隨著現代工業的高速發展，電力系統的非線性負荷日益增多，嚴重地污染了電網的環境，威脅著電網中的各種電氣設備的安全經濟運行，不論從保證電力系統和供電系統的安全經濟運行或是從保證設備和人身的安全來看，對諧波污染造成的危害影響加以經常監測和限制都是極為迫切的。諧波測量是諧波治理的重要前提條件，也是分析解決諧波治理問題的基本問題。國內外已有各種諧波檢測的研究，形成了多種諧波檢測方法，基于快速傅立葉變化的FFT是當前諧波檢測中應用最為廣泛的一種諧波檢測方法。特別是經過技術補償后的FFT算法，在諧波檢測中具有更好的性能。但該方法在實現上主要是采用通用DSP器件(比如TI公司產品)，其實時性不強，影響了檢測性能。隨著微電子技術和數字信號處理技術的發展，基于FPGA的數字信號處理具有高速、開發簡便、易于形成ASIC等優勢而得到了廣泛的應用。論文在分析諧波測量方法的基礎上，提出了基于FPGA實現電網諧波測量系統。以嵌入式處理器NiosⅡ為核心，實現了電網諧波分析的周期圖功率譜分析方法。在整個系統硬件設計的基礎上，主要完成了基-28點、16點、32的FFT模塊、完成了求模運算模塊以及輸出顯示模塊。通過比較仿真得到的方波、正弦信號的譜結構與實際系統輸出的譜結構，驗證了該實現方法的正確性。
上傳時間： 2013-06-30
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隨著各種非線性電力電子設備的大量應用，電網中的諧波污染日益嚴重。為了保證電力系統的安全經濟運行，保證電氣設備和用電人員的安全，治理電磁環境污染、維護綠色環境，研究實時、準確的電力諧波分析系統，對電網中的諧波進行實時檢測、分析和監控，都具有重要的理論和工程實際意義。 目前實際應用的電力諧波分析系統大多是以單片機為核心組成。單片機運行速度慢，實時性較差，不能滿足實際應用中對系統實時性越來越高的要求。另外，單片機的地址線和數據線位數較少，這使得由單片機構成的電力諧波分析系統外圍電路龐大，系統的可靠性和可維護性上都大打折扣。 本文首先研究了電力諧波的產生，危害及國內外研究現狀，對電力諧波檢測中常用的各種算法進行分析和比較；然后介紹了FPGA芯片的特性和SOPC系統的特點，并分析比較了傳統測量諧波裝置和基于FPGA的新型諧波測量儀器的特性。綜述了可編程元器件的發展過程、主要工藝發展及目前的應用情況。 然后，對整個諧波處理器系統的框架及結構進行描述，包括系統的功能結構分配，外圍硬件電路的結構及軟件設計流程。其后，針對系統外圍硬件電路、FFTIP核設計和SOPC系統的組建，進行詳細的分析與設計。系統采用NiosⅡ處理器核和FFT運算協處理器相結合的結構。FFT運算用專門的FFT運算協處理器核完成，使得系統克服的單片機系統實時性差和速度慢的缺點。FFTIP核采用現在ASIC領域的一種主流硬件描述語言VHDL進行編寫，采用順序的處理結構和IEEE浮點標準運算，具有系統簡單、占用硬件資源少和高運算精度的優點。諧波分析儀系統組建采用SOPC系統。SOPC系統具有可對硬件剪裁和添加的特點，使得系統的更簡單，應用面更廣，專用性更強的優點。最后，給出了對系統中各模塊進行仿真及系統生成的結果。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著 EDA 技術及微電子技術的飛速發展，現場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，簡稱 FPGA)的性能有了大幅度的提高，FPGA的設計水平也達到了一個新的高度。基于FPGA的嵌入式系統設計為現代電子產品設計帶來了更大的靈活性，以Nios Ⅱ軟核處理器為核心的SOPC(System on Programmable Chip)系統便是把嵌入式系統應用在FPGA上的典型例子，本文設計的指紋識別模塊就是基于FPGA的Nios Ⅱ處理器為核心的SOPC設計。通過IP核技術和靈活的軟硬件編程，實現Nios Ⅱ對FPGA外圍器件的控制，并對指紋處理算法進行了改進，研究了指紋識別算法到Nios Ⅱ系統的移植。 本文首先闡述了指紋識別模塊的SOPC設計方案，然后是對模塊的詳細設計。在硬件方面，完成了指紋識別模塊的 FPGA 硬件設計，包括 FPGA 內部的Nios Ⅱ系統硬件設計和 FPGA 外圍電路設計。前者利用 SOPC Builder將Nios Ⅱ處理器、指紋讀取接口 UART、鍵盤與LCD顯示接口、FLASH接口、SDRAM控制器構建成NiosⅡ硬件系統，后者是電源和時鐘電路、SDRAM存儲器電路、FLASH存儲器電路、LCD顯示電路、指紋傳感器電路、FPGA 配置電路這些純實物硬件設計，給出了設計方法和電路連接圖。 在軟件方面，包括下面兩個內容： 完成 FPGA 外圍器件程序設計，實現對外圍器件的操作。 深入的研究了指紋識別算法。對指紋圖像識別算法中的指紋圖像濾波和匹配算法進行了分析，提出了指紋圖像增強改進算法和匹配改進算法，通過試驗，改進后的指紋圖像濾波算法取得了較好的指紋圖像增強效果。改進后的匹配算法速度較快，誤識率較低。最后研究了指紋識別算法如何在FPGA中的Nios Ⅱ系統的實現。
