本課題完成了基于FPGA的數(shù)據(jù)采集器以及IIC總線的模數(shù)轉(zhuǎn)換器部分、通訊部分的電路設(shè)計。其中FPGA采用Xilinx公司Spartan-Ⅱ系列的XC2S100芯片，在芯片中嵌入32位軟處理器MicroBlaze;ⅡC總線的模數(shù)轉(zhuǎn)換采用Microchip公司的MCP3221芯片，通訊部分則在FPGA片內(nèi)用VHDL語言實現(xiàn)。通過上述設(shè)計實現(xiàn)了“準單片化”的模擬量和數(shù)字量的數(shù)據(jù)采集和處理。 所設(shè)計的數(shù)據(jù)采集器可以和結(jié)構(gòu)類似的上位機通訊，本課題完成了在上位機中用VHDL語言實現(xiàn)的通信電路模塊。通過上述兩部分工作，將微處理器、數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器等數(shù)字邏輯電路均集成在同一個FPGA內(nèi)部，形成一個可編程的片上系統(tǒng)。FPGA片外僅為模擬器件和開關(guān)量驅(qū)動芯片。FPGA內(nèi)部的硬件電路采用VHDL語言編寫；MCU軟核工作所需要的程序采用C語言編寫。多臺數(shù)據(jù)采集器與服務(wù)器構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。服務(wù)器端軟件用VB開發(fā)，既可以將實時采集的數(shù)據(jù)以數(shù)字方式顯示，也可以用更加直觀的曲線方式顯示。 由于數(shù)據(jù)采集器是所有自控類系統(tǒng)所必需的電路模塊，所以一個通用的片上系統(tǒng)設(shè)計可以解決各類系統(tǒng)的應(yīng)用問題，達到“設(shè)計復用”(DesignReuse)的目的。采用基于FPGA的SOPC設(shè)計的更加突出的優(yōu)點是不必更換芯片就可以實現(xiàn)設(shè)計的改進和升級，同時也可以降低成本和提高可靠性。
標簽： FPGA SOPC 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-12
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碼分多址(CDMA)通信方式以其特有的抗干擾性、多址能力和多徑分集能力，而成為第三代移動通信系統(tǒng)的主要技術(shù)。其中Rake接收技術(shù)是CDMA系統(tǒng)中的一項關(guān)鍵技術(shù)。隨著通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，Rake接收技術(shù)以其有效的抗衰落的能力一直是人們研究的熱點。人們不斷的對傳統(tǒng)的Rake接收機進行改進，獲得性能更佳的Rake接收機。FPGA技術(shù)的快速發(fā)展，也很大的改變了傳統(tǒng)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的方法。FPGA以其龐大的規(guī)模、開發(fā)過程投資小、開發(fā)周期短、保密性好等優(yōu)點，為人們對Rake接收機的研究提供了方便。 本文旨在設(shè)計一種功耗低、硬件實現(xiàn)相對簡單的Rake接收機結(jié)構(gòu)。首先，本文介紹了Rake接收的相關(guān)理論，對Rake技術(shù)的抗衰落性能進行了分析，然后，對各種Rake接收機進行了比較，最終提出了一種靈活配置的Rake接收機的改進方案，該方案采用了不同的緩沖器結(jié)構(gòu)，能夠更多的節(jié)約硬件資源，整個接收機的功耗更低。最后利用VerilogHDL語言對其中的主要模塊進行編程設(shè)計，并在Xilinx公司的集成開發(fā)工具ISE6.1中進行仿真，仿真平臺為Spartan-3系列中的XC3S1000芯片。仿真結(jié)果表明了所設(shè)計模塊的正確性。所設(shè)計模塊具有良好的可移植性，能夠被相關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用，本文所做工作有一定的實際意義。
上傳時間： 2013-06-21
