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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近年來，以FPGA為代表的數字系統現場集成技術取得了快速的發展，FPGA不但解決了信號處理系統小型化、低功耗、高可靠性等問題，而且基于大規模FPGA單片系統的片上可編程系統(SOPC)的靈活設計方式使其越來越多的取代ASIC的市場。傳統的通用信號處理系統使用DSP作為處理核心，系統的可重構型不強，FPGA解決了這一問題，并且現有的FPGA中，多數已集成DSP模塊，結合FPGA較強的信號并行處理特性使其與DSP信號處理能力差距很小。因此，FPGA作為處理核心的通用信號處理系統具有很強的可實施性。 @@ 基于上述要求，作者設計和完成了一個基于多FPGA的通用實時信號處理系統。該系統采用4片XC3SD1800A作為處理核心，使用DDR2 SDRAM高速存儲實時數據。作者通過全面的分析，設計了核心板、底板和應用板分離系統架構。該平臺能夠根據實際需求進行靈活的搭配，核心板之間的數據傳輸采用了LVDS(低電壓差分信號)技術，從而使得數據能夠穩定的以非常高的速率進行傳輸。 @@ 本系統屬于高速數字電路的設計范疇，因此必須重視信號完整性的設計與分析問題，作者根據高速電路的設計慣例和軟件輔助設計的方法，在分析和論證了阻抗控制、PCB堆疊、PCB布局布線等約束的基礎上，順利地完成了PCB繪制與調試工作。 @@ 作為系統設計的重要環節，作者還在文中研究了在系統設計過程中出現的電源完整性問題，并給出了解決辦法。 @@ LVDS高速數據通道接口和DDR2存儲器接口設計決定本系統的使用性能，本文基于所選的FPGA芯片進行了詳細的闡述和驗證。并結合系統的核心板和底板，完成了應用板，視頻圖像采集、USB、音頻、LCD和LED矩陣模塊顯示等接口的設計工作，對其中的部分接口進行了邏輯驗證。 @@ 經過測試，該通用的信號處理平臺具有實時性好、通用性強、可擴展和可重構等特點，能夠滿足當前一些信號處理系統對高速、實時處理的要求，可以廣泛應用于實時信號處理領域。通過本平臺的研究和開發工作，為進一步研究和設計通用、實時信號處理系統打下了堅實的基礎。 @@關鍵詞：通用實時信號處理；FPGA；信號完整性；DDR2；LVDS
上傳時間： 2013-05-27
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移動無線信道特性對移動通信系統性能具有重要影響，移動信道建模和仿真對移動通信系統的研發具有重要意義。因此，對移動信道建模與仿真進行研究，具有重要的理論意義和實際應用價值。 本文從無線電波的傳播特點出發，分析了無線電波的傳播模型和描述信道特性的主要參數，重點分析了移動小尺度衰落模型；結合無線電波傳輸環境的特點，研究了平坦衰落信道和頻率選擇性信道的特點，設計了基于FPGA的移動無線信道仿真器，同時給予了軟硬件驗證。 本文從衰落的數學模型角度研究了信道傳輸特性，以及各項參數對信道特性的影響。主要做了以下幾個方面的工作： 1.簡要介紹了無線電通信的發展史及信道建模與仿真的意義；論述了信道對無線信號主要的三類影響：自由空間的路徑損失、陰影衰落、多徑衰落；分析了無線通信傳播環境，移動無線通信信道仿真的基本模型，同時介紹了用正弦波疊加法和成型濾波器法建立信道確定型仿真模型的具體實現方法。 2.對移動無線信道特性進行了Matlab仿真，對仿真結果進行了對比分析，對影響信道特性的主要參數設置進行了分析仿真。 3.設計了一種基于FPGA的移動無線信道仿真器，并對實現該仿真器的關鍵技術和實現方法進行了分析。該信道仿真器能夠實時模擬窄帶信號條件下無線信道的主要特點，如多徑時延、多普勒頻移、瑞利衰落等，其主要的技術指標達到了設計要求。該模擬器結構簡單，參數可調，易于擴展，通用性強，可以部分或全部集成到處于研制階段的接收機中，以便于性能測試，也可應用于教學實踐。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著半導體制造技術不斷的進步，SOC(System On a Chip)是未來IC產業技術研究關注的重點。由于SOC設計的日趨復雜化，芯片的面積增大，芯片功能復雜程度增大，其設計驗證工作也愈加繁瑣。復雜ASIC設計功能驗證已經成為整個設計中最大的瓶頸。 