上傳時間： 2013-06-12
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可靠通信要求消息從信源到信宿盡量無誤傳輸，這就要求通信系統具有很好的糾錯能力，如使用差錯控制編碼。自仙農定理提出以來，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。 本論文在現場可編程門陣列(FPGA)平臺上實現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，并行子譯碼器數和最大迭代次數均為4時，可支持8.2Mbps的編譯碼數掘吞吐量，而譯碼時延小于124us。本文還使用EP2C35FPGA芯片設計了系統開發板。該開發板可提供高速以太網MAC／PHY和PCI接口，很好地滿足了通信系統需求。系統測試結果表明，本文所實現的并行Turbo編譯碼器及其開發板運行正確、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，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架構處理系統和基于NIOSII處理器和uC／0S一2操作系統的架構。第四章介紹了FPGA系統開發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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JPEG是聯合圖像專家組(Joint Picture Expert Group)的英文縮寫，是國際標準化組織(ISO)和CCITT聯合制定的靜態圖像壓縮編碼標準。JPEG的基于DCT變換有損壓縮具有高壓縮比特點，被廣泛應用在數據量極大的多媒體以及帶寬資源寶貴的網絡程序中。 動態圖像的JPEG編解碼處理要求圖像恢復質量高、實時性強，本課題就是針對這兩個方面的要求展開的研究。該系統由圖像編碼服務器端和圖像解碼客戶端組成。其中，服務器端實時采集攝像頭傳送的動態圖像，進行JPEG編碼，通過網絡傳送碼流到客戶端；客戶端接收碼流，經過JPEG解碼，恢復出原始圖像送VGA顯示。設計結果完全達到了實時性的要求。 本文從系統實現的角度出發，首先分析了系統開發平臺，介紹FPGA的結構特點以及它的設計流程和指導原則；然后從JPEG圖像壓縮技術發展的歷程出發，分析JPEG標準實現高壓縮比高質量圖像處理的原理；針對FPGA在算法實現上的特點，以及JPEG算法處理的原理，按照編碼和解碼順序，研究設計了基于改進的DA算法的FDCT和IDCT變換，以及按發生頻率進行優化的霍夫曼查找表結構，并且從系統整體上對JPEG編解碼進行簡化，以提高系統的處理性能。最后，通過分析Nios嵌入式微處理器可定制特性，根據SOPC Builder中Avalon總線的要求，把圖像采集，JPEG圖像壓縮和網絡傳輸轉變成用戶自定義模塊，在SOPC Builder下把用戶自定義模塊添加到系統中，由Nios嵌入式軟核的控制下運行，在FPGA芯片上實現整個JPEG實時圖像編解碼系統(soc)。 在FPGA上實現硬件模塊化的JPEG算法，具有造價低功耗低，性能穩定，圖像恢復后質量高等優點，適用于精度要求高且需要對圖像進行逐幀處理的遠程微小目標識別和跟蹤系統中以及廣電系統中前期的非線性編輯工作以及數字電影的動畫特技制作，對降低成本和提高圖像處理速度兩方面都有非常重大的現實意義。通過在FPGA上實現JPEG編解碼，進一步探索FPGA在數字圖像處理上的優勢所在，深入了解進行此類硬件模塊設計的技術特點，是本課題的重要學術意義所在。
上傳時間： 2013-04-24
