目前，數(shù)字信號處理廣泛應(yīng)用于通信、雷達、聲納、語音與圖像處理等領(lǐng)域，信號處理算法理論己趨于成熟，但其具體硬件實現(xiàn)方法卻值得探討。FPGA是近年來廣泛應(yīng)用的超大規(guī)模、超高速的可編程邏輯器件，由于其具有高集成度、高速、可編程等優(yōu)點，大大推動了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的單片化、自動化，縮短了單片數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計周期、提高了設(shè)計的靈活性和可靠性，在超高速信號處理和實時測控方面有非常廣泛的應(yīng)用。本文對FPGA的數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)進行研究，基于FPGA在數(shù)據(jù)采樣控制和信號處理方面的高性能和單片系統(tǒng)發(fā)展的新熱點，把FPGA作為整個數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的控制核心。主要研究內(nèi)容如下： FPGA的單片系統(tǒng)研究。針對數(shù)據(jù)采集與處理，對FPGA進行選型，設(shè)計了基于FPGA的單片系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。把整個控制系統(tǒng)分為三個部分：多通道采樣控制模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，存儲控制模塊。 多通道采樣控制模塊的設(shè)計。利用4片AD7506和一片AD7862對64路模擬量進行周期采樣，分別設(shè)計了通道選擇控制模塊和A/D轉(zhuǎn)換控制模塊，并進行了仿真，完成了基于FPGA的多通道采樣控制。 數(shù)據(jù)處理模塊的設(shè)計。FFT算法在數(shù)字信號處理中占有重要的地位，因此本文研究了FFT的硬件實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，提出了用FPGA實現(xiàn)FFT的一種設(shè)計思想，給出了總體實現(xiàn)框圖。分別設(shè)計了旋轉(zhuǎn)因子復(fù)數(shù)乘法器，碟形運算單元，存儲器，控制器，并分別進行了仿真。重點設(shè)計實現(xiàn)了FFT算法中的蝶形處理單元，采用了一種高效乘法器算法設(shè)計實現(xiàn)了蝶形處理單元中的旋轉(zhuǎn)因子乘法器，從而提高了蝶形處理器的運算速度，降低了運算復(fù)雜度。理論分析和仿真結(jié)果表明，狀態(tài)機控制器成功地對各個模塊進行了有序、協(xié)調(diào)的控制。 存儲控制模塊的設(shè)計。利用閃存芯片K9K1G08UOA對采集處理后的數(shù)據(jù)進行存儲，設(shè)計了FPGA與閃存的硬件連接，設(shè)計了存儲控制模塊。 本文對FFT算法的硬件實現(xiàn)進行了研究，結(jié)合單片系統(tǒng)的特點，把整個系統(tǒng)分為多通道采樣控制模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，存儲控制模塊進行設(shè)計和仿真。設(shè)計采用VHDL編寫程序的源代碼。仿真測試結(jié)果表明，此FPGA單片系統(tǒng)可完成對實時信號的高速采集與處理。
標簽： FPGA 數(shù)據(jù)采集 處理技術(shù)
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(yīng)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(yīng)性及靈活性的要求，并充分體現(xiàn)在高性能FPGA平臺上設(shè)計SOC系統(tǒng)的思路，本文提出了由高速高精度A/D轉(zhuǎn)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(shè)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(shè)計，并且使系統(tǒng)具有了較高的可適應(yīng)性、可擴展性和可調(diào)試性。 在時序數(shù)字邏輯設(shè)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(shè)計上，采用FPGA片內(nèi)存儲器。