塊：心電信號預處理模塊、小波分解模塊和檢測模塊。心電信號預處理模塊對輸入的心電信號進行濾波預處理，以消除工頻干擾和基線漂移。小波分解模塊采用流水線設計，即把各層小波分解分成各個模塊獨立實現，以提高運算效率。檢測模塊的功能是利用小波分解模塊的輸出結果在各尺度上尋找模極值對，并根據檢測策略檢測QRS復合波。 本文采用Veillog語言對設計進行了仿真驗證，并通過MIT-BIH心律失常標準數據庫對本文的設計實現進行性能評估，獲得了較好的檢出率。同時，綜合結果也表明系統(tǒng)時鐘能夠工作在較高的頻率，足以滿足高速實時對心電信號的處理與檢測。
上傳時間： 2013-04-24
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全球定位系統(tǒng)(GPS)可以向全球用戶提供位置、速度和時間信息，在航空、航天、海上及陸地等諸多領域得到了廣泛的應用，成為一種主要的導航手段。隨著空間定位技術的不斷發(fā)展，空間定位系統(tǒng)必將出現多元化。本文結合計算機技術，以GPS定位系統(tǒng)為例，研究了衛(wèi)星定位技術中的GPS星座模擬器。 本文綜述了衛(wèi)星導航系統(tǒng)的歷史，現狀及發(fā)展的方向,介紹GPS模擬器的研究發(fā)展狀況。詳細研究了GPS衛(wèi)星信號傳輸理論和GPS衛(wèi)星定位原理。在此基礎上，提出GPS模擬器的理論模型和實現方法,研究了GPS星座模擬器的設計思路、組成模塊，分析各個模塊的設計原理。在理論研究和分析的基礎上，提出模擬器的FPGA的設計與實現,以FPGA為平臺，用verilog硬件語言實現了衛(wèi)星信號的模擬，詳細研究了基帶模塊的實現方法,包括C/A碼產生模塊，導航電文合成模塊，碼轉換模塊。最后通過射頻模塊發(fā)出，完成衛(wèi)星信號的模擬。在信號測試部分，用示波器，頻譜儀，MATLAB程序對模擬信號進行了驗證實驗。驗證結果表明，設計滿足要求，達到預想目標。
上傳時間： 2013-05-30
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測試的目的決定了如何去組織測試。如果測試的目的是為了盡可能多地找出錯誤，那么測試就應該直接針對設計比較復雜的部分或是以前出錯比較多的位置。如果測試目的是為了給最終用戶提供具有一定可信度的質量評價，那么測試就應該直接針對在實際應用中會經常用到的商業(yè)假設。?
上傳時間： 2013-07-03
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