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隨著人們對于數(shù)字視頻和數(shù)字圖像的需求越來越大，數(shù)字電視廣播和手機電視迅速發(fā)展起來，但是人們對于數(shù)字圖像質(zhì)量的要求也越來越高。對于觀眾來講，畫面的質(zhì)量幾乎是最為重要的，然而由于信道傳輸特性不理想和加性噪聲的影響，不可避免地會產(chǎn)生誤碼，導致圖像質(zhì)量的下降，甚至無法正常收看。因此，為了保障圖像質(zhì)量就需要采用糾錯編碼(又稱信道編碼)的方式來實現(xiàn)通信。在數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)(DVB)中，無論是衛(wèi)星傳輸，電纜傳輸還是地面?zhèn)鬏敹疾捎昧诵诺谰幋a。 本文首先深入研究DVB標準中的信道編碼部分的關(guān)鍵技術(shù)；然后依照DVB-T標準技術(shù)要求，設(shè)計并硬件實現(xiàn)了數(shù)字視頻傳輸?shù)男诺谰幗獯a系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，編解碼器與信源端的接口利用了MPEG-2的視頻傳輸接口同步并行接口(SPI)，這種接口的應(yīng)用讓系統(tǒng)具有很強的通用性；與信道端接口采用了G.703接口，具有G.703接口功能和特性的數(shù)據(jù)通信設(shè)備可以直接與數(shù)字通信設(shè)備連接，這使得應(yīng)用時對于信道的選擇具有較大的靈活性。 在深入理解RS編解碼算法，卷積交織/解交織原理，卷積編碼/VITERBI譯碼算法原理的基礎(chǔ)上，本文給出了解碼部分的設(shè)計方案，并利用Xilinx公司的SpartanⅢ系列XC3S2000芯片完成方案的硬件實現(xiàn)。在RS解碼過程中引入了流水線機制，從而很大程度上提高了解碼效率。解交織器部分采用了RAM分區(qū)循環(huán)法，利用對RAM讀寫地址的控制實現(xiàn)解卷積交織，這種方法控制電路簡單，實現(xiàn)速度比較快，代價小。VITERBI譯碼器采用截尾譯碼，在幾乎不影響譯碼準確度的基礎(chǔ)上大大提高了解碼效率。
上傳時間： 2013-07-16
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該論文首先對脈沖及其參數(shù)進行了分析,然后介紹了雷達脈沖參數(shù)測量的原理,并針對現(xiàn)代復雜電磁環(huán)境的特點,對脈沖參數(shù)測量的方案進行了設(shè)計.最后利用Xilinx公司的Spartan-II系列20萬門FPGA芯片實現(xiàn)了對高密度視頻脈沖流的脈沖到達時間(TOA)、脈沖寬度(PW)和脈沖幅度(PA)等參數(shù)的實時高精度測量,并對測量誤差進行了分析,同時給出了功能仿真的波形.該測量方法是基于FPGA的硬件實現(xiàn)方法,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,測量速度快、精度高,滿足對脈沖參數(shù)測量高精度、實時性的要求.
標簽： FPGA 脈沖 參數(shù)測量 技術(shù)研究
上傳時間： 2013-07-05
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隨著通信技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，多媒體的應(yīng)用與服務(wù)越來越廣泛，視頻壓縮編碼技術(shù)也隨之成為非常重要的研究領(lǐng)域。運動估計是視頻壓縮編碼中的一項關(guān)鍵技術(shù)。由于視頻編碼系統(tǒng)的復雜性主要取決于運動估計算法，因此如何找到一種可靠、快速、性能優(yōu)良的運動估計算法一直是視頻壓縮編碼的研究熱點。運動估計在視頻編碼器中承擔的運算量最大、控制最為復雜，由于對視頻編碼的實時性要求，因此運動估計模塊一般都采用硬件來設(shè)計。 本文的目的是在FPGA芯片上設(shè)計實現(xiàn)一種更優(yōu)的易于硬件實現(xiàn)的塊匹配運動估計算法——二步搜索算法。全文首先討論了塊匹配運動估計理論及其主要技術(shù)指標，介紹了運動估計技術(shù)在MPEG-4中的應(yīng)用，然后在對典型的運動估計算法進行分析比較的基礎(chǔ)上討論了一種性能和硬件實現(xiàn)難易度綜合指數(shù)較高的二步搜索算法。