使用FPGA系統對ASIC設計進行功能驗證，就是利用FPGA器件實現用戶待驗證的IC設計。利用測試向量或通過真實目標系統產生激勵，驗證和測試芯片的邏輯功能。通過使用FPGA系統，可在ASIC設計的早期，驗證芯片設計功能，支持硬件、軟件及整個系統的并行開發，并能檢查硬件和軟件兼容性，同時還可在目標系統中同時測試系統中運行的實際軟件。FPGA仿真的突出優點是速度快，能夠實時仿真用戶設計所需的對各種輸入激勵。由于一些SOC驗證需要處理大量實時數據，而FPGA作為硬件系統，突出優點是速度快，實時性好?？梢詫OC軟件調試系統的開發和ASIC的開發同時進行。 此設計以ALTERA公司的FPGA為主體來構建驗證系統硬件平臺，在FPGA中通過加入嵌入式軟核處理器NIOS II和定制的JTAG(Joint Test ActionGroup)邏輯來構建與PC的調試驗證數據鏈路，并采用定制的JTAG邏輯產生測試向量，通過JTAG控制SOC目標系統，達到對SOC內部和其他IP(IntellectualProperty)的在線測試與驗證。同時，該驗證平臺還可以支持SOC目標系統后續軟件的開發和調試。 本文介紹了芯片驗證系統，包括系統的性能、組成、功能以及系統的工作原理；搭建了基于JTAG和FPGA的嵌入式SOC驗證系統的硬件平臺，提出了驗證系統的總體設計方案，重點對驗證系統的數據鏈路的實現進行了闡述；詳細研究了嵌入式軟核處理器NIOS II系統，并將定制的JTAG邏輯與處理器NIOS II相結合，構建出調試與驗證數據鏈路；根據芯片驗證的要求，設計出軟核處理器NIOS II系統與PC建立數據鏈路的軟件系統，并完成芯片在線測試與驗證。 本課題的整體任務主要是利用FPGA和定制的JTAG掃描鏈技術，完成對國產某型DSP芯片的驗證與測試，研究如何構建一種通用的SOC芯片驗證平臺，解決SOC驗證系統的可重用性和驗證數據發送、傳輸、采集的實時性、準確性、可測性問題。本文在SOC驗證系統在芯片驗證與測試應用研究領域，有較高的理論和實踐研究價值。
上傳時間： 2013-05-25
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溫濕度是影響糧食儲藏的重要參數，兩者之間是相互關聯的，溫濕度控制不好必然引起糧食發熱和霉變，且極易產生連鎖反應，從而造成難以挽回的損失。溫濕度的控制直接影響到糧食存儲系統的性能。岡此，糧食溫濕度測控技術在農業上的應用是十分重要的。本文研究基于FPGA的糧倉溫濕度監制系統。 設計了基于FPGA的糧倉溫濕度監控系統，該系統主要由溫濕度傳感器、控制電路、單片機和上位機構成。單片機主要完成溫度數據的采集和上位機的通訊；控制電路基于FPGA進行設計，主要負責采集濕度信息，計算溫濕度偏差及其變化率，通過調用模糊控制算法對溫濕度進行模糊控制，單片機通過RS485總線和上位機進行串口通信，使上位機能夠實時記錄，顯示溫濕度變化值和控制過程曲線。該系統實現了糧倉內溫濕度的實時監測，使管理人員可以實時掌控糧倉內的溫濕度情況。 采用FPGA設計控制電路簡化了系統的組成和外圍數字電路，易于系統擴展和升級，內部集成了信號處理、控制、檢測電路，減少了系統的體積，縮短了開發周期，大大增強了系統的可靠性；配合功率驅動、電源等外圍電路，完成信號采集、處理和控制等功能，節省了開發成本，使糧倉溫濕度控制系統更加集成化。這也恰恰更加符合當今電子產品高精度，集成化的要求。 系統采用直接輸出數字量的DS1820溫度傳感器和濕度傳感器HS1101并將HS1101與555定時器組成振蕩電路，其輸出為頻率脈沖信號，與濕度值成線性關系，該頻率脈沖信號可直接送入FPGA進行計數，這樣溫濕度傳感器輸出的信號都沒有經過放大、A/D轉換，進一步減少了測量誤差?？刂齐娐凡捎昧薞HDL硬件描述語言進行編寫。本裝置已作出實樣，通過了調試，已達到預期效果。
上傳時間： 2013-06-16
