常用的實時數字信號處理的器件有可編程的數字信號處理(DSP)芯片(如AD系列、TI系列)、專用集成電路(ASIC)、現場可編程門陣列(FPGA)等。在工程實踐中,往往要求對信號處理要有高速性、實時性和靈活性,而已有的一些軟件和硬件實現方式則難以同時達到這幾方面的要求。隨著可編程邏輯器件和EDA技術的發展,使用FPGA來實現數字信號處理,既具有實時性,又兼顧了一定的靈活性。FPGA具有的靈活的可編程邏輯可以方便的實現高速數字信號處理,突破了并行處理、流水級數的限制,有效地利用了片上資源,加上反復的可編程能力,越來越受到國內外從事數字信號處理的研究者所青睞。 FIR數字濾波器以其良好的線性特性被廣泛使用,屬于數字信號處理的基本模塊之一。本論文對基于FPGA的FIR數字濾波器實現進行了研究,所做的主要工作如下： 1.介紹了FIR數字濾波器的基本理論和FPGA的基本概況,以及FPGA設計流程、設計指導原則和常用的設計指導思想與技巧。 2.以FIR數字濾波器的基本理論為依據,使用分布式算法為濾波器的硬件實現算法,并對其進行了詳細的討論。針對分布式算法中查找表規模過大的缺點,采用優化分布式算法的多塊查找表方式使得硬件規模極大的減小。 3.設計出一個192階的FIR濾波器實例。其系統要求為：定點16位輸入、定點12位系數、定點16位輸出,采樣率為75MHz。設計用Quartus II軟件進行仿真,并將其仿真結果與Matlab仿真結果進行對比分析。 仿真結果表明,本論文設計的濾波器硬件規模較小,采樣率達到了75MHz。同時只要將查找表進行相應的改動,就能分別實現低通、高通、帶通FIR濾波器,體現了設計的靈活性。
上傳時間： 2013-06-06
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波前處理機是自適應光學系統中實時信號處理和運算的核心，隨著自適應光學系統得發展，波前傳感器的采樣頻率越來越高，這就要求波前處理機必須有更強的數據處理能力以保證系統的實時性。在整個波前處理機的工作流程中，對CCD傳來的實時圖像數據進行實時處理是第一步，也是十分重要的一步。如果不能保證圖像處理的實時性，那么后續的處理過程都無從談起。因此，研制高性能的圖像處理平臺，對波前處理機性能的提高具有十分重要的意義。 論文介紹了本研究課題的背景以及國內外圖像處理技術的應用和發展狀況，接著介紹了傳統的專用和通用圖像處理系統的結構、特點和模型，并通過分析DSP芯片以及DSP系統的特點，提出了基于DSP和FPGA芯片的實時圖像處理系統。該系統不同于傳統基于PC機模式的圖像處理系統，發揮了DSP和FPGA兩者的優勢，能更好地提高圖像處理系統實時性能，同時也最大可能地降低成本。 論文根據圖像處理系統的設計目的、應用需求確定了器件的選型。介紹了主要的器件，接著從系統架構、邏輯結構、硬件各功能模塊組成等方面詳細介紹了DSP+FPGA圖像處理系統硬件設計，并分析了包括各種參數指標選擇、連接方式在內的具體設計方法以及應該注意的問題。 論文在闡述傳輸線理論的基礎上，在制作PCB電路板的過程中，針對高速電路設計中易出現的問題，詳細分析了高速PCB設計中的信號完整性問題，包括反射、串擾等，說明了高速PCB的信號完整性、電源完整性和電磁兼容性問題及其解決方法，進行了一定的理論和技術探討和研究。 論文還介紹了基于FPGA的邏輯設計，包括了圖像采集模塊的工作原理、設計方案和SDRAM控制器的設計，介紹了SDRAM的基本操作和工作時序，重點闡述系統中可編程器件內部模塊化SDRAM控制器的設計及仿真結果。 論文最后描述了硬件系統的測試及調試流程，并給出了部分的調試結果。 該系統主要優點有：實時性、高速性。硬件設計的執行速度，在高速DSP和FPGA中實現信號處理算法程序，保證了系統實時性的實現；性價比高。自行研究設計的電路及硬件系統比較好的解決了高速實時圖像處理的需求。
上傳時間： 2013-04-24
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文章開篇提出了開發背景。認為現在所廣泛應用的開關電源都是基于傳統的分立元件組成的。它的特點是頻率范圍窄、電力小、功能少、器件多、成本較高、精度低，對不同的客戶要求來“量身定做”不同的產品，同時幾乎沒有通用性和可移植性。在電子技術飛速發展的今天，這種傳統的模擬開關電源已經很難跟上時代的發展步伐。 隨著DSP、ASIC等電子器件的小型化、高速化，開關電源的控制部分正在向數字化方向發展。由于數字化，使開關電源的控制部分的智能化、零件的共通化、電源的動作狀態的遠距離監測成為了可能，同時由于它的智能化、零件的共通化使得它能夠靈活地應對不同客戶的需求，這就降低了開發周期和成本。