伴隨高速DSP技術(shù)的廣泛應(yīng)用，實時快速可靠地進行數(shù)字信號處理成為用戶追求的目標(biāo)。同時，由于可編程器件在速度和集成度方面的飛速提高，使得利用硬件實現(xiàn)數(shù)字信號實時快速可靠處理有了新的途徑。 FIR濾波器是數(shù)字信號處理中常用部件，它的最大優(yōu)點在于：設(shè)計任何幅頻特性時，可以具有嚴(yán)格的線性相位，這一點對數(shù)字信號的實時處理非常關(guān)鍵。 FPGA是常用的可編程器件，它所具有的查找表結(jié)構(gòu)非常適用于實現(xiàn)實時快速可靠的FIR濾波器，在加上VHDL語言靈活的描述方法以及與硬件無關(guān)的特點，使得使用VHDL語言基于FPGA芯片實現(xiàn)FIR濾波器成為研究的方向。 本文對基于FPGA的FIR數(shù)字濾波器實現(xiàn)進行了研究，并設(shè)計了一個16階的FIR低通濾波器。所做的主要工作為： 1.以FIR數(shù)字濾波器的基本理論為依據(jù)，使用分布式算法作為濾波器的硬件實現(xiàn)算法，并對其進行了詳細的討論。針對分布式算法中查找表規(guī)模過大的缺點，采用多塊查找表的方式減小硬件規(guī)模。 2.在設(shè)計中采用了自頂向下的層次化、模塊化的設(shè)計思想，將整個濾波器劃分為多個模塊，利用VHDL語言的描述方法進行了各個功能模塊的設(shè)計，最終完成了FIR數(shù)字濾波器的系統(tǒng)設(shè)計。 3.采用FLEX10K系列器件實現(xiàn)一個16階的FIR低通濾波器的設(shè)計實例，用MAX+PLUSII軟件進行了仿真，并用MATLAB對仿真結(jié)果進行了分析，證明所設(shè)計的FIR數(shù)字濾波器功能正確。 仿真結(jié)果表明，本論文所設(shè)計的FIR濾波器硬件規(guī)模較小，采樣率達到了17.73MHz。同時只要將查找表進行相應(yīng)的改動，就能分別實現(xiàn)低通、高通、帶通FIR濾波器，體現(xiàn)了設(shè)計的靈活性。
上傳時間： 2013-04-24
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建立在數(shù)據(jù)率轉(zhuǎn)換技術(shù)之上的寬帶數(shù)字偵察接收機要求能夠?qū)崿F(xiàn)高截獲概率、高靈敏度、近乎實時的信號處理能力。雙信號數(shù)據(jù)率轉(zhuǎn)換技術(shù)是寬帶數(shù)字偵察接收機關(guān)鍵技術(shù)之一，是解決寬帶數(shù)字接收機中前端高速ADC采樣的高速數(shù)據(jù)流與后端DSP處理速度之間瓶頸問題的可行方案。測頻技術(shù)以及帶通濾波，即寬帶數(shù)字下變頻技術(shù)，是實現(xiàn)數(shù)據(jù)率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。本文首先介紹了寬帶數(shù)字偵察接收關(guān)鍵技術(shù)之一的數(shù)據(jù)率轉(zhuǎn)換技術(shù)，著重研究了快速、高精度雙信號測頻算法以及實驗系統(tǒng)硬件實現(xiàn)。論文主要工作如下： (1)分析了現(xiàn)代電子偵察環(huán)境下的信號特征，指出寬帶數(shù)字接收機必須滿足寬監(jiān)視帶寬、流水作業(yè)以及近實時的響應(yīng)時間。給出了一種頻率引導(dǎo)式的數(shù)字接收機方案，簡要介紹這種接收機的關(guān)鍵技術(shù)——快速、高精度頻率估計以及高效的數(shù)據(jù)率轉(zhuǎn)換。 (2)介紹了FFT技術(shù)在測頻算法中的應(yīng)用，比較了FFT專用芯片及其優(yōu)點和缺點，指出為了滿足實時處理要求，必須選用FPGA設(shè)計FFT模塊。 (3)在分析常規(guī)的插值算法基礎(chǔ)上，提出了一種單信號的快速插值頻率估計方法，只需三個FFT變換系數(shù)的實部構(gòu)造頻率修正項，計算量低。該方法具有精度高、測頻速率快的特點。 (4)基于DFT理論和自相關(guān)理論，提出了結(jié)合FFT和自相關(guān)的雙信號頻率估計算法。該方法先用DFT估計其中一個信號的頻率和幅度，以此頻率對信號解調(diào)并對消該頻率成分，最后利用自相關(guān)理論估計出另一個信號的頻率。 (5)基于DFT理論和FFT技術(shù)，研究了信號平方與FFT結(jié)合的雙信號頻率估計算法。