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國家863項目“飛行控制計算機系統FC通信卡研制”的任務是研究設計符合CPCI總線標準的FC通信卡。本課題是這個項目的進一步引伸，用于設計SCI串行通信接口，以實現環上多計算機系統間的高速串行通信。 本文以此項目為背景，對基于FPGA的SCI串行通信接口進行研究與實現。論文先概述SCI協議，接著對SCI串行通信接口的兩個模塊：SCI節點模型模塊和CPCI總線接口模塊的功能和實現進行了詳細的論述。 SCI節模型包含Aurora收發模塊、中斷進程、旁路FIFO、接受和發送存儲器、地址解碼、MUX。在SCI節點模型的實現上，利用FPGA內嵌的RocketIO高速串行收發器實現主機之間的高速串行通信，并利用Aurora IP核實現了Aurora鏈路層協議；設計一個同步FIFO實現旁路FIFO；利用FPGA上的塊RAM實現發送和接收存儲器；中斷進程、地址解碼和多路復合分別在控制邏輯中實現。 CPCI總線接口包括PCI核、PCI核的配置模塊以及用戶邏輯三個部分。本課題中，采用FPGA+PCI軟核的方法來實現CPCI總線接口。PCI核作為PCI總線與用戶邏輯之間的橋梁：PCI核的配置模塊負責對PCI核進行配置，得到用戶需要的PCI核；用戶邏輯模塊負責實現整個通信接口具體的內部邏輯功能；并引入中斷機制來提高SCI通信接口與主機之間數據交換的速率。 設計選用硬件描述語言VerilogHDL和VHDL，在開發工具Xilinx ISE7.1中完成整個系統的設計、綜合、布局布線，利用Modelsim進行功能及時序仿真，使用DriverWorks為SCI串行通信接口編寫WinXP下的驅動程序，用VC++6.0編寫相應的測試應用程序。最后，將FPGA設計下載到FC通信卡中運行，并利用ISE內嵌的ChipScope Pro虛擬邏輯分析儀對設計進行驗證，運行結果正常。 文章最后分析傳輸性能上的原因，指出工作中的不足之處和需要進一步完善的地方。
上傳時間： 2013-04-24
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根據交通部公布的數據，交通事故呈逐年上升趨勢，交通事故不僅給公民的財產造成了損失，而且給公民的人身安全也會造成威脅。因此如何更好地避免交通事故成為一個焦點課題，汽車安全系統更是成為汽車生產商和研究機構的研究熱點。 當前汽車安全系統有兩大種類：一是被動式安全系統。例如：安全帶，安全氣囊等。二是主動式安全系統。主動安全系統又分為主動被動式和主動自動式。前者有ABS等。后者有汽車自動防撞系統和倒車雷達等。 本文采用激光測距系統，開發一種汽車在高速公路上行駛的主動式防撞系統，本文的重點是開發測距預警系統，采用專門的激光測距芯片和接收芯片，并采用FPGA(Filed Programmable Gate Array)作為主控芯片，對前車進行有效的監控，根據檢測得到的數據，實時提出建議和報警，提醒駕駛員減速或者采取制動措施，從而達到預防追尾碰撞的目的。本文工作主要有以下幾個方面： 1) 在比較分析激光、雷達和毫米波等測距方法的基礎上，根據市場需求及潛在用戶分析，確定采用激光脈沖測距方式。針對激光脈沖測距存在的技術難題，提出以FPGA作為系統核心控制模塊的測距系統設計方案。 2) 根據對車載動態測距系統測量精度、測量頻率和測量范圍的基本要求，結合脈沖激光測距的特點，提出采用多頭脈沖激光測距和多周期脈沖測量的技術方案。該方案可有效提高系統測距精度和測量范圍，降低系統成本。 3) 基于上述方案，完成了基于FPGA的多頭脈沖激光測距系統的各功能模塊的詳細設計、功能仿真、綜合優化及板級測試實驗。實驗表明，各主要功能模塊基本達到預期設計要求，為測距系統的后期開發奠定了基礎。 4) 完成了激光測距傳感器外圍光電轉換電路、電源轉換電路及通訊接口的設計、制作、安裝及實驗室調試。 5) 最后對論文研究工作進行了總結，提出了系統的不足之處和進一步研究工作的方向。
上傳時間： 2013-05-24
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直接數字頻率合成(DDS)是七十年代初提出的一種新的頻率合成技術，其數字結構滿足了現代電子系統的許多要求，因而得到了迅速的發展。現場可編程門陣列器件(FPGA)的出現，改變了現代電子數字系統的設計方法，提供了一種全新的設計模式。本論文結合這兩項技術，并利用單片機控制靈活的特點，開發了一種雙通道波形發生器。在實現過程中，選用了Altera公司的EP1C6Q240C8芯片作為產生波形數據的主芯片，充分利用了該芯片的超大集成性和快速性。在控制芯片上選用ATMAL的AT89C51單片機作為控制芯片。本設計中，FPGA芯片的設計和與控制芯片的接口設計是一個難點，本文利用Altera的設計工具Quartus Ⅱ并結合Verilog-HDL語言，采用硬件編程的方法很好地解決了這一問題。 本文首先介紹了波形發生器的研究背景和DDS的理論。然后詳盡地敘述了用EP1C6Q240C8完成DDS模塊的設計過程，這是設計的基礎。接著分析了整個設計中應處理的問題，根據設計原理就功能上進行了劃分，將整個儀器功能劃分為控制模塊、外圍硬件、FPGA器件三個部分來實現。然后就這三個部分分別詳細地進行了闡述。并且通過系列實驗，詳細地分析了該波形發生器的功能、性能、實現和實驗結果。最后，結合在設計中的一些心得體會，提出了本設計中的一些不足和改進意見。通過實驗說明，本設計達到了預定的要求，并證明了采用軟硬件結合，利用FPGA實現基于DDS架構的雙路波形發生器是可行的。