本文對已有的用于全搜索算法實現(xiàn)的VLSI結(jié)構(gòu)進行了改進，設(shè)計了符合二步搜索算法要求的FPGA實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，并在對其理論分析之后，對實現(xiàn)該算法的運動估計模塊進行了功能模塊的劃分，并運用VerilogHDL硬件描述語言、ISE及Modelsim開發(fā)工具在Spartan-IIEXC2S300eFPGA芯片上完成了對各功能模塊的設(shè)計、實現(xiàn)與時序仿真。最后，對整個運動估計模塊進行了仿真測試，給出了其在FPGA上搭建實現(xiàn)后的時序仿真波形圖與占用硬件資源情況，通過對時序仿真結(jié)果可知本文設(shè)計的各功能模塊工作正常，并且能夠協(xié)同工作，整個運動估計模塊能夠正確的實現(xiàn)二步搜索運動估計算法，并輸出正確的運動估計結(jié)果；通過對占用硬件資源及時鐘頻率情況的分析驗證了本文設(shè)計的二步搜索運動估計算法的FPGA實現(xiàn)結(jié)構(gòu)具備先進性和實時可實現(xiàn)性。
上傳時間： 2013-05-27
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I2C(Inter Integrated Circuits)是Philips公司開發(fā)的用于芯片之間連接的串行總線，以其嚴格的規(guī)范、卓越的性能、簡便的操作和眾多帶I2C接口的外圍器件而得到廣泛的應(yīng)用并受到普遍的歡迎。 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Verilog/FPGA來實現(xiàn)一個隨機讀/寫的I2C接口電路，實現(xiàn)與外圍I2C接口器件E2PROM進行數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)讀、寫等功能，傳輸速率實現(xiàn)為100KBps。在Modelsim6.0仿真軟件環(huán)境中進行仿真，在Xilinx公司的ISE9.li開發(fā)平臺上進行了下載，搭建外圍電路，用Agilem邏輯分析儀進行數(shù)據(jù)采集，分析測試結(jié)果。 首先，介紹了微電子設(shè)計的發(fā)展概況以及設(shè)計流程，重點介紹了HDL/FPGA的設(shè)計流程。其次，對I2C串行總線進行了介紹，重點說明了總線上的數(shù)據(jù)傳輸格式并對所使用的AT24C02 E2PROM存儲器的讀／寫時序作了介紹。第三，基于Verilog _HDL設(shè)計了隨機讀/寫的I2C接口電路、測試模塊和顯示電路；接口電路由同步有限狀態(tài)機(FSM)來實現(xiàn)；測試模塊首先將數(shù)據(jù)寫入到AT24C02的指定地址，接著將寫入的數(shù)據(jù)讀出，并將兩個數(shù)據(jù)顯示在外圍LED數(shù)碼管和發(fā)光二極管上，從而直觀地比較寫入和輸出的數(shù)據(jù)的正確性。FPGA下載芯片為Xilinx SPARTAN Ⅲ XC3S200。第四，用Agilent邏輯分析儀進行傳輸數(shù)據(jù)的采集，分析數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r序，從而驗證電路設(shè)計的正確性。最后，論文對所取得的研究成果進行了總結(jié)，并展望了下一步的工作。
上傳時間： 2013-06-08
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現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)是作為專用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的,它結(jié)合了微電子技術(shù)、電路技術(shù)和EDA(Electronics Design Automation)技術(shù)。隨著它的廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展,使設(shè)計電路的規(guī)模和集成度不斷提高,同時也帶來了電子系統(tǒng)設(shè)計方法和設(shè)計思想的不斷推陳出新。 隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字信號處理的理論和技術(shù)廣泛的應(yīng)用于通訊、語音處理、計算機和多媒體等領(lǐng)域。