本論文設計了一種基于FPGA的高速FIR數(shù)字濾波器,濾波器實現(xiàn)低通濾波,截止頻率為1MHz,通帶波紋小于1 dB,阻帶最大衰減為-40 dB,輸入輸出數(shù)據(jù)為8位二進制,采樣頻率為10MHz。 論文首先簡要介紹了數(shù)字濾波器的基本原理和線性FIR數(shù)字濾波器的性質、結構,根據(jù)濾波器的性能要求選擇窗函數(shù)、確定系數(shù),在算法上為了滿足數(shù)字濾波器的要求,對系數(shù)放大512倍并取整,并用Matlab對數(shù)字濾波器原理進行了證明。同時簡述了EDA技術和FPGA設計流程。 其次,論文說明了FIR數(shù)字濾波器模塊的劃分,并用Verilog語言在Modelsim環(huán)境下進行了功能測試。對于數(shù)字濾波器系數(shù)中的-1,-2,4這些簡單的系數(shù)乘法直接進行移位和取反,可以極大的節(jié)省資源和優(yōu)化設計。而對普通系數(shù)乘法采用4-BANT(4bits-at-a-time)的并行算法,用加法累加快速實現(xiàn)了乘積的運算；另外,在本設計進行部分積累加時,采用舍取冗余位,主要是根據(jù)設計時已對系數(shù)進行了放大,而輸出時又要將結果相應的縮小,所以在累加時,提前對部分積縮小,從而減少了運算量,從時間和資源上都得到了優(yōu)化。 論文的最后分別用Modelsim和Quartus II進行了FIR數(shù)字濾波器的前仿真和后仿真,將仿真的結果和Matlab中原理驗證時得到的理想值進行了比較,并對所產(chǎn)生的誤差進行了分析。仿真結果表明：本16階FIR數(shù)字濾波器設計能夠實現(xiàn)截止頻率為1MHz的低通濾波,并且工作頻率可達150MHz以上。
上傳時間： 2013-07-15
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在雷達信號偵察中運用寬帶數(shù)字接收技術是電子偵察的一個重要發(fā)展方向。數(shù)字信號處理由于其精度高、靈活性強、以及易于集成等特點而應用廣泛。電子系統(tǒng)數(shù)字化的最大障礙是寬帶高速A/D變換器的高速數(shù)據(jù)流與通用DSP處理能力的不匹配。而FPGA的廣泛應用，為解決上述矛盾提供了一種有效的方法。 本文利用FPGA技術，設計了具備高速信號處理能力的寬帶數(shù)字接收機平臺，并提出了數(shù)字接收機實現(xiàn)的可行性方法，以及對這些方法的驗證。具體來說就是如何利用單片的FPGA實現(xiàn)對雷達信號并行地實時檢測和參數(shù)估計。所做工作主要分為兩大部分： 1、適合于FPGA硬件實現(xiàn)的算法的確定及仿真：對A/D采樣信號采用自相關累加算法進行信號檢測，利用信號的相關性和噪聲的獨立性提高信噪比，通過給出檢測門限來估計信號的起止點。對于常規(guī)信號的頻率估計，采用Rife算法。通過Matlab仿真，表明上述算法在運算量和精度方面均有良好性能，適合用作FPGA硬件實現(xiàn)。 2、算法的FPGA硬件實現(xiàn)：針對原算法中極大消耗運算量的相關運算，考慮到FPGA并行處理的特點，將原算法修改為并行相關算法，并加入流水線，這樣處理極大地提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐率。采用Xilinx公司的Virtex-4系列中的XC4VSX55芯片作為開發(fā)平臺完成設計，系統(tǒng)測試結果表明，本設計能正常工作，滿足系統(tǒng)設計要求。 文章的最后，結合系統(tǒng)設計給出幾種VHDL優(yōu)化方法，主要圍繞系統(tǒng)的速度、結構和面積等問題展開討論。
標簽： FPGA 雷達信號 數(shù)字接收機
上傳時間： 2013-06-25
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本文主要研究一種隔離器高速數(shù)據(jù)通信卡設計，并對基于PCI總線的內外網(wǎng)數(shù)據(jù)通訊和交換的硬件編程實現(xiàn)進行詳細的說明，最后在pc機windows平臺下對數(shù)據(jù)通信卡進行吞吐量和穩(wěn)定性的測試。 首先介紹了網(wǎng)絡安全的現(xiàn)狀以及物理網(wǎng)絡隔離的原理和重要性，并敘述了網(wǎng)絡隔離產(chǎn)品的發(fā)展，接著介紹網(wǎng)絡隔離系統(tǒng)，并提出硬件平臺的總體設計方案：重點敘述了網(wǎng)閘內外網(wǎng)通訊的硬件核心數(shù)據(jù)通信卡設計思路和數(shù)據(jù)的流程，以及基于FPGA的PCI接口外部邏輯設計，并對該數(shù)據(jù)通訊卡在windows平臺雙機之間通訊作了測試，并對測試結果作了分析。
