《計(jì)算機(jī)組成原理》是計(jì)算機(jī)系的一門核心課程。但是它涉及的知識面非常廣，內(nèi)容包括中央處理器、指令系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、總線和輸入輸出系統(tǒng)等方面，學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程時(shí)，普遍覺得內(nèi)容抽象難于理解。但借助于該計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，可以進(jìn)一步融會貫通學(xué)習(xí)內(nèi)容，掌握計(jì)算機(jī)各模塊的工作原理，相互關(guān)系的來龍去脈。 為了增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的功能，提高系統(tǒng)的靈活性，降低實(shí)驗(yàn)成本，我們采用FPGA芯片技術(shù)來徹底更新現(xiàn)有的計(jì)算器組成原理實(shí)驗(yàn)平臺。該技術(shù)可根據(jù)用戶要求為芯片加載由VHDL語言所編寫出的不同的硬件邏輯，F(xiàn)PGA芯片具有重復(fù)編程能力，使得系統(tǒng)內(nèi)硬件的功能可以像軟件一樣被編程，這種稱為“軟”硬件的全新系統(tǒng)設(shè)計(jì)概念，使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有極強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性。它不僅使該系統(tǒng)性能的改進(jìn)和擴(kuò)充變得十分簡易和方便，而且使學(xué)生自己設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)變?yōu)榭赡堋Ｓ?jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)的最終目的是讓學(xué)生能夠設(shè)計(jì)CPU，但首先，學(xué)生必須知道CPU的各個(gè)功能部件是如何工作，以及相互之間是如何配合構(gòu)成CPU的。因此，我們必須先設(shè)計(jì)出一個(gè)教學(xué)用的以FPGA芯片為核心的硬件平臺，然后在此基礎(chǔ)上開發(fā)出VHDL部件庫及主要邏輯功能，并設(shè)計(jì)出一套實(shí)驗(yàn)。 本文重點(diǎn)研究了基于FPGA芯片的VHDL硬件系統(tǒng)，由于VHDL的高標(biāo)準(zhǔn)化和硬件描述能力，現(xiàn)代CPU的主要功能如計(jì)算，存儲，I/O操作等均可由VHDL來實(shí)現(xiàn)。同時(shí)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，包括時(shí)序電路的組成及控制原理實(shí)驗(yàn)、八位運(yùn)算器的組成及復(fù)合運(yùn)算實(shí)驗(yàn)、存儲器實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)通路實(shí)驗(yàn)、浮點(diǎn)運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)、多流水線處理器實(shí)驗(yàn)等，這些實(shí)驗(yàn)形成一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)先由教師講解原理及原理圖，學(xué)生根據(jù)教師提供的原理圖，自己用MAX+PLUSII完成電路輸入，學(xué)生實(shí)驗(yàn)實(shí)際上是編寫VHDL，不需要寫得很復(fù)雜，只要能調(diào)用接口，然后將程序燒入平臺，這樣既不會讓學(xué)生花太多的時(shí)間在畫電路圖上，又能讓學(xué)生更好的理解每個(gè)部件的工作原理和工作過程。 論文首先研究分析了FPGA硬件實(shí)驗(yàn)平臺，即實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件組成。系統(tǒng)采用FPGA-XC4010EPC84，62256CPLD以及其他外圍芯片(例如74LS244，74LS275)組成。根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)要求，規(guī)劃不同實(shí)驗(yàn)控制邏輯。用戶可選擇不同的實(shí)驗(yàn)邏輯，通過把實(shí)驗(yàn)邏輯下載到FPGA芯片中構(gòu)成自己的實(shí)驗(yàn)平臺。 其次，論文詳細(xì)的闡述了VHDL模塊化設(shè)計(jì)，如何運(yùn)用VHDL技術(shù)來依次實(shí)現(xiàn)CPU的各個(gè)功能部件。VHDL語言作為一種國際標(biāo)準(zhǔn)化的硬件描述語言，自1987年獲得IEEE批準(zhǔn)以來，經(jīng)過了1993年和2001年兩次修改，至今已被眾多的國際知名電子設(shè)計(jì)自動化(EDA)工具研發(fā)商所采用，并隨同EDA設(shè)計(jì)工具一起廣泛地進(jìn)入了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研發(fā)領(lǐng)域，目前已成為電子業(yè)界普遍接受的一種硬件設(shè)計(jì)技術(shù)。再次，論文針對實(shí)驗(yàn)平臺中遇到的較為棘手的多流水線等問題，也進(jìn)行了深入的闡述和剖析。學(xué)生需要什么樣的實(shí)驗(yàn)條件，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟才能了解當(dāng)今CPU所采用的核心技術(shù)，才能掌握CPU的設(shè)計(jì)，運(yùn)行原理。另外，本論文的背景是需要學(xué)生熟悉基本的VHDL知識或技能，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)是在編寫VHDL代碼的前提下完成的。 本文在基于實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境下，基本上較為完整的實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于FPGA的實(shí)驗(yàn)平臺方案。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了部分功能的測試和部分性能方面的分析。本論文的研究，為FPGA在實(shí)際系統(tǒng)中的應(yīng)用提供研究思路和參考方案。論文的研究結(jié)果將對FPGA與VHDL標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步發(fā)展具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
