現場可編程門陣列(FPGA，Field Programmable Gate Array)是可編程邏輯器件的一種，它的出現是隨著微電子技術的發展，設計與制造集成電路的任務已不完全由半導體廠商來獨立承擔。系統設計師們更愿意自己設計專用集成電路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)．芯片，而且希望ASIC的設計周期盡可能短，最好是在實驗室里就能設計出合適的ASIC芯片，并且立即投入實際應用之中。現在，FPGA已廣泛地運用于通信領域、消費類電子和車用電子。 本文中涉及的I/O端口模塊是FPGA中最主要的幾個大模塊之一，它的主要作用是提供封裝引腳到CLB之間的接口，將外部信號引入FPGA內部進行邏輯功能的實現并把結果輸出給外部電路，并且根據需要可以進行配置來支持多種不同的接口標準。FPGA允許使用者通過不同編程來配置實現各種邏輯功能，在IO端口中它可以通過選擇配置方式來兼容不同信號標準的I/O緩沖器電路。總體而言，可選的I/O資源的特性包括：IO標準的選擇、輸出驅動能力的編程控制、擺率選擇、輸入延遲和維持時間控制等。 本文是關于FPGA中多標準兼容可編程輸入輸出電路(Input/Output Block)的設計和實現，該課題是成都華微電子系統有限公司FPGA大項目中的一子項，目的為在更新的工藝水平上設計出能夠兼容單端標準的I/O電路模塊；同時針對以前設計的I/O模塊不支持雙端標準的缺點，要求新的電路模塊中擴展出雙端標準的部分。文中以低壓雙端差分標準(LVDS)為代表構建雙端標準收發轉換電路，與單端標準比較，LVDS具有很多優點： (1)LVDS傳輸的信號擺幅小，從而功耗低，一般差分線上電流不超過4mA，負載阻抗為100Ω。這一特征使它適合做并行數據傳輸。 (2)LVDS信號擺幅小，從而使得該結構可以在2.5V的低電壓下工作。 (3)LVDS輸入單端信號電壓可以從0V到2.4V變化，單端信號擺幅為400mV，這樣允許輸入共模電壓從0.2V到2.2V范圍內變化，也就是說LVDS允許收發兩端地電勢有±1V的落差。 本文采用0.18μm1.8V/3.3V混合工藝，輔助Xilinx公司FPGA開發軟件ISE，設計完成了可以用于Virtex系列各低端型號FPGA的IOB結構，它有靈活的可配置性和出色的適應能力，能支持大量的I/O標準，其中包括單端標準，也包括雙端標準如LVDS等。它具有適應性的優點、可選的特性和考慮到被文件描述的硬件結構特征，這些特點可以改進和簡化系統級的設計，為最終的產品設計和生產打下基礎。設計中對包括20種IO標準在內的各電器參數按照用戶手冊描述進行仿真驗證，性能參數已達到預期標準。
上傳時間： 2013-05-15
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圖像顯示器是人類接受外部信息的重要手段之一。而立體顯示則能再現場景的三維信息，提供場景更為全面、詳實的信息，在醫學、軍事、娛樂具有廣泛的應用前景。而現有的3D立體顯示設備價格都比較貴，基于此，本人研究了基于SDRAM存儲器和FPGA處理器的3D頭盔顯示設備并且設計出硬件和軟件系統。該系統圖像效果好，并且價格成本便宜，從而具有更大的實用性。本文完成的主要工作有三點： 1.設計了基于FPGA處理器和SDRAM存儲器的3D頭盔顯示器。該方案有別于現有的基于MCU、DSP和其它處理芯片的方案。本方案能通過線性插值算法把1024×768的分辨率變成800×600的分辨率，并能實現120HZ圖像刷新率，采用SDRAM作為高速存儲器，并且采用乒乓操作，有別于其它的開關左右眼視頻實現立體圖像。在本方案中每時每刻都是左右眼視頻同時輸出，使得使用者感覺不到視頻圖像有任何閃爍，減輕眼睛疲勞。本方案還實現了圖像對比對度調節，液晶前照光調節(調節輸出脈沖的占空比)，立體圖像源自動識別，還有人性化的操作界面(OSD)功能。 2.完成了該系統的硬件平臺設計和軟件設計。從便攜性角度考慮，盡量減小PCB板面積，給出了它們詳細的硬件設計電路圖。完成了FPGA系統的設計，包括系統整體分析，各個模塊的實現原理和具體實現的方法。完成了單片機對AD9883的配置設計。 3.完成了本方案的各項測試和調試工作，主要包括：數據采集部分測試、數據存儲部分測試、FPGA器件工作狀態測試、以電腦顯示器作為顯示器的聯機調試和以HX7015A作為顯示器的聯機調試，并且最終調試通過，各項功能都滿足預期設計的要求。實驗和分析結果論證了系統設計的合理性和使用價值。 本文的研究與實現工作通過實驗和分析得到了驗證。結果表明，本文提出的由FPGA和SDRAM組成的3D頭盔顯示系統完全可以實現高質量的立體視覺效果，從而可以將該廉價的3D頭盔顯示系統用于我國現代化建設中所需要的領域。
