本文應用EDA技術，基于FPGA器件設計與實現(xiàn)UART，并采用CRC校驗。主要工作如下： 1、在異步串行通信電路部分完全用FPGA來實現(xiàn)。選用Xilinx公司的SpartanⅢ系列的XC3S1000來實現(xiàn)異步串行通信的接收、發(fā)送和接口控制功能，利用FPGA集成度比較高，具有在線可編程能力，在其完成各種功能的同時，完全可以將串行通信接口構建其中，可根據(jù)實際需求分配資源。 2、利用VerilogHDL語言非常容易掌握，功能比VHDL更強大的特點，可以在設計時不斷修改程序，來適用不同規(guī)模的應用，而且采用Verilog輸入法與工藝性無關，利用系統(tǒng)設計時對芯片的要求，施加不同的約束條件，即可設計出實際電路。 3、利用ModelSim仿真工具對程序進行功能仿真和時序仿真，以驗證設計是否能獲得所期望的功能，確定設計程序配置到邏輯芯片之后是否可以運行，以及程序在目標器件中的時序關系。 4、為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，采用循環(huán)冗余校驗CRC(CyclicRedundancyCheck)，該編碼簡單，誤判概率低，為了減少硬件成本，降低硬件設計的復雜度，本設計通過CRC算法軟件實現(xiàn)。 實驗結果表明，基于EDA技術的現(xiàn)場可編程門陣列FPGA集成度高，結構靈活，設計方法多樣，開發(fā)周期短，調試方便，修改容易，采用FPGA較好地實現(xiàn)了串行數(shù)據(jù)的通信功能，并對數(shù)據(jù)作了一定的處理，本設計中為CRC校驗。另外，可以利用FPGA的在線可編程特性，對本設計電路進行功能擴展，以滿足更高的要求。
標簽： FPGA CRC 串行 通信實現(xiàn)
上傳時間： 2013-04-24
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在VTS(Vessel Tramc Services船舶交管系統(tǒng))系統(tǒng)中，雷達信號的處理器的能力己成為制約雷達目標錄取、跟蹤處理能力和可靠性以及整個VTS系統(tǒng)工作的主要因素。隨著區(qū)域性VTS的建立，要求將雷達信號以最高的質量和最低的代價遠距離傳輸，而達到這一要求的關鍵技術環(huán)節(jié)一雷達信息的壓縮處理也將受到雷達信號預處理系統(tǒng)的影響。 因此，研究更有效的VTS雷達信號預處理系統(tǒng)是一項很有價值和實際意義的工作。本文是在前人研究成果的基礎上，面向實際應用的需求，主要研究VTS雷達信號預處理算法的設計方法和實現(xiàn)手段，設計完成了一個數(shù)字化的雷達原始信號實時采集與處理系統(tǒng)。 本設計主要包括雷達信號的采集、雜波抑制處理以及與DSP芯片的信號傳輸。在硬件結構上，本設計采用FPGA完成信號的采集、CFAR處理和雷達信號檢測器的設計，將大量的以前需要由DSP芯片來完成的算法移植到FPGA中實現(xiàn)，大大減輕了DSP芯片的工作壓力，也減小了系統(tǒng)的體積。 在算法研究中，設計中重點討論了雜波的抑制方法和目標的檢測方法。本文在研究了大量現(xiàn)有的雷達信號雜波抑制及信號檢測的算法的基礎上，比較了各種算法的優(yōu)劣，最終選擇了一種適合本次設計要求的CFAR算法和雙極點濾波雷達信號檢測器在FPGA中實現(xiàn)。 論文中對設計中所采用的方法給出了理論分析、試驗仿真結果和試驗實際調試結果。通過本文所述的設計和實驗，本文設計的雷達信號預處理系統(tǒng)對雷達視頻信號的采集與傳輸都有很好的效果，所選用的雜波處理算法對雷達雜波、雨雪雜波和陸地回波都具有較好的抑制作用，能有效地處理雷達雜波中的尖峰成分，使信噪比得到較大改善。
上傳時間： 2013-04-24
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渦流無損檢測技術作為五大常規(guī)無損檢測技術之一，不僅能夠探測導體表面的涂層厚度，材料成分，組織狀態(tài)以及某些物理量和機械量，還能檢測材料或構件中是否有缺陷并判斷缺陷的形狀、大小、分布、走向。脈沖渦流無損檢測技術因其激勵信號的頻域特點，具有有效率高，檢測準確的特性，因而有著廣泛的應用前景。 用無損檢測方法進行鋼鐵材質檢測的研究工作取得了大量成果，然而對于鋼材及其制品的混料、硬度和裂紋質量檢測還存在許多難題，如用傳統(tǒng)檢測方法檢測齒輪毛坯的硬度效果不夠理想，而且人工記錄方法較慢。 本文以渦流檢測技術理論為基礎，系統(tǒng)地分析了脈沖渦流檢測的基本理論。在此基礎上設計了一套用于檢測鋼鐵材硬度的脈沖渦流檢測儀器。該脈沖渦流檢測系統(tǒng)可分為硬件、軟件兩個子系統(tǒng)。整個系統(tǒng)由激勵源、渦流傳感器、數(shù)據(jù)處理、結果顯示這四個主要部分組成。在渦流探傷中，影響渦流的因素很多，產(chǎn)生大量噪聲使得信號分析相對困難。系統(tǒng)以FPGA為開發(fā)平臺，使得信號激勵和信號的采集可以在同一電路中實現(xiàn)，從而提高了信號處理的精確性，接著利用主成分分析方法去除噪音，提取信號的特征值，建立回歸方程，利用最小二乘法實現(xiàn)對鋼鐵材質硬度的測量。實驗結果表明，以FPGA為開發(fā)平臺，采用脈沖渦流激勵的方式及相關的脈沖渦流的主成分分析處理方法，使鋼鐵材質硬度的判別準確率有了很大提高。