標簽： FPGA PCI 高速數(shù)據(jù) 通信卡
上傳時間： 2013-07-30
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數(shù)字存儲示波器（DSO）上世紀八十年代開始出現(xiàn)，由于當時它的帶寬和分辨率較低，實時性較差，沒有具備模擬示波器的某些特點，因此并沒有受到人們的重視。隨著數(shù)字電路、大規(guī)模集成電路及微處理器技術的發(fā)展，尤其是高速模/數(shù)（A/D）轉換器及半導體存儲器（RAM）的發(fā)展，數(shù)字存儲示波器的采樣速率和實時性能得到了很大的提高，在工程測量中，越來越多的工程師用DSO來替代模擬示波器。 本文介紹了一款雙通道采樣速率達1GHz，分辨率為8Bits，實時帶寬為200MHz數(shù)字存儲示波器的研制。通過對具體功能和技術指標的分析，提出了FPGA＋ARM架構的技術方案。然后，本文分模塊詳細敘述了整機系統(tǒng)中部分模塊，包括前端高速A/D轉換器和FPGA的硬件模塊設計，數(shù)據(jù)處理模塊軟件的設計，以及DSO的GPIB擴展接口邏輯模塊的設計。 本文在分析了傳統(tǒng)DSO架構的基礎上，提出了本系統(tǒng)的設計思想和實現(xiàn)方案。在高速A/D選擇上，國家半導體公司2005年推出的雙通道采樣速率達500MHz高速A/D轉換器芯片ADC08D500，利用其雙邊沿采樣模式（DES）實現(xiàn)對單通道1GHz的采樣速率，并且用Xilinx公司Spraten-3E系列FPGA作為數(shù)據(jù)緩沖單元和存儲單元，提高了系統(tǒng)的集成度和穩(wěn)定性。其中，F(xiàn)PGA緩沖單元完成對不同時基情況下多通道數(shù)據(jù)的抽取，處理單元完成對數(shù)據(jù)正弦內插的計算，而DSO中其余數(shù)據(jù)處理功能包括數(shù)字濾波和FFT設計在后端的ARM內完成。DSO中常用的GPIB接口放在FPGA內集成，不僅充分利用了FPGA內豐富的邏輯資源，而且降低了整機成本，也減少了電路規(guī)模。 最后，利用ChipscopePro工具對采樣系統(tǒng)進行調試，并分析了數(shù)據(jù)中的壞數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原因，提出了解決方案, 并給出了FPGA接收高速A/D的正確數(shù)據(jù)。
標簽： FPGA 高速實時數(shù) 字存儲 示波器
上傳時間： 2013-07-07
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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(xiàn)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(shù)據(jù)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(xiàn)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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圖像采集是數(shù)字化圖像處理的第一步，開發(fā)圖像采集平臺是視覺系統(tǒng)開發(fā)的基礎。視覺檢測的速度是視覺檢測要解決的關鍵技術之一，也是專用圖像處理系統(tǒng)設計所要完成的首要目標
標簽： 高速圖像采集
上傳時間： 2013-04-24
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可靠通信要求消息從信源到信宿盡量無誤傳輸，這就要求通信系統(tǒng)具有很好的糾錯能力，如使用差錯控制編碼。自仙農(nóng)定理提出以來，先后有許多糾錯編碼被相繼提出，例如漢明碼，BCH碼和RS碼等，而C。Berrou等人于1993年提出的Turbo碼以其優(yōu)異的糾錯性能成為通信界的一個里程碑。 然而，Turbo碼迭代譯碼復雜度大，導致其譯碼延時大，故而在工程中的應用受到一定限制，而并行Turbo譯碼可以很好地解決上述問題。本論文的主要工作是通過硬件實現(xiàn)一種基于幀分裂和歸零處理的新型并行Turbo編譯碼算法。論文提出了一種基于多端口存儲器的并行子交織器解決方法，很好地解決了并行訪問存儲器沖突的問題。 本論文在現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)平臺上實現(xiàn)了一種基于幀分裂和籬笆圖歸零處理的并行Turbo編譯碼器。所實現(xiàn)的并行Turbo編譯碼器在時鐘頻率為33MHz，幀長為1024比特，并行子譯碼器數(shù)和最大迭代次數(shù)均為4時，可支持8.2Mbps的編譯碼數(shù)掘吞吐量，而譯碼時延小于124us。