根據(jù)信號中兩頻率分量的幅度比，只需一次一維平方信號譜峰搜索，就可以得到雙信號的和頻與差頻分量的估計值，并利用插值技術(shù)提高測頻精度。該算法能夠精確地估計頻率間隔小的雙信號頻率，且容易地擴展到復(fù)信號，F(xiàn)PGA硬件實現(xiàn)容易。 (6)基于現(xiàn)代譜分析理論，研究了基于AR(2)模型的雙信號頻率估計算法。方法在利用AR(2)模型系數(shù)估計雙正弦信號頻率之和的同時，利用FFT快速測頻算法估計其中強信號分量的頻率值。算法仿真驗證和性能分析表明了提出的算法能快速高精度地估計雙信號頻率。 (7)給出了基于頻譜重心算法的雷達雙信號頻率估計的FPGA硬件實現(xiàn)架構(gòu)，并進行了時序仿真。 (8)討論了雙信號帶寬匹配接收系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案，給出了快速測頻及帶寬估計模塊設(shè)計。
上傳時間： 2013-06-02
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本文將電路接口技術(shù)與硬件可編程技術(shù)相結(jié)合，提出了用可編程芯片來控制IDE硬盤進行高速數(shù)據(jù)記錄，能夠滿足機載數(shù)據(jù)記錄設(shè)備重量輕、容量大、速度快的要求。 論文對硬盤ATA接口標(biāo)準(zhǔn)進行了研究，對VHDL語言、現(xiàn)場可編程門陣列器件(FPGA)實現(xiàn)硬件電路的原理和方法進行了深入分析，在此基礎(chǔ)上完成了基于FPGA的數(shù)據(jù)記錄控制器的設(shè)計。文中選擇了具有低功耗、低成本、高性能的FPGA芯片(型號為CycloneEP1C3T144C8)，將各功能模塊級聯(lián)成系統(tǒng)在該芯片上完成了控制器系統(tǒng)級的設(shè)計與仿真驗證，驗證結(jié)果表明了用FPGA實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)記錄控制器的可行性。所設(shè)計的VHDL代碼經(jīng)QuartusⅡ綜合、布局布線、管腳分配后，在FPGA內(nèi)部可以達到104.46Mhz的電路工作速度，F(xiàn)PGA與硬盤之間采用ATA接口的UltraDMA模式2傳輸方式，可以達到33.3MByte/s的突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率。文中對所用到的FPGA設(shè)計技術(shù)給予了詳細說明，對各功能模塊的設(shè)計給予了詳細闡述，對關(guān)鍵設(shè)計給出了VHDL源代碼，還討論了FPGA設(shè)計中時序約束的作用，給出了本文所做時序約束的方法。 本文中所論述的工作對以后機載數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的設(shè)計具有重要的鋪墊作用。文中在總結(jié)所做工作的同時，還對下一步工作提出了有益的建議。
標(biāo)簽： FPGA 機載 高速數(shù)據(jù) 記錄系統(tǒng)
上傳時間： 2013-08-05
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本文對于全并行Viterbi譯碼器的設(shè)計及其FPGA實現(xiàn)方案進行了研究，并最終將用FPGA實現(xiàn)的譯碼器嵌入到某數(shù)字通信系統(tǒng)之中。 首先介紹了卷積碼及Viterbi譯碼算法的基本原理，并對卷積碼的糾錯性能進行了理論分析。接著介紹了Viterbi譯碼器各個模塊實現(xiàn)的一些經(jīng)典算法，對這些算法的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化并利用FPGA實現(xiàn)，而后在QuartusⅡ平臺上對各模塊的實現(xiàn)進行仿真以及在Matlab平臺上對結(jié)果進行驗證。最后給出Viterbi譯碼模塊應(yīng)用在實際系統(tǒng)上的誤碼率測試性能結(jié)果。 測試結(jié)果表明，系統(tǒng)的誤碼率達到了工程標(biāo)準(zhǔn)的要求，從而驗證了譯碼器設(shè)計的可靠性，同時所設(shè)計的基于FPGA實現(xiàn)的全并行Viterbi譯碼器適用于高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用場合。