上傳時間： 2013-07-16
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隨著我國國民經濟的高速發展，國內高速公路、城市道路、停車場建設越來越多，對交通控制、安全管理的要求也日益提高，智能交通系統( IntelligentTransportation Systems，簡稱ITS)已成為當前交通管理發展的主要方向，而車牌識別系統(License Plate Recognition System，簡稱LPRS)技術作為智能交通系統的核心，起著舉足輕重的作用，可以被廣泛地應用于高速公路自動收費(ElectronicToll Collection，簡稱ETC)、停車場安全管理、被盜車輛的追蹤、車流統計等。 目前，車牌識別系統大多都是基于PC平臺的，其優勢是實現容易，但是成本高、實時性不強、穩定性不高等缺點使其不能廣泛推廣。為了克服以上的缺點，且滿足識別速度和識別率的要求，本文在原有車牌識別硬件系統設計的基礎上做了一定的改進(原系統在圖像采集、接口通信、系統穩定、脫機工作等方面存在一定問題)，與團隊成員一起設計出了新的車牌識別硬件系統，采用單DSP+FPGA和雙DSP+FPGA雙板子的方式來共同實現(本人負責單DSP+FPGA的原理圖和PCB繪制，另一成員負責雙DSP+FPGA的原理圖和PCB繪制)。 本文所涉及的該車牌硬件系統，主要工作由以下幾個部分組成： 1.團隊共同完成了新車牌識別系統的硬件設計，采用兩個板子實現。其中，本人負責單DSP+FPGA板子繪制。 2.團隊一起完成了整個系統的硬件電路調試。主要分為如下模塊進行調試：電源，DSP，FPGA，SAA7113H視頻解碼器，LCD液晶顯示和UART接口等。 3.負責完成了整個系統的DSP應用程序設計。采用DSP/BIOS操作系統來構建系統的框架，添加了多個任務對象進行管理系統的調度；用CSL編寫了DSP上的底層驅動：完成了車牌識別算法在DSP上的移植與優化。 4.參與完成了部分FPGA程序的開發，主要包括圖像采集、存儲、傳輸幾個模塊等。 最終，本系統實現了高效、快速的車牌識別，各模塊工作穩定，能脫機實現圖像采集、傳輸、識別、結果輸出和顯示為一體化的功能；為以后進行高性能的車牌識別算法開發提供了一個很好的硬件平臺。
上傳時間： 2013-04-24
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當今，移動通信正處于向第四代通信系統發展的階段，OFDM技術作為第四代數字移動通信(4G)系統的關鍵技術之一，被包括LTE在內的眾多準4G協議所采用。IDFT/DFT作為OFDM系統中的關鍵功能模塊，其精度對基帶解調性能產生著重大的影響，尤其對LTE上行所采用的SC_FDMA更是如此。為了使定點化IDFT/DFT達到較好的性能，本文采用數字自動增益控制(DAGC)技術，以解決過大輸入信號動態范圍所造成的IDFT/DFT輸出信噪比(SNR)惡化問題。 首先，本文簡單介紹了較為成熟的AAGC(模擬AGC)技術，并重點關注近年來為了改善其性能而興起的數字化AGC技術，它們主要用于壓縮ADC輸入動態范圍以防止其飽和。針對基帶處理中具有累加特性的定點化IDFT/DFT技術，進一步分析了AAGC技術和基帶DAGC在實施對象，實現方法等上的異同點，指出了基帶DAGC的必要性。 其次，根據LTE協議，搭建了從調制到解調的基帶PUSCH處理鏈路，并針對基于DFT的信道估計方法的缺點，使用簡單的兩點替換實現了優化，通過高斯信道下的MATLAB仿真，證明其可以達到理想效果。