可根據(jù)系統(tǒng)需要隨時進行設(shè)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(diào)整。 在傳輸接口設(shè)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(yīng)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(diào)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(shè)計進行了詳細分析，并對每個模塊都給出了精確的仿真結(jié)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(shè)計、并行接口設(shè)計、PCI接口設(shè)計、PC端控制軟件設(shè)計以及用于調(diào)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(jié)果和測試結(jié)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(shè)計圖、實物圖及注釋詳細的相關(guān)源程序清單。
標簽： FPGA 控制 高速數(shù)據(jù)
上傳時間： 2013-07-09
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頻率合成技術(shù)廣泛應(yīng)用于通信、航空航天、儀器儀表等領(lǐng)域，目前，常用的頻率合成技術(shù)有直接頻率合成、鎖相頻率合成和直接數(shù)字頻率合成(DDS)等。其中DDS是一種新的頻率合成方法，是頻率合成的一次革命。全數(shù)字化的DDS技術(shù)由于具有頻率分辨率高、頻率切換速度快、相位噪聲低和頻率穩(wěn)定度高等優(yōu)點而成為現(xiàn)代頻率合成技術(shù)中的佼佼者。隨著數(shù)字集成電路、微電子技術(shù)和EDA技術(shù)的深入研究，DDS技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。 DDS是把一系列數(shù)字量化形式的信號通過D/A轉(zhuǎn)換形成模擬量形式的信號的合成技術(shù)。主要是利用高速存儲器作查尋表，然后通過高速D/A轉(zhuǎn)換產(chǎn)生已經(jīng)用數(shù)字形式存入的正弦波(或其它任意波形)。一個典型的DDS系統(tǒng)應(yīng)包括以下三個部分：相位累加器可以時鐘的控制下完成相位的累加；相位一幅度碼轉(zhuǎn)換電路一般由ROM實現(xiàn)；D/A轉(zhuǎn)換電路，將數(shù)字形式的幅度碼轉(zhuǎn)換成模擬信號。 現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)設(shè)計靈活、速度快，在數(shù)字專用集成電路的設(shè)計中得到了廣泛的應(yīng)用。本論文主要討論了如何利用FPGA來實現(xiàn)一個DDS系統(tǒng)，該DDS系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)是以FPGA為核心實現(xiàn)的，使用Altera公司的Cyclone系列FPGA。 文章首先介紹了頻率合成器的發(fā)展，闡述了基于FPGA實現(xiàn)DDS技術(shù)的意義；然后介紹了DDS的基本理論；接著介紹了FPGA的基礎(chǔ)知識如結(jié)構(gòu)特點、開發(fā)流程、使用工具等；隨后介紹了利用FPGA實現(xiàn)直接數(shù)字頻率合成(DDS)的原理、電路結(jié)構(gòu)、優(yōu)化方法等。重點介紹DDS技術(shù)在FPGA中的實現(xiàn)方法，給出了部分VHDL源程序。采用該方法設(shè)計的DDS系統(tǒng)可以很容易地嵌入到其他系統(tǒng)中而不用外接專用DDS芯片，具有高性能、高性價比，電路結(jié)構(gòu)簡單等特點；接著對輸出信號頻譜進行了分析，特別是對信號的相位截斷誤差和幅度量化誤差進行了詳細的討論，由此得出了改善系統(tǒng)性能的幾種方法；最后給出硬件實物照片和測試結(jié)果，并對此作了一定的分析。
上傳時間： 2013-07-05