上傳時間： 2013-07-30
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本文首先對目前使用比較多的幾種擴頻調(diào)制方式：BPSK調(diào)制方式、QPSK調(diào)制方式、CCK調(diào)制方式、MBOK調(diào)制方式進行了介紹，并從誤碼率、處理增益、頻帶利用率等方面對它們進行了比較，重點討論了MBOK調(diào)制方式的優(yōu)越性能。然后研究了MBOK調(diào)制方式的擴頻和解擴方案，包括高速數(shù)據(jù)進行串并轉(zhuǎn)換、擴頻、偽碼同步、解擴等。最后，以Altera公司的MAXPLUSⅡ開發(fā)系統(tǒng)為平臺，對系統(tǒng)的各個部分進行了模塊化設(shè)計，并進行了軟件仿真，仿真結(jié)果表明，設(shè)計達到了預(yù)定的要求。
標(biāo)簽： MBOK FPGA 擴頻 實現(xiàn)研究
上傳時間： 2013-05-15
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數(shù)字式π/4-DQPSK是一種線性窄帶調(diào)制技術(shù)，具有頻譜利用率高、頻譜特性好、抗衰落性能強、可用非相干解調(diào)等突出特點。在移動通信、衛(wèi)星通信中得到廣泛應(yīng)用。 本文介紹了π/4-DQPSK調(diào)制解調(diào)的基本原理和各個模塊的設(shè)計實現(xiàn)；完成了調(diào)制解調(diào)算法的Matlab仿真設(shè)計；采用VHDL硬件描述語言在Xilinx公司的ISE5.2開發(fā)環(huán)境下設(shè)計實現(xiàn)各個模塊，通過了時序仿真，實現(xiàn)了正確解調(diào)；分析了在實現(xiàn)過程中，采用1bit差分檢測了誤碼率。文章由推出的誤碼率表達式得到靜態(tài)高斯噪聲下，信噪比為16dB時誤碼率可達10-8。用Protel99SE進行PCB板設(shè)計，完成程序下載進FPGA芯片以及電路調(diào)試，其輸入符號速率200kbps，調(diào)制中頻455kHz。測試結(jié)果驗證了程序的正確，實現(xiàn)了π/4-DQPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)完成預(yù)定的目標(biāo)。
標(biāo)簽： DQPSK FPGA 數(shù)字式 調(diào)制解調(diào)
上傳時間： 2013-04-24
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電力系統(tǒng)自誕生以來，就孿生了電力系統(tǒng)諧波，隨著電子裝置的廣泛應(yīng)用，諧波問題變得日益嚴(yán)重，電力諧波已經(jīng)成為電力系統(tǒng)的公害。諧波檢測是諧波研究中的一個重要的分支，是解決其他相關(guān)諧波問題的基礎(chǔ)，因此進行諧波檢測的研究具有重要的理論意義和實用價值。 本論文主要是從諧波檢測理論和實現(xiàn)方法上探討了高精度、高實時性諧波檢測數(shù)字系統(tǒng)的相關(guān)問題。 論文中闡述了電力系統(tǒng)諧波的相關(guān)概念和產(chǎn)生原理，并分析了電力諧波的特點。在檢測理論上，本文采用FFT理論來計算諧波含量，研究了Radix-2FFT在諧波檢測中的應(yīng)用，描述了FFT分析過程中的頻譜泄漏現(xiàn)象，并從理論上研究了頻譜泄漏的根源。 為了解決頻譜泄漏問題，本文提出了采用鎖相倍頻技術(shù)方法，跟蹤電力系統(tǒng)工頻頻率變化，從而有效減少頻譜泄漏。在諧波檢測中，F(xiàn)FT運算量很大、對速度和精度要求苛刻，本文探討了應(yīng)用FPGA實現(xiàn)FFT信號處理的方法。
標(biāo)簽： FPGA 電力系統(tǒng) 諧波檢測
上傳時間： 2013-06-17