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在數字電視系統中，MPEG-2編碼復用器是系統傳輸的核心環節，所有的節目、數據以及各種增值服務都是通過復用打包成傳輸流傳輸出去。目前，只有少數公司掌握復用器的核心算法技術，能夠采用MPEG-2可變碼率統計復用方法提高帶寬利用率，保證高質量圖像傳輸。由于目前正處廣播電視全面向數字化過渡期間，市場潛力巨大，因此對復用器的研究開發非常重要。本文針對復用器及其接口技術進行研究并設計出成形產品。 文中首先對MPEG-2標準及NIOS Ⅱ軟核進行分析。重點研究了復用器中的部分關鍵技術：PSI信息提取及重構算法、PID映射方法、PCR校正及CRC校驗算法，給出了實現方法，并通過了硬件驗證。然后對復用器中主要用到的AsI接口和DS3接口進行了分析與研究，給出了設計方法，并通過了硬件驗證。 本文的主要工作如下： ●首先對復用器整體功能進行詳細分析，并劃分軟硬件各自需要完成的功能。給出復用器的整體方案以及ASI接口和DS3接口設計方案。 ●在FPGA上采用c語言實現了PSI信息提取與重構算法。 ●給出了實現快速的PID映射方法，并根據FPGA特點給出一種新的PID映射方法，減少了邏輯資源的使用，提高了穩定性。 ●采用Verilog設計了SI信息提取與重構的硬件平臺，并用c語言實現了SDT表的提取與重構算法，在FPGA中成功實現了動態分配內存空間。 ●在FPGA上實現了．ASI接口，主要分析了位同步的實現過程，實現了一種新的快速實現字節同步的設計。 ●在FPGA上實現了DS3接口，提出并實現了一種兼容式DS3接口設計。并對幀同步設計進行改進。 ●完成部分PCB版圖設計，并進行調試監測。 本復用器設計最大特點是將軟件設計和硬件設計進行合理劃分，硬件平臺及接口采用Verilog語言實現，PSI信息算法主要采用c語言實現。這種軟硬件的劃分使系統設計更加靈活，且軟件設計與硬件設計可同時進行，極大的提高了工作效率。 整個項目設計采用verilog和c兩種語言完成，采用Altera公司的FPGA芯片EP1C20，在Quartus和NIOS IDE兩種設計平臺下設計實現。根據此方案已經開發出兩臺帶有ASI和DS3接口的數字電視TS流復用器，經測試達到了預期的性能和技術指標。
上傳時間： 2013-06-10
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該論文基于NIOS Ⅱ軟核處理器和Altera的FPGA技術，設計了一種便攜式的振動頻譜分析儀，用于旋轉機械的故障監測和診斷。以SOPC技術為手段，將信號采集和信號處理電路通過可編程片上系統來實現，其特點是將對ADC的控制、數字信號的濾波、快速傅立葉變換的設計，通過FPGA芯片集成在一起，以NIOS Ⅱ來完成32位CPU的狀態控制功能。工程機械、汽車車輛中都存在諸如發動機類的旋轉機械，這類設備的異常振動往往會影響正常工作，嚴重時還會出現各種重大事故，該分析儀可以實時地或定期地對發動機、齒輪箱等旋轉機械進行振動頻譜分析和監測，運用于民用機械能產生非常好的經濟效益。 該論文從四個方面進行了研究工作。其一，利用FPGA對ADC芯片的工作進行控制，使其在規定的時間內與DSP模塊進行數據交換，并對ADC各引腳時序進行控制，使兩者協調同步工作，編制了相應的VHDL語言程序。其二，采用SOPC Builder設計開發，實現了基于NIOS Ⅱ的32位CPU軟核，創建了相應的C/C++和匯編的宏代碼，使得軟件可以訪問用戶自定義邏輯。對頂層設計產生的VHDL的RTL代碼和仿真文件進行了綜合、編譯適配以及仿真。其三，配合Matlab和DSP Builder的強大功能進行DSP模塊設計，開發出了FIR和FFT等功能模塊，并且添加到SOPC系統中，使其可以由NIOS Ⅱ很容易的調用。其四，在NIOS Ⅱ系統中添加了uC/OS Ⅱ操作系統，提高了整個系統的穩定性，并且降低了開發難度，提高了系統升級的能力。由于整個設計是基于FPGA開發的，所以該系統包括了所有FPGA系統的特點，包括并行的DSP處理、在系統可編程、升級簡單等特點，極易使設計產品化。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著微電子技術的發展，國內外紅外成像技術也得到了廣泛的應用和研究。各國軍方針對現代戰爭和未來信息戰的新形勢，對熱成像技術提出了更高的要求，希望今后能研制出性能更佳、體積更小、分辨率和靈敏度更高、作用距離更遠、價格更低的紅外成像系統。 CCD 成像系統的關鍵技術是 CCD 器件設計和圖像處理。本課題通過對CCD 圖像處理技術的研究，采用嵌入式 Nios Ⅱ+FPGA 的工作方式，充分發揮嵌入式 Nios Ⅱ處理器靈活性和 FPGA 處理速度快的優點，構建出結構靈活、處理速度高以及功能完善的圖像處理系統。該系統能同時實時實現兩點校正算法、加權濾波算法、對比度增強算法以及疵點補償等多項功能。 本系統成功應用于國內某研究所研制的目前國內最大型面陣 (PtSi 512×512) CCD 焦平面探測器成像組件中，得到了良好的成像效果；同時，由該處理系統構成的 InGaAs 成像組件也處于國內領先水平。從長遠來看，該項技術應用于中電 44 所多種成像組件項目的研究中，推動了 PtSi 256×256、PtSi 512×512 焦平面探測器成像組件以及 4096×96TDI CCD 成像組件的工程化應用進程。