本文還使用EP2C35FPGA芯片設計了系統(tǒng)開發(fā)板。該開發(fā)板可提供高速以太網(wǎng)MAC／PHY和PCI接口，很好地滿足了通信系統(tǒng)需求。系統(tǒng)測試結果表明，本文所實現(xiàn)的并行Turbo編譯碼器及其開發(fā)板運行正確、有效且可靠。 本論文主要分為五章，第一章為緒論，介紹Turbo碼背景和硬件實現(xiàn)相關技術。第二章為基于幀分裂和歸零的并行Turbo編碼的設計與實現(xiàn)，分別介紹了編碼器和譯碼器的RTL設計，還提出了一種基于多端口存儲器的并行子交織器和解交織器設計。第三章討論了使用NIOS處理器的SOC架構，使用SOC架構處理系統(tǒng)和基于NIOSII處理器和uC／0S一2操作系統(tǒng)的架構。第四章介紹了FPGA系統(tǒng)開發(fā)板設計與調試的一些工作。最后一章為本文總結及其展望。
上傳時間： 2013-04-24
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在工業(yè)領域中，經(jīng)常需要在產(chǎn)品表面留下永久性的標識，通常作為便于今后追蹤的商標、流水號、日期等等。特別在機械行業(yè)對零部件的管理，在市場上需要對其進行識別和質量跟蹤。機械行業(yè)在零部件上的標記打印在追求美觀的同時，要求有一定的打印速度和打印深度。標記打印能夠為企業(yè)提供產(chǎn)品的可追溯性，更好的貫徹IS09000標準。 由于傳統(tǒng)的標記打印在打印效率、美觀以及防偽等方面存在問題，不適應現(xiàn)代化大生產(chǎn)要求，而激光打印技術雖然較好的克服了傳統(tǒng)工藝的許多缺點，但激光器在惡劣的生成現(xiàn)場缺乏長期穩(wěn)定性的工作特點的制約，不能完全滿足生產(chǎn)實際的需要。為了彌補上述不足，適應大批量生產(chǎn)發(fā)展需要，氣動標記打印技術成為一種較好的選擇。 本課題在分析了現(xiàn)在市場上存在氣動標記刻印系統(tǒng)的優(yōu)缺點后，針對現(xiàn)有的標記打印機打印速度相對較慢，打印精度相對較低以及控制軟件不靈活的缺點，設計了一套新的控制方案，使用FPGA作為核心控制器，配合PC機標記打印軟件工作，代替以往PC或單片機的控制。該方案充分利用了FPGA可以高速并行工作的特點，能夠高精度平穩(wěn)的輸出控制脈沖，使打印過程平穩(wěn)進行。 本文描述了從總體方案設計到一些關鍵模塊的設計思路和設計細節(jié)。根據(jù)設計要求，總體方案中提出了整個控制系統(tǒng)的劃分和關鍵設計指標上的考慮。在硬件設計方面完成硬件電路設計，包括接口電路設計和抗干擾設計；在設計FPGA控制器時，采用了優(yōu)化后的比較積分直線插補算法使得輸出的插補脈沖均勻穩(wěn)定；采用梯形速率控制算法，克服了速度突變情況時的失步或過沖現(xiàn)象；在軟件方面，新開發(fā)了一套PC工業(yè)標記系統(tǒng)軟件，采用了多線程技術和TTF矢量字庫等技術。 整套標記打印系統(tǒng)經(jīng)過較長時間的運行調試，表現(xiàn)穩(wěn)定，現(xiàn)已經(jīng)試用性投放市場．從生產(chǎn)廠家重慶恒偉精密機械有限公司和客戶的反饋信息來看，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，打印速度達到設計指標，能夠在256細分下驅動電機平穩(wěn)快速運動，打印精度高，達到市場領先水平，并且得到客戶充分的肯定。
標簽： 工業(yè) 標記 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-21
上傳用戶：rishian
人體血液成份的無創(chuàng)檢測是生物醫(yī)學領域尚未攻克的前沿課題之一，動態(tài)光譜法在理論上克服了其它檢測方法難以逾越的障礙——個體差異和測量條件對檢測結果的影響。實現(xiàn)動態(tài)光譜檢測，其關鍵在于采集多波長的光電容積脈搏波信號，并對其進行處理。針對動態(tài)光譜檢測中信號微弱、信噪比低、處理數(shù)據(jù)量大的特點，本文設計了基于FPGA和面陣CCD攝像頭的動態(tài)光譜數(shù)據(jù)采集與預處理系統(tǒng)，提高檢測精度，采集出滿足動態(tài)光譜信號提取要求的光電脈搏波；并對動態(tài)光譜頻域提取法的核心算法FFT的FPGA實現(xiàn)進行研究。 課題提出用高靈敏度的面陣CCD攝像頭替代常規(guī)光柵光譜儀中的光電接收器，實現(xiàn)對多波長的光電容積脈搏波的檢測。結合面陣CCD的二維圖像特點，采用信號累加法去除噪聲，提高信號的信噪比。 創(chuàng)新性的提出一種不同于以往的信號累加方法——將處于同一行的視頻信號在采樣過程中直接累加，然后再進行傳輸和存儲。