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在衛(wèi)星遙感設(shè)備中，隨著遙感技術(shù)的發(fā)展和對傳輸式觀測衛(wèi)星遙感圖像質(zhì)量要求的不斷提高，航天遙感圖像的分辨率和采樣率也越來越高，由此引起高分辨率遙感圖像數(shù)據(jù)存儲量和傳輸數(shù)據(jù)量的急劇增長，然而衛(wèi)星信道帶寬有限。為了盡量保持高分辨率遙感圖像所具有的信息，必須解決輸入數(shù)據(jù)碼率和傳輸信道帶寬之間的矛盾。所以星載高分辨率遙感圖像數(shù)據(jù)的高保真、實時、大壓縮比壓縮技術(shù)就成了解決這一矛盾的關(guān)鍵技術(shù)。FPGA器件為實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮提供了一種壓縮算法的硬件實現(xiàn)的一個理想的平臺。FPGA器件集成度高，體積小，通過用戶編程實現(xiàn)專門應(yīng)用的功能。它允許電路設(shè)計者利用基于計算機的開發(fā)平臺，經(jīng)過設(shè)計輸入，仿真，測試和校驗，直到達到預(yù)期的結(jié)果，減少了開發(fā)周期。小波變換能夠適應(yīng)現(xiàn)代圖像壓縮所需要的如多分辨率、多層質(zhì)量控制等要求，在較大壓縮比下，小波圖像壓縮質(zhì)量明顯好于DCT變換，因此小波變換成為新一代壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEG2000的核心算法。同時，小波變換的提升算法結(jié)構(gòu)簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)快速算法，有利于硬件實現(xiàn)，因此提升小波變換對于采用FPGA或ASIC來實現(xiàn)圖像變換來說是很好的選擇。本文針對衛(wèi)星遙感圖像的數(shù)據(jù)流，主要研究可以對衛(wèi)星圖像進行實時二維小波變換的方案。針對提升小波變換的VLSI結(jié)構(gòu)和FPGA設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)，從邊界延拓、濾波器結(jié)構(gòu)、整數(shù)小波、定點運算、原位運算等方面進行了研究和討論，并且完成了針對衛(wèi)星遙感圖像的分塊二維9/7提升小波變換的FPGA實現(xiàn)。采用VerIlog語言對設(shè)計進行了仿真驗證，并將仿真結(jié)果同matlab仿真結(jié)果進行了比較，比較結(jié)果表明該方案能實現(xiàn)對衛(wèi)星遙感圖像數(shù)據(jù)流的二維提升小波變換的功能。同時QuartusII綜合結(jié)果也表明，系統(tǒng)時鐘能夠工作在很高的頻率，可以滿足高速實時對衛(wèi)星圖像的小波變換處理。
上傳時間： 2013-06-15
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數(shù)字超聲診斷設(shè)備在臨床診斷中應(yīng)用十分廣泛，研制全數(shù)字化的醫(yī)療儀器已成為趨勢。盡管很多超聲成像儀器設(shè)計制造中使用了數(shù)字化技術(shù)，但是我們可以說現(xiàn)代VLSI 和EDA 技術(shù)在其中并沒有得到充分有效的應(yīng)用。隨著現(xiàn)代電子信息技術(shù)的發(fā)展，PLD 在很多與B 型超聲成像或多普勒超聲成像有關(guān)的領(lǐng)域都得到了較好的應(yīng)用，例如數(shù)字通信和相控雷達領(lǐng)域。 在研究現(xiàn)代超聲成像原理的基礎(chǔ)上，我們首先介紹了常見的數(shù)字超聲成像儀器的基本結(jié)構(gòu)和模塊功能，同時也介紹了現(xiàn)代FPGA 和EDA 技術(shù)。隨后我們詳細分析討論了B 超中，全數(shù)字化波束合成器的關(guān)鍵技術(shù)和實現(xiàn)手段。我們設(shè)計實現(xiàn)了片內(nèi)高速異步FIFO 以降低采樣率，仿真結(jié)果表明資源使用合理且訪問時間很小。正交檢波方法既能給出灰度超聲成像所需要的回波的幅值信息，也能給出多普勒超聲成像所需要的回波的相移信息。我們設(shè)計實現(xiàn)了基于直接數(shù)字頻率合成原理的數(shù)控振蕩器，能夠給出一對幅值和相位較平衡的正交信號，且在FPGA 片內(nèi)實現(xiàn)方案簡單廉價。數(shù)控振蕩器輸出波形的頻率可動態(tài)控制且精度較高，對于隨著超聲在人體組織深度上的穿透衰減，導(dǎo)致回波中心頻率下移的聲學(xué)物理現(xiàn)象，可視作將回波接收機的中心頻率同步動態(tài)變化進行補償。 