上傳時間： 2013-05-22
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汽車工業在國民經濟增長中發揮著越來越重要的作用。近幾年，雖然我國的汽車工業已經得到了飛速的發展，但汽車ECU(Electronic Control Unit)的設計制造一直無法實現國產化，嚴重制約了汽車工業的發展。針對這個現狀，本課題對于ECU的設計進行了初步研究。首次嘗試了基于SOPC技術的ECU系統設計，并利用dSPACE實時仿真發動機，完成了ECU的硬件在回路仿真，對控制效果進行了測試和分析。 目前，市場上的ECU系統都是基于專用單片機的。本文首先對現有的汽車發動機控制器結構進行了分析比較，總結出ECU的主要組成部件；而后通過各類方案的對比，確定了本課題采用基于FPGA的嵌入NIOS Ⅱ軟核的SOPC技術方案。 之后，進行了汽車發動機模型搭建和控制算法的設計。發動機模型以Hendricks提出的均值模型為基礎，參考mathworks公司的發動機建模方案進行設計。并在該模型基礎上，參考Fekete提出的針對多缸發動機的基于模型的空燃比控制策略和mathworks發動機控制方案，建立了以控制空燃比為核心的發動機噴油控制算法。并通過simulink的仿真，驗證了模型和算法的合理有效性。 基于系統設計總體方案，完成了ECU硬件電路設計，并在該系統中完成了上述算法的移植和優化。最后，利用dSPACE實時仿真發動機，進行ECU的硬件在回路仿真，對本文設計的ECU系統進行了測試。證實了該ECU方案在空燃比控制方面取得了較好的效果。 本論文以大量的圖示形式介紹了發動機模型和系統軟硬件設計，使得系統結構和軟件流程等一目了然，淺顯易懂。同時論文中采用的基于SOPC技術的ECU設計具有一定創新性，對于其他ECU系統的開發和設計具有一定指導意義。
上傳時間： 2013-07-11
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基于FPGA的智能小車系統就是本地計算機通過接入Internet小車實現對遠端工作現場、危險工作地段等特殊環境進行監視和控制的系統。智能小車是智能行走機器人的一種，這種智能小車可以適應不同環境，不受溫度、濕度、空間、磁場輻射、重力等條件的影響，可以在人類無法進入或生存的環境中完成人類無法完成的探測任務。適用于國防及民用多個領域。整個系統以遙控小車裝置為基礎，通過配置在上面的攝像頭實現圖像的采集及對行車道的檢測，通過配置的紅外測溫儀探測環境和目標的溫度，具有一定的智能性。其明顯的優點是可以通過網絡遠程控制小車運行及采集現場的溫度、圖像等相關信息，完成人類在特定條件下無法完成的工作。對人類的科學研究、探索未知領域、遠程監控等有著重要的意義。 論文在深入研究SOPC和嵌入式操作系統的基礎上，提出了基于FPGA的智能小車遠程監控方案。采用FPGA來實現，可以充分利用現有的IP核，功能擴展容易，設計開發成本低，上市時間快，修改方便，甚至可以遠程重構系統。與單片機相比，集成度高，可靠性好，調試和維護方便。 論文主要內容包括以下幾個部分：在對智能小車功能分析的基礎上，設計了硬件系統，并在FPGA上構建了基于Nios Ⅱ的嵌入式系統，配置了SPI、串行口和以太網接口模塊和驅動程序，以及各種存儲器。移植了μClinux操作系統，配置嵌入式Web服務器，編寫CGI程序，設計了動態網頁；并對行車道檢測系統進行了研究，在DSP Builder中構建了該模塊，并在Matlab中進行了仿真。在研究數碼相機模塊和紅外測溫模塊的基礎上，編寫了圖像采集和溫度測量程序以及小車運動控制程序，并對系統進行了調試，初步達到通過Internet實現遠程監控的目的。
上傳時間： 2013-08-05
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