不同于幀累加和異行累加，這種同行累加方式不但大大的提高了信號的信噪比，同時減小了數(shù)據(jù)的傳輸速度和傳輸量，降低了對存儲器容量的要求，改善了動態(tài)光譜信號檢測系統(tǒng)的性能。 針對面陣CCD攝像頭輸出的復合視頻信號的特點，設計視頻信號解調電路，得到高速、高精度的數(shù)字視頻信號和準確的視頻同步信號，用于后續(xù)的視頻信號采集與處理。 根據(jù)動態(tài)光譜信號檢測和視頻信號采集的要求，選擇可編程邏輯器件FPGA作為硬件平臺，設計并實現(xiàn)了基于FPGA和面陣CCD攝像頭的光電脈搏波采集與預處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了視頻信號的精確定位，通過光譜信號的高速同行累加，實現(xiàn)了光電脈搏波信號的高精度檢測。系統(tǒng)采用基于FPGA的Nios II嵌入式處理器系統(tǒng)，通過對其應用程序的開發(fā)，可靠的實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、傳輸和存儲，提高了系統(tǒng)的集成度，降低了開發(fā)成本。 為實現(xiàn)動態(tài)光譜信號的頻域提取，研究了基于FPGA的FFT實現(xiàn)方案，對各關鍵模塊進行設計，為動態(tài)光譜信號的進一步處理打下良好的基礎。 最后，通過實驗證明了系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的正確性和信號預處理的可行性，得到了符合動態(tài)光譜信號提取要求的脈搏波信號。
標簽： 動態(tài) 光譜數(shù)據(jù)采集 預處理
上傳時間： 2013-04-24
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數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是信號與信息處理系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分，同時也是軟件無線電系統(tǒng)中的核心模塊，在現(xiàn)代雷達系統(tǒng)以及無線基站系統(tǒng)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(xiàn)在高性能FPGA平臺上設計SOC系統(tǒng)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計方案及實現(xiàn)方法。其中FPGA作為本系統(tǒng)的控制核心和傳輸橋梁，發(fā)揮了極其重要的作用。通過FPGA不僅完成了系統(tǒng)中全部數(shù)字電路部分的設計，并且使系統(tǒng)具有了較高的可適應性、可擴展性和可調試性。 在時序數(shù)字邏輯設計上，充分利用FPGA中豐富的時序資源，如鎖相環(huán)PLL、觸發(fā)器，緩沖器FIFO、計數(shù)器等，能夠方便的完成對系統(tǒng)輸入輸出時鐘的精確控制以及根據(jù)系統(tǒng)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(jù)系統(tǒng)需要隨時進行設置，并且能夠方便的完成數(shù)據(jù)格式的合并、拆分以及數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)傳輸模式。通過FPGA中的宏功能模塊和IP資源實現(xiàn)了對這兩種接口的邏輯控制，可使系統(tǒng)方便的在兩種傳輸模式下進行切換。 在系統(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)工作過程的控制和工作模式的選擇。 在系統(tǒng)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(tǒng)整個傳輸過程中數(shù)據(jù)的正確性和時序性，并極大的降低了用常規(guī)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(jié)詳細介紹了系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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。
標簽： FPGA 控制 高速數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-09
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