標(biāo)簽： 計(jì)算機(jī)組成 實(shí)驗(yàn)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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隨著技術(shù)的飛速發(fā)展，電力電子裝置如變頻設(shè)備、變流設(shè)備等容量日益擴(kuò)大，數(shù)量日益增多。由于非線性器件的廣泛使用，使得電網(wǎng)中的諧波污染日益嚴(yán)重，給電力系統(tǒng)和各類用電設(shè)備帶來危害，輕則增加能耗，縮短設(shè)備使用壽命，重則造成用電事故，影響安全生產(chǎn)，電力諧波已經(jīng)成為電力系統(tǒng)的公害。除了傳統(tǒng)的濾波方法，例如，無源濾波、改變系統(tǒng)的拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)來抑制諧波外，人們已廣泛應(yīng)用有源濾波器(APF)來消除注入電網(wǎng)的諧波，而實(shí)現(xiàn)有源濾波策略的前提就是能夠?qū)崟r(shí)、精確地檢測出諧波電流。諧波檢測是諧波研究中的一個(gè)重要的分支，是解決其他相關(guān)諧波問題的基礎(chǔ)，因此進(jìn)行諧波檢測的研究具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。設(shè)計(jì)一種精度高、實(shí)時(shí)性好且適用范圍寬的諧波電流檢測方法是國內(nèi)外眾多學(xué)者致力研究的目標(biāo)。 本文主要從諧波檢測理論和實(shí)現(xiàn)方法上探討了高精度、高實(shí)時(shí)性諧波檢測數(shù)字系統(tǒng)的相關(guān)問題。論文中闡述了電力系統(tǒng)諧波的相關(guān)概念和產(chǎn)生原理，并分析了電力諧波的特點(diǎn)，對國內(nèi)外各種諧波檢測方法進(jìn)行了分析和研究。在檢測理論上，本文采用FFT理論來計(jì)算諧波含量，研究了Radix-2 FFT在諧波檢測中的應(yīng)用，綜述了可編程元器件的發(fā)展過程、工藝發(fā)展及目前的應(yīng)用情況，并介紹了一種主流硬件描述語言VHDL。最后以FPGA芯片XC2S200為硬件平臺，以ISE6.0為軟件平臺，利用VHDL語言描述的方式實(shí)現(xiàn)了512點(diǎn)16Bit的快速傅立葉變換系統(tǒng)，并進(jìn)行了仿真、綜合等工作。仿真結(jié)果表明其計(jì)算結(jié)果達(dá)到了一定的精度，運(yùn)行速度可以滿足一般實(shí)時(shí)信號處理的要求。
標(biāo)簽： FPGA 電力系統(tǒng) 檢測方法 諧波
上傳時(shí)間： 2013-06-02
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在衛(wèi)星通信、移動通信技術(shù)快速發(fā)展的今天，短波這一最古老和傳統(tǒng)的通信方式不僅沒有被淘汰，還在快速發(fā)展。其通信距離遠(yuǎn)、設(shè)備簡單以及移動方便等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于無線通信領(lǐng)域。 數(shù)字調(diào)制技術(shù)作為通信領(lǐng)域中極為重要的一個(gè)方面，也得到了迅速發(fā)展。全數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)的使用使各類現(xiàn)代調(diào)制解調(diào)技術(shù)融合一體，目前國內(nèi)多速率/多制式調(diào)制解調(diào)大多基于通用．DSP實(shí)現(xiàn)，支持的速率比較低。由于運(yùn)算量大和硬件參數(shù)的限制，采用通用DSP無法勝任高速率調(diào)制解調(diào)的任務(wù)。現(xiàn)代FPGA可以提供支持以低系統(tǒng)丌銷、低成本實(shí)現(xiàn)高速乘．累加超前進(jìn)位鏈的DSP算法。本文采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的方式研究基于FPGA技術(shù)來實(shí)現(xiàn)短波數(shù)字信號的調(diào)制解調(diào)。通過對具體的FPGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試，將理論應(yīng)用到實(shí)際中。 本文通過具體的EPlC60240C8芯片作為處理器的FPGA實(shí)驗(yàn)板，研究了短波數(shù)字信號調(diào)制解調(diào)的設(shè)計(jì)與丌發(fā)過程。分析了現(xiàn)代通信的各種調(diào)制方式．誤碼率。得出了不同的調(diào)制方式的優(yōu)劣性。最后重點(diǎn)提出了QPSK的調(diào)制解調(diào)方法。給出了Qf'SK的調(diào)制解調(diào)框圖、QPSK的SystemView系統(tǒng)仿真、VHDL程序進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，在OUARTUS上進(jìn)行仿真。然后設(shè)計(jì)AD/DA輸入輸出電路，對短波數(shù)字信號進(jìn)行調(diào)制解調(diào)。通過設(shè)計(jì)的AD/DA電路輸入短波數(shù)字信號進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，然后輸出原始的模擬信號。文中還對比了其他的調(diào)制解調(diào)方式，通過對比，發(fā)現(xiàn)不同的調(diào)制解調(diào)方式對短波信號的影響。最后，通過比較FPGA與DSP在處理高速率、大容量的數(shù)字信號，得出不同的結(jié)論。展示了FPGA在這方面的優(yōu)越性。