還設(shè)計實現(xiàn)了B 型數(shù)字超聲診斷儀前端發(fā)射波束聚焦和掃描控制子系統(tǒng)。在單片F(xiàn)PGA 芯片內(nèi)部設(shè)計實現(xiàn)了聚焦延時、脈寬和重復(fù)頻率可動態(tài)控制的發(fā)射驅(qū)動脈沖產(chǎn)生器、線掃控制、探頭激勵控制、功能碼存儲等功能模塊，功能仿真和時序分析結(jié)果表明該子系統(tǒng)為設(shè)計實現(xiàn)高速度、高精度、高集成度的全數(shù)字化超聲診斷設(shè)備打下了良好的基礎(chǔ)，將加快其研發(fā)和制造進程，為生物醫(yī)學(xué)電子、醫(yī)療設(shè)備和超聲診斷等方面帶來新思路。
標(biāo)簽： FPGA 全數(shù)字 中的應(yīng)用 超聲診斷儀
上傳時間： 2013-06-18
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隨著圖像處理和模式識別技術(shù)的進步，基于生物特征的識別技術(shù)成為蓬勃發(fā)展的高技術(shù)之一，根據(jù)IBG(InternationalBiometricGroup)組織對生物特征市場的統(tǒng)計和預(yù)測，該領(lǐng)域的收入的年增長率30-50％，到2008年，全球總收入將達到46.39億美元。而基于指紋特征的識別技術(shù)由于其獨特的可靠性，穩(wěn)定性，方便快捷的特點，恰好符合了市場的需求。目前指紋識別技術(shù)是生物識別領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的識別技術(shù)，也是研究與應(yīng)用的一個熱點。 SOPC片上可編程系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)是當(dāng)前電子設(shè)計領(lǐng)域中最熱門的概念。NiosⅡ是Altera公司開發(fā)的一種采用流水線技術(shù)、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入FPGA內(nèi)部，與用戶自定義邏輯結(jié)合構(gòu)成一個基于FPGA的片上系統(tǒng)。與嵌入式硬核相比較，嵌入式軟核具有更大的靈活性。而FPGA的高速性、恰恰滿足了指紋識別系統(tǒng)對速度的要求。 本文對指紋識別技術(shù)中各個環(huán)節(jié)的算法進行了較為深入的研究，結(jié)合NiosⅡ嵌入式處理器的特點，對算法進行了合理的選擇與優(yōu)化，形成了一套完整的指紋識別算法，并提出了一種基于FPGA的指紋識別系統(tǒng)硬件設(shè)計方案。 論文的內(nèi)容主要包括以下幾個方面： 1、對指紋圖像預(yù)處理、后處理和匹配算法進行了改進，提高了算法的性能；設(shè)計了一種適用于快速匹配的指紋特征數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；提出了一套基于特征點匹配的指紋識別算法。實驗結(jié)果表明該算法速度快、誤識率較低、可靠性較高，可以滿足實用的要求。 2、本著增加系統(tǒng)集成度、減小系統(tǒng)體積、提高便攜性、降低功耗和成本，同時提升系統(tǒng)的性能的原則，使用Altera公司提供的外圍設(shè)備IP核配合NiosⅡ處理器軟核搭建了一個單片嵌入式系統(tǒng)，然后以內(nèi)嵌NiosⅡ軟核的FPGA和FPS200指紋采集器為核心芯片，外配片外RAM和Flash存儲器以及小鍵盤和LCD顯示屏等器件，設(shè)計了一個便攜式指紋識別系統(tǒng)，提出了一套基于FPGA的硬件設(shè)計方案。 3、利用NiosⅡ開發(fā)板對硬件設(shè)計方案進行了初步的驗證，實現(xiàn)了指紋采集芯片F(xiàn)PS200與FPGA的接口，并進行了算法的移植。 實驗結(jié)果表明本文所提出的系統(tǒng)設(shè)計方案是可行的。基于FPGA的自動指紋識別系統(tǒng)在速度、功耗、體積、擴展性方面有著獨特的優(yōu)勢，具有廣闊的發(fā)展空間。最后提出了對這一設(shè)計繼續(xù)改進的思路和下一步研究的內(nèi)容。
標(biāo)簽： FPGA 指紋識別 法的研究 硬件實現(xiàn)
上傳時間： 2013-06-07
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