仿真結果還表明，在不考慮同步問題的高斯信道下，本文所搭建的基帶處理鏈路，采用64QAM進行調制，也能達到在SNR高于17dB時，硬判譯碼結果為極低誤碼率(BER)的效果。 再次，在所搭建鏈路的基礎上，通過理論分析和MATLAB仿真，證明了包括時域和頻域DAGC在內的基帶DAGC具有穩定接收鏈路解調性能的作用。同時，通過對幾種DAGC算法的比較后，得到的一套適用于實現的基帶DAGC算法，可以使IDFT/DFT的輸出SNR處于最佳范圍，從而滿足LTE系統基帶解調的要求。針對時域和頻域DAGC的差異，分別選定移位和加法，以及查表的方式進行基帶DAGC算法的實現。 最后，本文對選定的基帶DAGC算法進行了FPGA設計，仿真、綜合和上板結果說明，時域和頻域DAGC實現方法占用資源較少，容易進行集成，能夠達到的最高工作頻率較高，完全滿足基帶處理的速率要求，可以流水處理每一個IQ數據，使之滿足基帶解調性能。
上傳時間： 2013-05-17
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無線傳感器網絡（Wireless Sensor Networks，WSN）是由大量傳感器節點組成，這些節點部署在監測區域內通過無線通信方式，形成的一個多跳自組織的網絡。整個網絡的作用是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域中監測對象的信息，并發送給觀察者，可廣泛應用于環境監測、醫療護理、軍事、商業等多個領域。 媒體訪問控制（Medium Access Control，MAC）協議處于無線傳感器網絡協議的物理層和路由層之間，用于在傳感器節點間公平有效地共享通信媒介，對傳感器網絡的性能有較大影響。與傳統無線網絡不同，提高能量效率和可擴展性是無線傳感器網絡MAC協議設計的主要目標。 本文主要闡述基于FPGA對IEEE802．15．4 MAC層功能的實現。首先介紹了無線傳感器網絡的體系結構、MAC協議的設計要求以及已有的MAC層協議，討論了無線傳感器網絡MAC層的主要要求和功能。然后詳細介紹和分析了IEEE802．15．4的MAC協議，并在此基礎上，通過NS2平臺對MAC層協議進行了仿真，研究不同網絡負荷下信道訪問機制的各個參數對吞吐量，丟包率，傳輸延時的影響，分析了隱蔽站問題、確認幀機制。 本文對MAC層中的主要功能，諸如數據收發、幀處理、信道接入方式以及幀檢驗等提出了基于FPGA的硬件解決方法。設計選用硬件描述語言VerilogHDL，在QuartusⅡ中完成模塊的綜合和布局布線，在QuartusⅡ和Modelsim中進行時序仿真驗證，最終下載到自主設計Altera公司的Cyclone開發板中。 對設計的驗證采取的是由里及外的方式，先對系統主模塊的功能進行驗證，然后下載到與CC2430開發板相連接的FPGA中對設計進行驗證測試。驗證流程是功能仿真、時序仿真和板級調試，最終通過測試，驗證了該設計的功能。測試結果表明，該模塊能滿足無線傳感器網絡低速率應用環境的需要，具有優良的擴展性能，達到了預期的設計目標。
上傳時間： 2013-06-14
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MPEG-2是MPEG組織在1994年為了高級工業標準的圖象質量以及更高的傳輸率所提出的視頻編碼標準，其優秀性使之成為過去十年應用最為廣泛的標準，也是未來十年影響力最為廣泛的標準之一。 本文以MPEG-2視頻標準為研究內容，建立系統級設計方案，設計FPGA原型芯片，并在FPGA系統中驗證視頻解碼芯片的功能。最后在0.18微米工藝下實現ASIC的前端設計。完成的主要工作包括以下幾個方面： 1.完成解碼系統的體系結構的設計，采用了自頂而下的設計方法，實現系統的功能單元的劃分；根據其視頻解碼的特點，確定解碼器的控制方式；把視頻數據分文幀內數據和幀間數據，實現兩種數據的并行解碼。 2.實現了具體模塊的設計：根據本文研究的要求，在比特流格式器模塊設計中提出了特有的解碼方式；在可變長模塊中的變長數據解碼采用組合邏輯外加查找表的方式實現，大大減少了變長數據解碼的時間；IQ、IDCT模塊采用流水的設計方法，減少數據計算的時間：運動補償模塊，針對模塊數據運算量大和訪問幀存儲器頻繁的特點，采用四個插值單元同時處理，增加像素緩沖器，充分利用并行性結構等方法來加快運動補償速度。 