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，人們越來越需要便捷的交通工具，從而促進了汽車工業(yè)的發(fā)展，同時汽車發(fā)動機檢測維修等相關行業(yè)也發(fā)展起來。在汽車發(fā)動機檢測維修中，發(fā)動機電腦(Electronic Control．Unit-ECU)檢測維修是其中最關鍵的部分。發(fā)動機電腦根據(jù)發(fā)動機的曲軸或凸輪軸傳感器信號控制發(fā)動機的噴油、點火和排氣。所以，維修發(fā)動機電腦時，必須對其施加正確的信號。目前，許多發(fā)動機的曲軸和凸輪軸傳感器信號已不再是正弦波和方波等傳統(tǒng)信號，而是多種復雜波形信號。為了能夠提供這種信號，本文研究并設計了一種能夠產(chǎn)生復雜波形的低成本任意波形發(fā)生器(Arbitrary Waveform Generator-AWG)。 本文提出的任意波形發(fā)生器依據(jù)直接數(shù)字頻率合成(Direct Digial FrequencySynthesis-DDFS)原理，采用自行設計現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的方案實現(xiàn)頻率合成，擴展數(shù)據(jù)存儲器存儲波形的量化幅值(波形數(shù)據(jù))，在微控制單元(MCU)的控制與協(xié)調下輸出頻率和相位均可調的信號。 任意波形發(fā)生器主要由用戶控制界面、DDFS模塊、放大及濾波、微控制器系統(tǒng)和電源模塊五部分組成。在設計中采用FPGA芯片EPF10K10QC208-4實現(xiàn)DDFS的硬件算法。波形調整及濾波由兩級放大電路來完成：第一級對D/A輸出信號進行調整；第二級完成信號濾波及信號幅值和偏移量的調節(jié)。電源模塊利用三端集成穩(wěn)壓器進行電壓值變換，利用極性轉換芯片ICL7660實現(xiàn)正負極性轉換。 該任意波形發(fā)生器與通用模擬信號源相比具有：輸出頻率誤差小，分辨率高，可產(chǎn)生任意波形，成本低，體積小，使用方便，工作穩(wěn)定等優(yōu)點，十分適合汽車維修行業(yè)使用，具有較好的市場前景。
標簽： FPGA 任意波形發(fā)生器
上傳時間： 2013-04-24
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視頻運動目標檢測是數(shù)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(xiàn)可靠、快速的運動目標檢測系統(tǒng)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(tǒng)的軟硬件設計方法及其實現(xiàn)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(yōu)缺點；然后對運動目標檢測系統(tǒng)的硬件設計制定了詳細的方案，為系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了穩(wěn)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(tǒng)的FPGA硬件實現(xiàn)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(tǒng)任務，最終開發(fā)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(tǒng)。采用FPGA實現(xiàn)系統(tǒng)設計，可提高系統(tǒng)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(tǒng)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(shù)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(xiàn)代雷達系統(tǒng)的重要部件。現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)有的研究基礎上提出了一種便于工程實現(xiàn)的設計方法，給出了基于現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array FPGA)實現(xiàn)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(xiàn)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(shù)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(xiàn)DRFM的控制器和多路采樣數(shù)據(jù)緩沖器，采用硬件描述語言(Very High Speed}lardware Description Language VHDL)實現(xiàn)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(tǒng)的功耗，提高了系統(tǒng)工作的可靠性。本文最后對采用的數(shù)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(tǒng)與基于專用FIFO存儲器的DRFM相比，具有更高的性能指標和優(yōu)越性。