依靠現代數字化控制和數字信號處理新技術，數字化開關電源有著廣闊的發展空間。 在數字化領域的今天，最后一個沒有數字化的堡壘就是電源領域。近年來，數字電源的研究勢頭與日俱增，成果也越來越多。雖然目前中國制造的開關電源占了世界市場的80％以上，但都是傳統的比較低端的模擬電源。高端市場上幾乎沒有我們份額。 本論文研究的主要內容是在傳統開關電源模擬調節器的基礎上，提出了一種新的數字化調節器方案，即基于DSP和FPGA的數字化PID調節器。論文對系統方案和電路進行了較為具體的設計，并通過測試取得了預期結果。測試證明該方案能夠適合本行業時代發展的步伐，使系統電路更簡單，精度更高，通用性更強。同時該方案也可用于相關領域。 本文首先分析了國內外開關電源發展的現狀，以及研究數字化開關電源的意義。然后提出了數字化開關電源的總體設計框圖和實現方案，并與傳統的開關電源做了較為詳細的比較。本論文的設計方案是采用DSP技術和FPGA技術來做數字化PID調節，通過數字化PID算法產生PWM波來控制斬波器，控制主回路。從而取代傳統的模擬PID調節器，使電路更簡單，精度更高，通用性更強。傳統的模擬開關電源是將電流電壓反饋信號做PID調節后--分立元器件構成，采用專用脈寬調制芯片實現PWM控制。電流反饋信號來自主回路的電流取樣，電壓反饋信號來自主回路的電壓采樣。再將這兩個信號分別送至電流調節器和電壓調節器的反相輸入端，用來實現閉環控制。同時用來保證系統的穩定性及實現系統的過流過壓保護、電流和電壓值的顯示。電壓、電流的給定信號則由單片機或電位器提供。再次，文章對各個模塊從理論和實際的上都做了仔細的分析和設計，并給出了具體的電路圖，同時寫出了軟件流程圖以及設計中應該注意的地方。整個系統由DSP板和ADC板組成。DSP板完成PWM生成、PID運算、環境開關量檢測、環境開關量生成以及本地控制。ADC板主要完成前饋電壓信號采集、負載電壓信號采集、負載電流信號采集、以及對信號的一階數字低通濾波。由于整個系統是閉環控制系統，要求采樣速率相當高。本系統采用FPGA來控制ADC，這樣就避免了高速采樣占用系統資源的問題，減輕了DSP的負擔。DSP可以將讀到的ADC信號做PID調節，從而產生PWM波來控制逆變橋的開關速率，從而達到閉環控制的目的。 最后，對數字化開關電源和模擬開關電源做了對比測試，得出了預期結論。同時也提出了一些需要改進的地方，認為該方案在其他相關行業中可以廣泛地應用。模擬控制電路因為使用許多零件而需要很大空間，這些零件的參數值還會隨著使用時間、溫度和其它環境條件的改變而變動并對系統穩定性和響應能力造成負面影響。數字電源則剛好相反，同時數字控制還能讓硬件頻繁重復使用、加快上市時間以及減少開發成本與風險。在當前對產品要求體積小、智能化、共通化、精度高和穩定度好等前提條件下，數字化開關電源有著廣闊的發展空間。本系統來基本上達到了設計要求。能夠滿足較高精度的設計要求。但對于高精度數字化電源，系統還有值得改進的地方，比如改進主控器，提高參考電壓的精度，提高采樣器件的精度等，都可以提高系統的精度。 本系統涉及電子、通信和測控等技術領域，將數字PID算法與電力電子技術、通信技術等有機地結合了起來。本系統的設計方案不僅可以用在電源控制器上，只要是相關的領域都可以采用。
上傳時間： 2013-06-21
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對弓網故障的檢測在列車提速的今天顯得尤其重要，原始故障圖像數據量的巨大使實時存儲和傳輸故障圖像極其困難。JPEG作為一種低復雜度、高壓縮比的圖像壓縮標準在多媒體、網絡傳輸等領域得到廣泛的應用。和相同圖像質量的其它常用文件格式(如GIF，TIFF，PCX)相比，JPEG是目前靜態圖像中壓縮比最高的。 FPGA以其設計靈活、高速的卓越特性，逐漸成為許多應用中首先器件，尤其是與Verilog和VHDL等語言的結合，大大變革了電子系統的設計方法，加速了系統的設計進程。 本文旨在研究并實現一種實時采集并對特定幀進行壓縮傳輸的方法。通過采用可編程邏輯器件FPGA來實現整個采集、顯示、壓縮和傳輸，使系統具有可定制、高速度等優點。 