數據采集 基于DSP和FPGA的高精度數據采集卡設計
上傳時間： 2013-08-29
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隨著當今科學技術的迅猛發展，數字圖像處理技術正在各個行業得到廣泛的應用，而FPGA技術的不斷成熟改變了通常采用并行計算機或數字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)等作為嵌入式處理器的慣例。可編程邏輯器件(FPGA)憑借其較低的開發成本、較高的并行處理速度、較大的靈活性及其較短的開發周期等特點，在圖像處理系統中有獨特的優勢。 本文提出了一種基于FPGA的圖像采集處理系統解決方案，并選用低成本高性能的Altera公司的CycloneIII系列FPGA EP3C40F324為核心，設計開發了圖像采集處理的軟硬件綜合系統。文章闡述了如何在FPGA中嵌入NiosII軟核處理器并完成圖像采集處理系統功能的設計方案。硬件電路上，系統設計了三塊電路板：FPGA核心處理板、圖像采集卡、圖像顯示卡，其中通過I2C總線對采集卡的工作模式進行配置，在采集模塊控制下，將采集到的圖像數據存儲到SDRAM；根據VGA顯示原理及其時序關系，設計了VGA顯示輸出控制模塊，合成了VGA工作的控制信號，又根據VGA顯示器的工業標準，合成VGA接口的水平和幀同步信號。邏輯硬件上，應用SOPCBuilder工具生成了FPGA內部的邏輯硬件功能模塊，定制了NiosII IP core、CMOS圖像采集模塊、VGA Controller及其I2C總線接口，系統各模塊間通過Avalon總線連接起來。軟件部分，在NiosII內核處理器上實現了彩色圖像顏色空間轉換、二值化、形態學腐蝕處理及其目標定位等算法。實驗結果證明了本文提出的方案及算法的正確性，可行性。
上傳時間： 2013-08-05
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隨著微電子技術的高速發展，實時圖像處理在多媒體、圖像通信等領域有著越來越廣泛的應用。FPGA就是硬件處理實時圖像數據的理想選擇，基于FPGA的圖像處理專用系統的研究將成為信息產業的新熱點。 @@ 本文詳細介紹了一種基于FPGA開發板的實時圖像采集與顯示系統，該系統由前端視頻采集單元、圖像存儲單元、圖像顯示單元三部分組成。它的主要功能有：對攝像頭送來的視頻數據進行采集，并采用PHILIPS公司的專用視頻解碼芯片SAA7113將模擬視頻轉化成數字視頻；將采集進來的數據存儲到FPGA開發板內嵌的SDRAM中；采用PHILIPS公司的專用視頻編碼芯片SAA7121將數字視頻信號轉換為模擬信號送顯示器輸出。 @@ 系統在Quartus II 5.0、Model Sim6.0軟件平臺下開發并在硬件上得到實現，達到預期效果。FPGA實現圖像采集顯示是一種有效，簡便、經濟的方法，因此該課題具有廣闊的應用前景和市場價值。 @@關鍵詞：FPGA，I2C總線，視頻采集，SDRAM，視頻顯示
上傳時間： 2013-06-06
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隨著電子技術的快速發展，各種電子設備對時間精度的要求日益提升。在衛星發射、導航、導彈控制、潛艇定位、各種觀測、通信等方面，時鐘同步技術都發揮著極其重要的作用，得到了廣泛的推廣。對于分布式采集系統來說，中心主站需要對來自于不同采集設備的采集數據進行匯總和分析，得到各個采集點對同一事件的采集時間差異，通過對該時間差異的分析，最終做出對事件的準確判斷。如果分布式采集系統中的各個采集設備不具有統一的時鐘基準，那么得到的各個采集時間差異就不能反映出實際情況，中心主站也無法準確地對事件進行分析和判斷，甚至得出錯誤的結論。因此，時鐘同步是分布式采集系統正常運作的必要前提。 目前國內外時鐘同步領域常用的技術有GPS授時技術，鎖相環技術和IRIG-B 碼等。GPS授時技術雖然精度高，抗干擾性強，但是由于需要專用的GPS接收機，若單純使用GPS 授時技術做時鐘同步，就需要在每個采集點安裝接收機，成本較高。