3.根據視頻解碼的參考軟件，通過解碼系統的仿真結果和軟件結果的比較來驗證模塊的功能正確性。最后用FPGA開發板實現了解碼系統的原型芯片驗證，取得了良好的解碼效果。 整個設計采用Verilog HDL語言描述，通過了現場可編程門陣列(FPGA)的原型驗證，并采用SIMC0.18μm工藝單元庫完成了該電路的邏輯綜合。經過實際視頻碼流測試，本文設計可以達到MPEG-2視頻主類主級的實時解碼的技術要求。
上傳時間： 2013-07-27
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隨著數碼技術的不斷發展，數字圖像處理的應用領域不斷擴大，其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)的特點使其非常適用于進行一些基于像素級的圖像處理。 傳統的圖像顯示系統必須連接到PC才能觀察圖像視頻，存在著高速實時性、穩定性問題。本設計脫離高清晰工業相機必須與PC連接才可以觀看到高清晰圖像的束縛，實現系統的小型化。針對130萬像素彩色1/2英寸鎂光CMOS圖像傳感器，提出用硬件實現Bayer格式到RGB格式轉換的設計方案，完成由黑白圖像到高清彩色圖像的轉換，用SDRAM作緩存，輸出標準VGA信號，可直接連接VGA顯示器、投影儀等設備進行實時的視頻圖像觀看，與模擬相機740X576分辨率(480線)圖像相比，設計圖像畫質相當于1280X1024分辨率(750線)，最高幀率25fps，整個結構應用FPGA作為主控制器，用少量的緩存代替傳統的大容量存儲，加快了運算速率，減小了電路規模，滿足圖像實時處理的要求，使展現出來的視頻圖像得到質的飛躍。可以廣泛應用于工業控制和遠程監控等領域。 論文研究的重點是采用altera公司EP2C芯片前端驅動CMOS圖像傳感器，實時采集Bayer圖像象素，分析研究CFA圖像插值算法，實現了基于FPGA的實時線性插值算法，能夠對輸入是每像素8bit、分辨率為1280×1204的Bayer模式圖像數據進行實時重構，輸出彩色RGB圖像。由端口FIFO作為數據緩沖，存儲一幀圖像到高速SDRAM，構建VGA顯示控制器，實現對輸入是每像素24bit(RGB101010)、分辨率為640×480、幀頻25HZ彩色圖像進行實時顯示。 整個模塊結構包括電源模塊單元等、CMOS成像單元、FPGA數據處理單元、SDRAM控制單元、VGA顯示接口單元。 最后，對系統進行了調試。經實驗驗證，系統達到了實時性，能正確和可靠的工作。整個設計模塊能夠滿足高幀率和高清晰的實時圖像處理，占用系統資源很少，用較少的時間完成了圖像數據的轉換，提高了效率。
上傳時間： 2013-06-08
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由于移動環境的復雜性，無線信號在發送傳輸和接收過程中有很明顯的衰落現象，特別是在高頻無線通信中，多徑衰落或頻率選擇性衰落對無線信號的干擾最為嚴重。通過分集接收技術，Rake接收機在CDMA移動通信系統中抗多徑衰落效果尤為明顯。作為一種新穎的多址接入方式，多載波CDMA充分利用了OFDM最優頻率利用率以及CDMA的多址和頻率分集，且系統容量和抗符號間干擾性能明顯優于傳統的單載波CDMA。這些特性使得多載波CDMA成為未來的寬帶無線通信系統最有希望的候選。 @@ 本文研究了一種多載波擴頻通信系統，介紹了其Rake接收機工作原理和設計思想，進行了理論仿真并用FPGA予以實現。 @@ 本文首先介紹了移動通信系統的發展歷史以及OFDM和CDMA技術原理，并描述了OFDM和CDMA結合的三種系統（MC-DS-CDMA、MT-CDMA、MC-CDMA）的原理和系統模型；接著，介紹了目前影響移動通信的主要衰落以及Rake接收機基本原理及其作用。