本文首先介紹了開發硬件可編程邏輯門陣列FPGA及其開發語言Veridlog，并介紹了FPGA的設計方法及開發流程；接著介紹了PAL制視頻采集的相關知識及設計，其中主要包括基于I2C總線的模擬視頻解碼控制、視頻的數字化ITU-R BT.601標準介紹及視頻同步信號的獲取、基于SDRAM的視頻幀存儲、VGA顯示控制設計；隨后介紹了JPEG標準，并根據故障檢測的特點，設計了針對灰度圖像壓縮的JPEG編碼器，設計中先分別對組成JPEG編碼器的二維DCT變換模塊、量化模塊、Z字掃描模塊、變換直流系數的差分脈沖編碼模塊、交流系數的游程編碼模塊、哈夫曼編碼模塊及打包模塊進行了仿真測試，然后再對整個JPEG編碼器進行了測試；最后設計了單幀視頻的SRAM緩存，并將緩存的源圖像采用本文設計的JPEG編碼器進行壓縮，再設計一個僅包含發送功能的UART 將壓縮后的碼流傳輸到PC機，在PC機上通過將接收的碼流以ASCⅡ碼的形式還原為采集圖片。 本文實現了整個采集壓縮系統，同時也進一步驗證了本文設計的灰度圖像JPEG編碼器的正確性。相信本文無論是對弓網故障的圖像檢測，還是對于JPEG編碼器的芯片設計都有一定的參考價值。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著信息技術和電子技術的進步和日益成熟，計算機數據采集技術得到了廣泛應用。由于ISA數據采集卡的固有缺陷，PCI接口的數據采集卡將逐漸取代ISA數據采集卡，成為數據采集的主流。為了簡化PCI數據采集卡結構，提高數據采集可靠性，本文研究并開發了一種基于FPGA的PCI結構的數據采集卡系統。 論文對PCI對目標設備數據采集卡實現的原理和方法進行了深入研究，設計了基于FPGA的PCI數據采集卡的硬件電路，通過在FPGA中嵌入了PCI目標設備的IP核與用戶邏輯部分，構成了SOPC系統。使用Verilog硬件描述語言設計并實現了FPGA內部采集數據管理、數據管理寄存器和FIFO數據緩沖隊列等模塊電路。利用ModelSim對PCI系統進行了仿真。完成了系統硬件電路PCB板的設計，最終制作了PCI數據采集卡。 論文針對PCI結構的數據采集卡系統軟件需求，研究了WDM設備驅動軟件、Windows環境的簡易虛擬示波器以及簡易虛擬邏輯儀實現原理和方法。利用DriverStudio+Windows DDK for XP+VC6的軟件平臺，開發了WDM設備驅動程序。實現了Windows環境的簡易虛擬示波器，和簡易虛擬邏輯儀。系統測試結果表明該系統設計正確，系統運行穩定，功能和指標達到了設計要求。
上傳時間： 2013-07-22
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高速PCB板的電源布線設計:本文分析討論了高速PCB板上由于高頻信號干擾和走線寬度的減小而產生的電源噪聲和壓降，并提出了高速PCB的電源模型，采用電源總線網絡布線，選取合適的濾波電容。等問題。
上傳時間： 2013-07-22
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為了滿足外圍設備之間、外圍設備與主機之間高速數據傳輸，Intel公司于1991年提出PCI(Peripheral Component Interconnect)總線的概念，即周邊器件互連。因為PCI總線具有極高的數據傳輸率，所以在數字圖形、圖像和語音處理以及高速數據采集和處理等方面得到了廣泛的應用。 本論文首先對PCI總線協議做了比較深刻的分析，從設計要求和PCI總線規范入手，采用TOP-DOWN設計方法完成了PCI總線接口從設備控制器FPGA設計的功能定義：包括功能規范、性能要求、系統環境、接口定義和功能描述。其次從簡化設計、方便布局的角度考慮，完成了系統的模塊劃分。并結合設計利用SDRAM控制器來驗證PCI接口電路的性能。 然后通過PCI總線接口控制器的仿真、綜合及硬件驗證的描述介紹了用于FPGA功能驗證的硬件電路系統的設計，驗證系統方案的選擇，并描述了PCI總線接口控制器的布局布線結果以及硬件驗證的電路設計和調試方法。通過編寫測試激勵程序完成了功能仿真，以及布局布線后的時序仿真，并設計了PCB實驗板進行測試，證明所實現的PCI接口控制器完成了要求的功能。 最后，介紹了利用驅動程序開發工具DDK軟件進行軟件設計與開發的過程。完成系統設計及模塊劃分后，使用硬件描述語言(VHDL)描述系統，并驗證設計的正確性。
上傳時間： 2013-07-15