離散傅立葉變換(DFT)作為數(shù)字信號處理中的基本運算,發(fā)揮著重要作用。而快速傅里葉變換(FFT)算法的提出,使離散傅里葉變換的運算量減小了幾個數(shù)量級,使得數(shù)字信號處理的實現(xiàn)變得更加容易。FFT已經(jīng)成為現(xiàn)代數(shù)字信號處理的核心技術(shù)之一,因此對FFT算法及其實現(xiàn)方法的研究具有很強的理論和現(xiàn)實意義。 本文主要研究如何利用FPGA實現(xiàn)FFT算法,研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)的FFT信號處理器。該設(shè)計采用高效基-16算法實現(xiàn)了一種4096點FFT復數(shù)浮點運算處理器,其蝶形處理單元的基-16運算核采用兩級改進的基-4算法級聯(lián)實現(xiàn),僅用8個實數(shù)乘法器就可實現(xiàn)基-16蝶形單元所需的8次復數(shù)乘法運算,在保持處理速度的優(yōu)勢下,比傳統(tǒng)的基-16算法節(jié)省了75％的乘法器邏輯資源。 在重點研究處理器蝶形單元設(shè)計的基礎(chǔ)上,本文完成了整個FFT處理器電路的FPGA設(shè)計。首先基于對處理器功能和特點的分析,研究了FFT算法的選取和優(yōu)化,并完成了處理器體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計；在此基礎(chǔ)上,以提高處理器處理速度和減小硬件資源消耗為重點研究了具體的實現(xiàn)方案,完成了1.2萬行RTL代碼編程,并在XILINX公司提供的ISE 9.1i集成開發(fā)環(huán)境中實現(xiàn)了處理器各個模塊的RTL設(shè)計：隨后,以XILINX Spartan-3系列FPGA芯片xc3S1000為硬件平臺,完成了整個FFT處理器的電路設(shè)計實現(xiàn)。 經(jīng)過仿真驗證,本文所設(shè)計的FFT處理器芯片運行速度達到了100MHz,占用的FPGA門數(shù)為552806,電路的信噪比可以達到50dB以上,達到了高速高性能的設(shè)計要求。
上傳時間： 2013-04-24
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在視頻傳輸系統(tǒng)中，最大障礙是視頻數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)量傳輸。故壓縮就顯得尤為必要。MJPEG是以25幀每秒傳輸?shù)腏PEG圖像。本文根據(jù)JPEG基本壓縮模式，通過前端圖像采集芯片輸出標準的4：2：2格式的圖像流，在XILINX公司的SPARTAN IIE芯片下壓縮，獲得了良好效果，壓縮比達到10：1。中間的各個環(huán)節(jié)同MATLAB下同等壓縮相比，除了精度上有點差別外，基本一致。同專用芯片相比，比專用芯片靈活得多，F(xiàn)PGA內(nèi)部全部是可編程，燒寫不同的程序便可實現(xiàn)不同的壓縮。同DSP相比，壓縮時間極大的提高，同周霖的“基于DSP技術(shù)的靜態(tài)圖像壓縮編碼”一文中編碼所需的時間進行比較(DCT變換消耗4224個指令，量化Z排序耗960指令，huffman編碼至少耗1400指令)，假設(shè)令其采用6000系列DSP，指令周期為6ns，運算速度為1336MIPS。壓縮一個8*8DCT塊，采用高檔的DSP，消耗39tJs，而采用27M的FPGA只需6us，若采用FPGA內(nèi)部自帶的DLL將時鐘倍頻到54M，則只需要3us．本設(shè)計同傳統(tǒng)的壓縮實現(xiàn)方式相比，在速度和靈活性上有了極大的提高。
上傳時間： 2013-04-24
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本文應(yīng)用EDA技術(shù)，基于FPGA器件設(shè)計與實現(xiàn)UART，并采用CRC校驗。主要工作如下： 1、在異步串行通信電路部分完全用FPGA來實現(xiàn)。選用Xilinx公司的SpartanⅢ系列的XC3S1000來實現(xiàn)異步串行通信的接收、發(fā)送和接口控制功能，利用FPGA集成度比較高，具有在線可編程能力，在其完成各種功能的同時，完全可以將串行通信接口構(gòu)建其中，可根據(jù)實際需求分配資源。 