上傳時間： 2013-06-09
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人臉識別技術繼指紋識別、虹膜識別以及聲音識別等生物識別技術之后，以其獨特的方便、經濟及準確性而越來越受到世人的矚目。作為人臉識別系統的重要環節—人臉檢測，隨著研究的深入和應用的擴大，在視頻會議、圖像檢索、出入口控制以及智能人機交互等領域有著重要的應用前景，發展速度異常迅猛。 FPGA的制造技術不斷發展，它的功能、應用和可靠性逐漸增加，在各個行業也顯現出自身的優勢。FPGA允許用戶根據自己的需要來建立自己的模塊，為用戶的升級和改進留下廣闊的空間。并且速度更高，密度也更大，其設計方法的靈活性降低了整個系統的開發成本，FPGA 設計成為電子自動化設計行業不可缺少的方法。 本文從人臉檢測算法入手，總結基于FPGA上的嵌入式系統設計方法，使用IBM的Coreconnect掛接自定義模塊技術。經過訓練分類器、定點化、以及硬件加速等方法后，能夠使人臉檢測系統在基于Xilinx的Virtex II Pro開發板上平臺上，達到實時的檢測效果。本文工作和成果可以具體描述如下： 1. 算法分析：對于人臉檢測算法，首先確保的是檢測率的準確性程度。本文所采用的是基于Paul Viola和Michael J.Jones提出的一種基于Adaboost算法的人臉檢測方法。算法中較多的是積分圖的特征值計算，這便于進一步的硬件設計。同時對檢測算法進行耗時分析確定運行速度的瓶頸。 2. 軟硬件功能劃分：這一步考慮市場可以提供的資源狀況，又要考慮系統成本、開發時間等諸多因素。Xilinx公司提供的Virtex II Pro開發板，在上面有可以供利用的Power PC處理器、可擴展的存儲器、I/O接口、總線及數據通道等，通過分析可以對算法進行細致的劃分，實現需要加速的模塊。 3. 定點化：在Adaboost算法中，需要進行大量的浮點計算。這里采用的方法是直接對數據位進行操作它提取指數和尾數，然后對尾數執行移位操作。 4. 改進檢測用的級聯分類器的訓練，提出可以迅速提高分類能力、特征數量大大減小的一種訓練方法。 5. 最后對系統的整體進行了驗證。實驗表明，在視頻輸入輸出接入的同時，人臉檢測能夠達到17fps的檢測速度，并且獲得了很好的檢測率以及較低的誤檢率。
上傳時間： 2013-07-01
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軟件無線電(Software Radio)具有高度靈活性、開放性，很容易實現與現有和未來多種電臺的兼容，能最大限度的滿足了互聯互通的要求。而基于多相濾波器組的信道化軟件無線電接收技術以其固有的全概率接收、降采樣速率以及其大幅提高運算速率的能力越來越受到重視。本文主要研究了基于現場可編程門陣列(FPGA)的軟件無線電信道化中頻接收技術設計與實現。 首先介紹了軟件無線電的基本概念以及其發展狀況，深入討論了軟件無線電的基本理論，主要介紹了設計中所用到的帶通采樣技術、信號的抽取技術與多相濾波技術。 然后簡要介紹了信道化中頻接收機的射頻(Radio Frequency，RF)前端接收技術，設置寬中頻超外差接收機射頻前端的設計指標，給出了改進的實信號濾波器組低通型實現結構，并依此推導和建立了實信號多相濾波器組信道化中頻接收機的數學模型。 最后基于EP1S80開發平臺實現了實信號多相濾波器組信道化的中頻接收機。給出了多相濾波器、抽取運算、FFT運算、信道劃分以及復乘運算的設計方案。仿真結果表明，該接收機能夠實現對中頻信號的正確接收，驗證了系統設計的可行性。
上傳時間： 2013-05-24
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