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數字語音通信是當前信息產業中發展最快、普及面最廣的業務。語音信號壓縮編碼是數字語音信號處理的一個方面，它和通信領域聯系最為密切。在現有的語音編碼中，美國聯邦標準混合激勵線性預測（MELP—Mixed Excited Linear Prediction）算法在2．4kb/s的碼率下取得了較好的語音質量，具有廣闊的應用前景。 FPGA作為一種快速、高效的硬件平臺在數字信號處理和通信領域具有著獨特的優勢。現代大容量、高速度的FPGA一般都內嵌有可配置的高速RAM、PLL、LVDS、LVTTL以及硬件乘法累加器等DSP模塊。用FPGA來實現數字信號處理可以很好地解決并行性和速度問題，而且其靈活的可配置特性，使得FPGA構成的DSP系統非常易于修改、測試及硬件升級。 本論文闡述了一種基于FPGA的混合激勵線性預測聲碼器的研究與設計。首先介紹了語音編碼研究的發展狀況以及低速率語音編碼研究的意義，接著在對MELP算法進行深入分析的基礎上，提出了利用DSP Builder在Matlab中建模的思路及實現過程，最后本文把重點放在MELP聲碼器的編解碼器設計上，利用DSP Builder、QuartusⅡ分別設計了其中的濾波器、分幀加窗處理、線性預測分析等關鍵模塊。 在Simulink環境下運用SignalCompiler對編解碼系統進行功能仿真，為了便于仿真，系統中沒有設計的模塊在Simulink中用數學模型代替，仿真結果表明，合成語音信號與原始信號很好的擬合，系統編解碼后語音質量基本良好。
上傳時間： 2013-06-02
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近年來，在鋼鐵材質質量檢測的研究領域，電磁無損檢測方法以其非破壞性和簡便快速的優點取得了大量成果，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.如用傳統檢測平臺檢測鋼鐵件硬度的檢測精度和速度都不夠理想。 基于上述情況，論文將先進的SOPC技術應用到鋼鐵件的電磁無損檢測中。SOPC技術將處理器、存儲器、IO接口、各種外圍設備等系統設計需要的部件集成到一個可編程邏輯器件上，構建成一個可編程的片上系統。 論文詳細論述了基于FPGA的電磁無損檢測試驗裝置的理論基礎，并在此基礎上給出了總體設計方案。全文著重敘述了系統的模擬部分，系統配置以及軟件部分的整個設計過程。利用QuartusⅡ自定義外設和Avalon總線多主并行處理的特點，采用Vefilog HDL，語言實現激勵信號發生器和高速數據采集器，使得信號激勵和信號采集在同一片芯片中實現，從而提高了信號及信號處理的精確度。由于電磁檢測對多種參數的敏感反應，必須抑制由此引入的多種因素的干擾，利用FIR數字濾波和相關方法從眾多的干擾信號中提取出有效信號的幅度和相位，同時利用NiosⅡC2H功能對濾波模塊進行硬件加速處理，大大提高了信號處理的速度。利用最小二乘法建立回歸方程模型進行無損檢測。最后運用此電磁無損檢測系統對軸承鋼的硬度進行了定性測試，取得了較好的檢測結果。 試驗結果表明，將SOPC技術應用到電磁無損檢測系統中，系統的檢測速度和檢測精度都有所提高，并使得整個系統在規模、可靠性、性能指標、開發成本、產品維護及硬件升級等多方面實現了優化。
上傳時間： 2013-06-04
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本論文設計了一種基于FPGA的高速FIR數字濾波器,濾波器實現低通濾波,截止頻率為1MHz,通帶波紋小于1 dB,阻帶最大衰減為-40 dB,輸入輸出數據為8位二進制,采樣頻率為10MHz。 論文首先簡要介紹了數字濾波器的基本原理和線性FIR數字濾波器的性質、結構,根據濾波器的性能要求選擇窗函數、確定系數,在算法上為了滿足數字濾波器的要求,對系數放大512倍并取整,并用Matlab對數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數字濾波器模塊的劃分,并用Verilog語言在Modelsim環境下進行了功能測試。對于數字濾波器系數中的-1,-2,4這些簡單的系數乘法直接進行移位和取反,可以極大的節省資源和優化設計。而對普通系數乘法采用4-BANT(4bits-at-a-time)的并行算法,用加法累加快速實現了乘積的運算；另外,在本設計進行部分積累加時,采用舍取冗余位,主要是根據設計時已對系數進行了放大,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化。 論文的最后分別用Modelsim和Quartus II進行了FIR數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,并對所產生的誤差進行了分析。仿真結果表明：本16階FIR數字濾波器設計能夠實現截止頻率為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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