鎖相環是一種讓輸出信號在頻率和相位上與輸入參考信號同步的技術，輸出信號的時鐘準確度和穩定性直接依賴于輸入參考信號。IRIG-B 碼是一種信息量大，適合傳輸的時間碼，但是由于其時間精度低，不適合應用于高精度時鐘同步的系統。基于上述分析，本文結合這三種常用技術，提出了一種基于FPGA的分布式采集系統時鐘同步控制技術。該技術既保留了GPS 授時的高精確度和高穩定性，又具備IRIG-B時間碼易傳輸和低成本的特性，為分布式采集系統中的時鐘同步提供了一種新的解決方案。 本文中的設計采用了Ublox公司的精確授時GPS芯片LEA-5T，通過對GPS芯片串行時間信息解碼，獲得準確的UTC時間，并實現了分布式采集系統中各個采集設備的精確時間打碼。為了能夠使整個分布式采集系統具有統一的高精度數據采集時鐘，本論文采用了數模混合的鎖相環技術，將GPS 接收芯片輸出的高精度秒信號作為參考基準，生成了與秒信號高精度同步的100MHZ 高頻時鐘。本文在FPGA 中完成了IRIG-B 碼的編碼部分，將B 碼的準時標志與GPS 秒信號同步，提高了IRIG-B 碼的時間精度。在分布式采集系統中，IRIG-B時間碼能直接通過串口或光纖將各個采集點時間與UTC時間統一，節約了各點布設GPS 接收機的高昂成本。最后，通過PC104總線對時鐘同步控制卡進行了數據讀取和測試，通過實驗結果的分析，提出了改進方案。實驗表明，改進后的時鐘同步控制方案具有很高的時鐘同步精度，對時鐘同步技術有著重大的推進意義！
上傳時間： 2013-08-05
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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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數據采集是信號與信息系統中一個重要的組成部分，也是數字信號處理的關鍵環節。本論文主要介紹一種基于FPGA的數據采集系統，提出一種由高速A/D轉換芯片、高性能FPGA和PCI總線接口組成的數據采集系統方案及其的硬件電路實現方法。該系統利用AD器件對信號進行放大、差分轉換和模數轉換，利用FPGA設計內部模塊和時鐘信號來進行電路控制及實現數據緩存、數據傳遞等功能，最后通過PCI邏輯接口把暫存在FPGA的數據傳送到PC主機。FPGA作為采集系統的核心部件，完成了內部數字電路設計，使系統具有很高的可適應性、可擴展性和可調試性。 本論文從研究數據采集的理論出發，重點研究了A/D模數轉換、FPGA芯片設計及PCI總結接口設計，完成了系統的各級電路硬件設計，并通過系統仿真驗證了系統的可行性。
上傳時間： 2013-04-24
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近紅外光譜法是血液成分無創檢測方法中的熱點，也是取得成果最多的方法之一。但是，個體差異和測量條件是影響近紅外光譜血液成分無創檢測的一個較突出的問題。而動態光譜法就是針對這個問題而提出的一種全新的近紅外無創血液成分濃度檢測方法。它從原理上消除了個體差異和測量條件等對光譜檢測的影響，為基于近紅外光譜法的血液成分無創檢測方法進入臨床應用去除了一個較為關鍵的障礙。因此，本文根據動態光譜檢測原理設計了基于FPGA的動態光譜數據采集系統。 在分析了動態光譜數據采集系統的性能要求后，采用DALSA的高性能線陣CCD IL-C6-2048C作為光電轉換器件；根據CCD輸出數據的高速度和信號微弱及含有噪聲等特點，選用了高速、高精度、并帶有相關雙采樣芯片的圖像處理芯片AD9826作為模數轉換器件；以FPGA及其內嵌的NIOSⅡ處理器作為核心控制器，并用LabVIEW對采集得到的數據進行顯示。 在FPGA中，利用Verilog HDL語言編寫了CCD和AD9826的控制時序；利用兩塊雙口RAM組成乒乓操作單元，實現高速數據的緩存，避免利用NiosⅡ處理器直接讀取時的頻繁中斷。將NIOSⅡ處理器系統嵌入到FPGA中，實現整個系統的管理。NiOSⅡ處理器利用中斷方式讀取緩存單元中的數據、經對數變換后傳遞給計算機。其中緩存數據的讀取及對數變換均采用自定義組件的方式將硬件單元添加到NIOSⅡ系統中，編程時直接調用。NIOSⅡ系統通過串口將處理后的數據傳遞給LabVIEW， LabVIEW對數據簡單處理后顯示，以實時觀察采樣數據是否正確。 最后對系統進行了實驗測試，實驗結果表明，系統能夠很好的采集并顯示數據，能夠初步完成光信號的檢測。