2、利用VerilogHDL語言非常容易掌握，功能比VHDL更強大的特點，可以在設(shè)計時不斷修改程序，來適用不同規(guī)模的應(yīng)用，而且采用Verilog輸入法與工藝性無關(guān)，利用系統(tǒng)設(shè)計時對芯片的要求，施加不同的約束條件，即可設(shè)計出實際電路。 3、利用ModelSim仿真工具對程序進行功能仿真和時序仿真，以驗證設(shè)計是否能獲得所期望的功能，確定設(shè)計程序配置到邏輯芯片之后是否可以運行，以及程序在目標器件中的時序關(guān)系。 4、為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，采用循環(huán)冗余校驗CRC(CyclicRedundancyCheck)，該編碼簡單，誤判概率低，為了減少硬件成本，降低硬件設(shè)計的復雜度，本設(shè)計通過CRC算法軟件實現(xiàn)。 實驗結(jié)果表明，基于EDA技術(shù)的現(xiàn)場可編程門陣列FPGA集成度高，結(jié)構(gòu)靈活，設(shè)計方法多樣，開發(fā)周期短，調(diào)試方便，修改容易，采用FPGA較好地實現(xiàn)了串行數(shù)據(jù)的通信功能，并對數(shù)據(jù)作了一定的處理，本設(shè)計中為CRC校驗。另外，可以利用FPGA的在線可編程特性，對本設(shè)計電路進行功能擴展，以滿足更高的要求。
標簽： FPGA CRC 串行 通信實現(xiàn)
上傳時間： 2013-04-24
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數(shù)字存儲示波器（DSO）上世紀八十年代開始出現(xiàn)，由于當時它的帶寬和分辨率較低，實時性較差，沒有具備模擬示波器的某些特點，因此并沒有受到人們的重視。隨著數(shù)字電路、大規(guī)模集成電路及微處理器技術(shù)的發(fā)展，尤其是高速模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器及半導體存儲器（RAM）的發(fā)展，數(shù)字存儲示波器的采樣速率和實時性能得到了很大的提高，在工程測量中，越來越多的工程師用DSO來替代模擬示波器。 本文介紹了一款雙通道采樣速率達1GHz，分辨率為8Bits，實時帶寬為200MHz數(shù)字存儲示波器的研制。通過對具體功能和技術(shù)指標的分析，提出了FPGA＋ARM架構(gòu)的技術(shù)方案。然后，本文分模塊詳細敘述了整機系統(tǒng)中部分模塊，包括前端高速A/D轉(zhuǎn)換器和FPGA的硬件模塊設(shè)計，數(shù)據(jù)處理模塊軟件的設(shè)計，以及DSO的GPIB擴展接口邏輯模塊的設(shè)計。 本文在分析了傳統(tǒng)DSO架構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了本系統(tǒng)的設(shè)計思想和實現(xiàn)方案。在高速A/D選擇上，國家半導體公司2005年推出的雙通道采樣速率達500MHz高速A/D轉(zhuǎn)換器芯片ADC08D500，利用其雙邊沿采樣模式（DES）實現(xiàn)對單通道1GHz的采樣速率，并且用Xilinx公司Spraten-3E系列FPGA作為數(shù)據(jù)緩沖單元和存儲單元，提高了系統(tǒng)的集成度和穩(wěn)定性。其中，F(xiàn)PGA緩沖單元完成對不同時基情況下多通道數(shù)據(jù)的抽取，處理單元完成對數(shù)據(jù)正弦內(nèi)插的計算，而DSO中其余數(shù)據(jù)處理功能包括數(shù)字濾波和FFT設(shè)計在后端的ARM內(nèi)完成。DSO中常用的GPIB接口放在FPGA內(nèi)集成，不僅充分利用了FPGA內(nèi)豐富的邏輯資源，而且降低了整機成本，也減少了電路規(guī)模。 最后，利用ChipscopePro工具對采樣系統(tǒng)進行調(diào)試，并分析了數(shù)據(jù)中的壞數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原因，提出了解決方案, 并給出了FPGA接收高速A/D的正確數(shù)據(jù)。
標簽： FPGA 高速實時數(shù) 字存儲 示波器
上傳時間： 2013-07-07
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