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正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)是一種多載波數(shù)字調(diào)制技術(shù)，具有頻譜利用率高、抗多徑干擾能力強、成本低等特點，適合無線通信的高速化、寬帶化及移動化的需求，將成為下一代無線通信系統(tǒng)(4G)的核心調(diào)制傳輸技術(shù)。 本文首先描述了OFDM技術(shù)的基本原理。對OFDM的調(diào)制解調(diào)以及其中涉及的特性和關(guān)鍵技術(shù)等做了理論上的分析，指出了OFDM區(qū)別于其他調(diào)制技術(shù)的巨大優(yōu)勢；然后針對OFDM中的信道估計技術(shù)，深入分析了基于FFT級聯(lián)的信道估計理論和基于聯(lián)合最大似然函數(shù)的半盲分組估計理論，在此基礎(chǔ)上詳細研究描述了用于OFDM系統(tǒng)的迭代的最大似然估計算法，并利用Matlab做了相應(yīng)的仿真比較，驗證了它們的有效性。 而后，在Matlab中應(yīng)用Simulink工具構(gòu)建OFDM系統(tǒng)仿真平臺。在此平臺上，對OFDM系統(tǒng)在多徑衰落、高斯白噪聲等多種不同的模型參數(shù)下進行了仿真，并給出了數(shù)據(jù)曲線，通過分析結(jié)果可正確評價OFDM系統(tǒng)在多個方面的性能。 在綜合了OFDM的系統(tǒng)架構(gòu)和仿真分析之后，設(shè)計并實現(xiàn)了基于FPGA的OFDM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)。首先根據(jù)802.16協(xié)議和OFDM系統(tǒng)的具體要求，設(shè)定了合理的參數(shù)；然后從調(diào)制器和解調(diào)器的具體組成模塊入手，對串/并轉(zhuǎn)換，QPSK映射，過采樣處理，插入導頻，添加循環(huán)前綴，IFFT/FFT，幀同步檢測等各個模塊進行硬件設(shè)計，詳細介紹了各個模塊的設(shè)計和實現(xiàn)過程，并給出了相應(yīng)的仿真波形和參數(shù)說明。其中，針對定點運算的局限性，為系統(tǒng)設(shè)計并自定義了24位的浮點運算格式，參與傅立葉反變換和傅立葉變換的運算，在系統(tǒng)參數(shù)允許的范圍內(nèi)，充分利用了有限資源，提高了系統(tǒng)運算精度；然后重點描述了基于FPGA的快速傅立葉變換算法的改進、優(yōu)化和設(shè)計實現(xiàn)，針對原始快速傅立葉變換FPGA實現(xiàn)算法運算空閑時間過多，資源占用較大的問題，提出了帶有流水作業(yè)功能、資源占用較少的快速傅立葉變換優(yōu)化算法設(shè)計方案，使之運用于OFDM基帶處理系統(tǒng)當中并加以實現(xiàn)，結(jié)果滿足系統(tǒng)參數(shù)的需求。最后以理論分析為依據(jù)，對整個OFDM的基帶處理系統(tǒng)進行了系統(tǒng)調(diào)試與性能分析，證明了設(shè)計的可行性。 綜上所述，本文完成了一個基于FPGA的OFDM基帶處理系統(tǒng)的設(shè)計、仿真和實現(xiàn)。本設(shè)計為OFDM通信系統(tǒng)的進一步改進提供了大量有用的數(shù)據(jù)。
標簽： FPGA OFDM 調(diào)制解調(diào)器
上傳時間： 2013-07-25
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單片機與DSP之間通信問題一直是大家關(guān)注得焦點，目前已出現(xiàn)的不少解決方案但大多針對于5V工作電壓的DSP系 統(tǒng),筆者對諸方案進行詳細比較分析,發(fā)現(xiàn)多數(shù)并未從根本上解決不同系統(tǒng)之間通信的電平轉(zhuǎn)換問題,面對工作電壓并不唯一的 DSP芯片系列,在此提出一種全新的串行通信模式,經(jīng)濟有效地解決了通信中電平轉(zhuǎn)換問題可靠地實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換,并且在實際開發(fā) 的直流無刷電機變頻器人機界面與控制核心TMS320LF2407 DSP之間串行通信中驗證了其可行性。
上傳時間： 2013-07-18
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Systemview動態(tài)系統(tǒng)分析 及 通信系統(tǒng) 仿真設(shè)計
標簽： Systemview 動態(tài) 仿真設(shè)計
上傳時間： 2013-06-10