上傳時間： 2013-06-01
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隨著現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流量迅速增長，傳統(tǒng)的路由器已經(jīng)無法滿足網(wǎng)絡的交換和路由需求。當前，新一代路由器普遍利用了交換式路由技術，通過使用交換背板以充分利用公共通信鏈路，有效的提高了鏈路的利用率，并使各通信節(jié)點的并行通信成為可能。硬件系統(tǒng)設計中結合了專用網(wǎng)絡處理器，可編程器件各自的特點，采用了基于ASIC，F(xiàn)PGA，CPLD硬件結構模塊化的設計方法。基于ASIC技術體系的GSR的出現(xiàn)，使得路由器的性能大大提高。但是，這種路由器主要滿足數(shù)據(jù)業(yè)務(文字，圖象)的傳送要求，不能解決全業(yè)務(語音，數(shù)據(jù)，視頻)數(shù)據(jù)傳送的需要。隨著網(wǎng)絡規(guī)模的擴大，矛盾越來越突出，而基于網(wǎng)絡處理器技術的新一代路由器，從理論上提出了解決GSR所存在問題的解決方案。 基于網(wǎng)絡路由器技術實現(xiàn)的路由器，采用交換FPGA芯片硬件實現(xiàn)的方式，對路由器內部各種單播、多播數(shù)據(jù)包進行路由轉發(fā)，實現(xiàn)網(wǎng)絡路由器與外部數(shù)據(jù)收發(fā)芯片的數(shù)據(jù)通信。本文主要針對路由器內部交換FPGA芯片數(shù)據(jù)轉發(fā)流程的特點，分析研究了傳統(tǒng)交換FPGA所采用的交換算法，針對簡單FIFO算法所產(chǎn)生的線頭阻塞現(xiàn)象，結合虛擬輸出隊列(VOQ)機制及隊列仲裁算法(RRM)的特點，并根據(jù)實際設計中各外圍接口芯片，給出了一種消除數(shù)據(jù)轉發(fā)過程中出現(xiàn)的線頭阻塞的iSLIP改進算法。針對實際網(wǎng)絡單播、多播數(shù)據(jù)包在數(shù)據(jù)轉發(fā)處理過程的不同，給出了實際的解決方案。并對FPGA外部SSRAM包緩存帶寬的利用，數(shù)據(jù)轉發(fā)的包亂序現(xiàn)象及FPGA內部環(huán)回數(shù)據(jù)包的處理流程作了分析并提出了解決方案，有效的提高了路由器數(shù)據(jù)交換性能。 根據(jù)設計方案所采用的算法的實現(xiàn)方式，結合FPGA內部部分關鍵模塊的功能特點及性能要求，給出了交換FPGA內部可用BlockRam資源合理的分配方案及部分模塊的設計實現(xiàn)，滿足了實際的設計要求。所有處理模塊均在xilinx公司的FPGA芯片中實現(xiàn)。
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(wǎng)中的諧波污染日益嚴重。為了保證電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行，保證電氣設備和用電人員的安全，治理電磁環(huán)境污染、維護綠色環(huán)境，研究實時、準確的電力諧波分析系統(tǒng)，對電網(wǎng)中的諧波進行實時檢測、分析和監(jiān)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(tǒng)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(tǒng)實時性越來越高的要求。另外，單片機的地址線和數(shù)據(jù)線位數(shù)較少，這使得由單片機構成的電力諧波分析系統(tǒng)外圍電路龐大，系統(tǒng)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(chǎn)生，危害及國內外研究現(xiàn)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(tǒng)的特點，并分析比較了傳統(tǒng)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(fā)展過程、主要工藝發(fā)展及目前的應用情況。 然后，對整個諧波處理器系統(tǒng)的框架及結構進行描述，包括系統(tǒng)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(tǒng)外圍硬件電路、FFTIP核設計和SOPC系統(tǒng)的組建，進行詳細的分析與設計。系統(tǒng)采用NiosⅡ處理器核和FFT運算協(xié)處理器相結合的結構。FFT運算用專門的FFT運算協(xié)處理器核完成，使得系統(tǒng)克服的單片機系統(tǒng)實時性差和速度慢的缺點。FFTIP核采用現(xiàn)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(tǒng)簡單、占用硬件資源少和高運算精度的優(yōu)點。諧波分析儀系統(tǒng)組建采用SOPC系統(tǒng)。SOPC系統(tǒng)具有可對硬件剪裁和添加的特點，使得系統(tǒng)的更簡單，應用面更廣，專用性更強的優(yōu)點。最后，給出了對系統(tǒng)中各模塊進行仿真及系統(tǒng)生成的結果。