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： 2013-07-27
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隨著計算機技術的突飛猛進以及移動通訊技術在日常生活中的不斷深入，數據采集不斷地向多路、高速、智能化的方向發展。本文針對此需求，實現了一種應用FPGA的多路、高速的數據采集系統，從而為測量儀器提供良好的采集數據。 本文設計了一種基于AD+FPGA+DSP的多路數據采集處理系統，針對此系統設計了基于AD9446的模數轉換采集板，再將模數轉換采集板的數據傳送至基于FPGA的采集控制模塊進行數據的壓縮以及緩沖存儲，最后由DSP調入數據進行數據的處理。本文的設計主要分為兩部分，一部分為模數轉換采集板的設計與調試，另一部分為采集控制模塊的設計與仿真。 經設計與調試，模數轉換模塊可為系統提供穩定可靠的數據，能穩定工作在百兆的頻率下；采集控制模塊能實時地完成數據壓縮與數據緩沖，并能通過時鐘管理模塊來控制前端AD的采樣，該模塊也能穩定工作在百兆的頻率下。該系統為多路、高速的數據采集系統，并能穩定工作，從而能滿足電子測量儀器的要求。關鍵詞：數據采集；FPGA；AD9446
上傳時間： 2013-06-04
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目前，數字信號處理廣泛應用于通信、雷達、聲納、語音與圖像處理等領域，信號處理算法理論己趨于成熟，但其具體硬件實現方法卻值得探討。FPGA是近年來廣泛應用的超大規模、超高速的可編程邏輯器件，由于其具有高集成度、高速、可編程等優點，大大推動了數字系統設計的單片化、自動化，縮短了單片數字系統的設計周期、提高了設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用。本文對FPGA的數據采集與處理技術進行研究，基于FPGA在數據采樣控制和信號處理方面的高性能和單片系統發展的新熱點，把FPGA作為整個數據采集與處理系統的控制核心。主要研究內容如下： FPGA的單片系統研究。針對數據采集與處理，對FPGA進行選型，設計了基于FPGA的單片系統的結構。把整個控制系統分為三個部分：多通道采樣控制模塊，數據處理模塊，存儲控制模塊。 多通道采樣控制模塊的設計。利用4片AD7506和一片AD7862對64路模擬量進行周期采樣，分別設計了通道選擇控制模塊和A/D轉換控制模塊，并進行了仿真，完成了基于FPGA的多通道采樣控制。 數據處理模塊的設計。FFT算法在數字信號處理中占有重要的地位，因此本文研究了FFT的硬件實現結構，提出了用FPGA實現FFT的一種設計思想，給出了總體實現框圖。分別設計了旋轉因子復數乘法器，碟形運算單元，存儲器，控制器，并分別進行了仿真。重點設計實現了FFT算法中的蝶形處理單元，采用了一種高效乘法器算法設計實現了蝶形處理單元中的旋轉因子乘法器，從而提高了蝶形處理器的運算速度，降低了運算復雜度。理論分析和仿真結果表明，狀態機控制器成功地對各個模塊進行了有序、協調的控制。 存儲控制模塊的設計。利用閃存芯片K9K1G08UOA對采集處理后的數據進行存儲，設計了FPGA與閃存的硬件連接，設計了存儲控制模塊。 本文對FFT算法的硬件實現進行了研究，結合單片系統的特點，把整個系統分為多通道采樣控制模塊，數據處理模塊，存儲控制模塊進行設計和仿真。設計采用VHDL編寫程序的源代碼。仿真測試結果表明，此FPGA單片系統可完成對實時信號的高速采集與處理。
上傳時間： 2013-04-24
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