多徑信號的每路信號都可能含有可以利用的信息，Rake接收機就是通過多個相關接收器接收多徑信號中各路信號，通過信道估計和信道補償消去信道因子的附加相位，并把他們合并在一起，以此來改善信號的信噪比和系統的可靠性；在此基礎上，論文提出了一種多載波擴頻通信系統的實現方案，并詳細介紹了其Rake接收機實現原理，給出了最大比合并時各種分徑數目下系統誤碼率的仿真圖；最后介紹了此方案中Rake接收機的FPGA硬件實現設計方案及其系統 測試結果。@@ 仿真結果顯示出隨著分集徑數的增加，系統的誤碼率顯著降低。表明Rake接收機抗多徑衰落效果顯著，且在多載波CDMA系統中其分集效果更好，實現相對簡單。最終Rake接收機的FPGA實現結果同理論仿真一致，時序通過，資源耗費不大，具有較大的實用價值。 @@關鍵詞：多載波擴頻通信，CDMA，Rake接收機，FPGA
上傳時間： 2013-07-25
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隨著以計算機技術為核心的信息技術的迅速發展以及信息的爆炸式增長，人類獲得的視覺信息很大一部分是從各種各樣的電子顯示器件上獲得的。這對顯示器件的要求也越來越高。在這些因素的驅動下，顯示技術也取得了飛速的發展。使用FPGA/CPLD設計的液晶控制器具有很高的靈活性，可以根據不同的液晶類型、尺寸、使用場合，特別是不同的工業產品，做一些特殊的設計，以最小的代價滿足系統的要求。而且可以解決通用的液晶顯示控制器本身固有的一些缺點。 本文設計了一個采用FPGA設計的液晶顯示控制器，主要解決以下內容：采用Cyclone芯片設計的液晶控制器；采用硬件描述語言進行的液晶顯示控制器設計，重點介紹了如何通過特殊設計控制器與CPU協調的工作，驅動系統所需時序信號的產生，STN液晶彩色屏灰度顯示的時間抖動算法和幀率控制原理及實現，顯示數據的緩沖、轉化方法，使用FPGA設計的用于本系統的特殊SDRAM控制器，以及液晶控制器通過該SDRAM控制器進行顯示緩沖器的管理，還有很重要的一點是各個模塊之間的同步處理。這款液晶控制器在實際中的使用效果證明了本課題介紹的液晶控制器方案是一個非常可行的，具有廣泛的通用性。 關鍵詞：液晶控制器、SDRAM控制器、時序信號發生器、灰度顯示、時間抖動算法
上傳時間： 2013-04-24
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隨著人們對數字電視和數字視頻信息的需求越來越大，數字電視廣播在中國迅速的發展起來。近幾年，數字電視傳輸系統技術逐漸成熟，數字電視地面廣播（DTTB）傳輸標準也于2006年8月30號正式出臺。此標準技術是由我國多家單位聯合研究的，具有自主知識產權的數字地面電視傳輸標準。DTTB系統標準的研究與仿真，具有巨大的實用價值和廣闊的市場前景。 @@ 本文首先研究了地面數字電視廣播標準中平方根升余弦（SRRC）濾波器（滾降系數為0．05）的結構設計，介紹了一種適合在FPGA中實現的高階高速FIR濾波器的并行流水線結構。在本設計中，以CSD數優化濾波器系數，并運用簡化加法器圖（Reduced Adder Graph，RAG）算法進行改進，最后采用并行處理的轉置型流水線結構實現。 @@ 接著研究數字電視地面傳輸標準采用的傳輸技術-OFDM的基本概念和技術特點，并研究了清華大學提出的DMB-T方案中TDS-OFDM信號幀的組成結構以及相關原理。 @@ 最后，本文針對OFDM調制所需要的3780點FFT處理器進行研究。為了保證OFDM信號的采樣率和時域導頻的采樣率相同，以達到較好的同步性能，采用了3780個正交子載波的設計方案。在實現過程中，分析比較了多種算法的計算復雜性，設計出在硬件實現復雜度上進行優化的3780點FFT處理器的數據流流水線算法。之后，通過定點仿真比較各模塊輸出的動態范圍和概率分布，設計出定點字長的優化方案，并分析計算了這一處理器的輸出信噪比與內部各模塊字長的關系，進一步降低了硬件實現復雜性。 @@關鍵字：數字電視地面廣播傳輸（DTTB）；平方根升余弦濾波器（SRRC）；正交頻分復用調制（OFDM）；快速傅立葉變換（FFT）； 3780
上傳時間： 2013-04-24
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