上傳時間： 2013-04-24
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傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)采用的大多是專用的封閉式結構，它能提供給用戶的選擇有限，用戶無法對現(xiàn)有數(shù)控設備的功能進行修改以滿足自己的特殊要求；各種廠商提供給用戶的操作方式各不相同，用戶在培訓人員、設備維護等方面要投入大量的時間和資金。這些問題嚴重阻礙了CNC制造商、系統(tǒng)集成者和用戶采用快速而有創(chuàng)造性的方法解決當今制造環(huán)境中數(shù)控加工和系統(tǒng)集成中的問題。隨著電子技術和計算機技術的高速發(fā)展，數(shù)控技術正朝向柔性化、智能化和網(wǎng)絡化的方向發(fā)展。針對數(shù)控系統(tǒng)已存在的問題和未來發(fā)展的趨勢，本文致力于建立一個適合現(xiàn)場加工特征的開放結構數(shù)控平臺，使系統(tǒng)具備軟硬件可重構的柔性特征，同時把監(jiān)控診斷和網(wǎng)絡模塊融入數(shù)控系統(tǒng)的框架體系之內，滿足智能化和網(wǎng)絡化的要求。 本文在深入研究嵌入式系統(tǒng)技術的基礎上，引入可重構的設計方法，選擇具體的硬件平臺和軟件平臺進行嵌入式可重構數(shù)控系統(tǒng)平臺的研發(fā)。硬件結構以MOTOROLA的高性能32位嵌入式處理器MC68F375和ALTERA的現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)芯片為核心，配以系統(tǒng)所需的外圍模塊；軟件系統(tǒng)以性能卓越的VxWorks嵌入式實時操作系統(tǒng)為核心，開發(fā)所需要的應用軟件，將VxWorks嵌入式實時操作系統(tǒng)擴展為一個完整、實用的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅具有可靠性高、穩(wěn)定性好、功能強的優(yōu)點，而且具有良好的可移植性和軟硬件可裁減性，便于根據(jù)實際需求進行功能的擴展和重構。 本論文的主要研究工作如下： (1)深入研究了以高性能微處理器MC68F375為核心的主控制板的硬件電路設計，以及存儲、采集、通訊和網(wǎng)絡等模塊的設計。 (2)深入研究了基于FPGA的串行配置方法和可重構設計方法，設計出基于FPGA的電機運動控制、機床IO控制、鍵盤陣列和液晶顯示控制等接口模塊電路。 (3)深入研究了VxWorks嵌入式實時操作系統(tǒng)在硬件平臺上的移植和任務調度原理，合理分配控制系統(tǒng)的管理任務，開發(fā)系統(tǒng)的底層驅動程序和應用程序。 最后，本文總結了系統(tǒng)的開發(fā)工作，并對嵌入式可重構數(shù)控系統(tǒng)的進一步研究提出了自己的一些想法，以指引后續(xù)研究工作。
標簽： 嵌入式 可重構 數(shù)控系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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8051系列是至今為止最成功的單片機之一，在FPGA平臺上研究帶硬件浮點運算器的8051是對其在SoC及專用化的方向上的一次邁進。文章首先介紹了8051的基本架構，包括硬件模塊、指令系統(tǒng)、內存分配以及基本外設。然后講解了在設計8051時如何劃分模塊，每個模塊的功能與設計，同時也介紹了如何設計流水線來加速8051的處理速度。對于浮點運算器，文章介紹了IEEE浮點數(shù)的表示方法，包括各種特殊值的表示方法以及作用。在探討浮點運算器設計的時候首先是給出了模塊的劃分及其實現(xiàn)的功能，然后以生動的實例介紹了加減乘除四種浮點運算的算法。在介紹完8051與浮點運算器設計以后，文章介紹了如何將浮點運算器集成到8051上，包括硬件上的數(shù)據(jù)線接口和控制線接口，以及軟件中如何運用硬件浮點運算器。最后文章給出了此設計在ModelSim上的仿真結果以及在CyclonelIFPGA芯片上的驗證過程，可以清楚地看到，與KeilC51軟件庫的浮點運算相比，加法運算從186個時鐘周期減少到4個時鐘周期，減法運算從200個時鐘周期減少到4個時鐘周期，乘法運算從241個時鐘周期減少到4個時鐘周期，而除法則由原來的¨lO個時鐘周期減少到4個時鐘周期，可見硬件浮點運算器使8051在運算能力上有了質的提高。 筆者也在“Google”和“百度”搜索引擎上，以及“維普數(shù)據(jù)論文網(wǎng)’’上搜索過，都沒有發(fā)現(xiàn)有類似的設計，帶硬件浮點運算器的8051可謂是一次創(chuàng)新，希望在實際應用中能有用武之地。
上傳時間： 2013-04-24
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