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USB(UniversalSerialBus，通用串行總線)是當今消費電子產(chǎn)品和儀器設(shè)備中應(yīng)用最廣的接口協(xié)議之一，然而目前國內(nèi)的USB芯片只有極少數(shù)幾款，產(chǎn)品研究善處于起步階段，絕大部分產(chǎn)品主要由國外的IC設(shè)計芯片廠商如Cypress、NEC等一些國際著名公司提供。因而，如果能夠自主開發(fā)設(shè)計USB芯片以替代國外同類產(chǎn)品，將會有很好的市場前景和利潤空間。 本論文課題是針對基于FPGA(FieldProgrammableGateArray，現(xiàn)場可編程門陣列器件)的數(shù)字電子產(chǎn)品應(yīng)用設(shè)計一種實際可復(fù)用的USB接口引擎軟核。該軟核主要是用于處理USB標準協(xié)議包的通信處理，通過外接MCU(MultipointControlUnit，微控制器)就可以實現(xiàn)完整的USB接口通訊功能。它的功能相當于一些USB引擎的專用芯片如：Philips的PDIUSBD12等，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、靈活性高、復(fù)用設(shè)計方便。 功能仿真和綜合測試結(jié)果顯示本論文所設(shè)計的接口引擎軟核符合設(shè)計要求，并且軟核的性能和市場上同類產(chǎn)品基本一致。本論文的創(chuàng)新之處在于：1、從可配置性角度出發(fā)設(shè)計了低速、全速、高速三種可選模式；2、支持最多31個可配置端點；3、采用了可綜合、可移植的RTL(RegisterTransferLevel，寄存器傳輸級)代碼設(shè)計規(guī)則，同時也開發(fā)了可綜合的驗證測試代碼；4、完全由硬件實現(xiàn)USB通信功能。
上傳時間： 2013-07-18
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隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展，實時圖像處理在多媒體、圖像通信等領(lǐng)域有著越來越廣泛的應(yīng)用。FPGA就是硬件處理實時圖像數(shù)據(jù)的理想選擇，基于FPGA的圖像處理專用芯片的研究將成為信息產(chǎn)業(yè)的新熱點。 本文以FPGA為平臺，使用VHDL硬件描述語言設(shè)計并實現(xiàn)了中值濾波、順序濾波、數(shù)學形態(tài)學、卷積運算和高斯濾波等圖像處理算法。在設(shè)計過程中，通過改進算法和優(yōu)化結(jié)構(gòu)，在合理地利用硬件資源的條件下，有效地挖掘出算法內(nèi)在的并行性，采用流水線結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法，提高了頂層濾波模塊的處理速度。在中值濾波器的硬件設(shè)計中，本文提出了一種快速中值濾波算法，該算法大大節(jié)省了硬件資源，處理速度也很快。在數(shù)學形態(tài)學算法的硬件實現(xiàn)中，本文提出的最大值濾波和最小值濾波算法大大減少了硬件資源的占用率，適應(yīng)了流水線設(shè)計的要求，提高了圖像處理速度。 整個設(shè)計及各個模塊都在Altera公司的開發(fā)環(huán)境QuartusⅡ以及第三方仿真軟件Modelsim上進行了邏輯綜合以及仿真。綜合和仿真的結(jié)果表明，使用FPGA硬件處理圖像數(shù)據(jù)不僅能夠獲得很好的處理效果，達到較高的工作頻率，處理速度也遠遠高于軟件法處理圖像，可滿足實時圖像處理的要求。 本課題為圖像處理專用FPGA芯片的設(shè)計做了有益的探索性嘗試，對今后完成以FPGA圖像處理芯片為核心的實時圖像處理系統(tǒng)的設(shè)計有著積極的意義。
上傳時間： 2013-06-08
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高速數(shù)字設(shè)計中的圣經(jīng)，也叫黑魔書。 這本書是專門為電路設(shè)計工程師寫的它主要描述了模擬電路原理在高速數(shù)字電路設(shè)計中的分析應(yīng)用。它告訴了大家在高速數(shù)字電路設(shè)計中遇到這些問題應(yīng)該怎么去解決。他詳細分析了這些問題產(chǎn)生的原因和過程。
標簽： 高速數(shù)字
上傳時間： 2013-04-24
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單片機溫度采集器與PC104分站的串行通信:用PC104 模塊組建的礦井變電所采集分站,具有強大的以太網(wǎng)和CAN 總線通信功能。在PC104模塊底板上,設(shè)計了一個基于89C2051 單片機的溫度采集器
上傳時間： 2013-07-04
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