標(biāo)簽： FPGA 短波 數(shù)字信號 調(diào)制解調(diào)
上傳時(shí)間： 2013-06-05
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隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，尤其是現(xiàn)場可編程器件的出現(xiàn)，為滿足實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)的要求，誕生了一種新穎靈活的技術(shù)——可重構(gòu)技術(shù)。它采用實(shí)時(shí)電路重構(gòu)技術(shù)，在運(yùn)行時(shí)根據(jù)需要，動態(tài)改變系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)，從而使系統(tǒng)既有硬件優(yōu)化所能達(dá)到的高速度和高效率，又能像軟件那樣靈活可變，易于升級，從而形成可重構(gòu)系統(tǒng)。可重構(gòu)系統(tǒng)的關(guān)鍵在于電路結(jié)構(gòu)可以動態(tài)改變，這就需要有合適的可編程邏輯器件作為系統(tǒng)的核心部件來實(shí)現(xiàn)這一功能。 論文利用可重構(gòu)技術(shù)和“FD-ARM7TDMLCSOC”實(shí)驗(yàn)板的可編程資源實(shí)現(xiàn)了一個(gè)8位微程序控制的“實(shí)驗(yàn)CPU”，將“實(shí)驗(yàn)CPU”與實(shí)驗(yàn)板上的ARMCPU構(gòu)成雙內(nèi)核CPU系統(tǒng)，并對雙內(nèi)核CPU系統(tǒng)的工作方式和體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步研究。 首先，文章研究了8位微程序控制CPU的開發(fā)實(shí)現(xiàn)。通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)CPU的系統(tǒng)邏輯圖，來確定該CPU的指令系統(tǒng)，并給出指令的執(zhí)行流程以及指令編碼。“實(shí)驗(yàn)CPU”采用的是微程序控制器的方式來進(jìn)行控制，因此進(jìn)行了微程序控制器的設(shè)計(jì)，即微指令編碼的設(shè)計(jì)和微程序編碼的設(shè)計(jì)。為利用可編程資源實(shí)現(xiàn)該“實(shí)驗(yàn)CPU”，需對“實(shí)驗(yàn)CPU”進(jìn)行VHDL描述。 其次，文章進(jìn)行了“實(shí)驗(yàn)CPU”綜合下載與開發(fā)。文章中使用“Synplicity733”作為綜合工具和“Fastchip3.0”作為開發(fā)工具。將“實(shí)驗(yàn)CPU”的VHDL描述進(jìn)行綜合以及下載，與實(shí)驗(yàn)箱上的ARMCPU構(gòu)成雙內(nèi)核CPU，實(shí)現(xiàn)了基于可重構(gòu)技術(shù)的雙內(nèi)核CPU的系統(tǒng)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)板的具體環(huán)境，文章對雙內(nèi)核CPU系統(tǒng)存在的關(guān)鍵問題，如“實(shí)驗(yàn)CPU”的內(nèi)存讀寫問題、微程序控制器的實(shí)現(xiàn)，以及“實(shí)驗(yàn)CPU'’框架等進(jìn)行了改進(jìn)，并通過在開發(fā)工具中添加控制模塊和驅(qū)動程序來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)工作方式的控制。 最后，文章對雙核CPU系統(tǒng)進(jìn)行了功能分析。經(jīng)分析，該系統(tǒng)中兩個(gè)CPU內(nèi)核均可正常運(yùn)行指令、執(zhí)行任務(wù)。利用實(shí)驗(yàn)板上的ARMCPU監(jiān)視用“實(shí)驗(yàn)CPU”的工作情況，如模擬“實(shí)驗(yàn)CPU”的內(nèi)存，實(shí)現(xiàn)機(jī)器碼運(yùn)行，通過串行口發(fā)送的指令來完成單步運(yùn)行、連續(xù)運(yùn)行、停止、“實(shí)驗(yàn)CPU"指令文件傳送、“實(shí)驗(yàn)CPU"內(nèi)存修改、內(nèi)存察看等工作，所有結(jié)果可顯示在超級終端上。該系統(tǒng)通過利用ARMCPU來監(jiān)控可重構(gòu)CPU，研究雙核CPU之間的通信，嘗試新的體系結(jié)構(gòu)。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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本文以直接頻率合成和偽隨機(jī)碼的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)為中心，對擴(kuò)頻通信的基本理論、信號源的總體結(jié)構(gòu)、載波調(diào)制、濾波器設(shè)計(jì)等問題進(jìn)行了深入的分析和研究，并給出了模塊的硬件實(shí)現(xiàn)方案。 首先介紹了FPGA技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，包括VHDL語言的基本語法結(jié)構(gòu)和FPGA器件的開發(fā)設(shè)計(jì)流程等等。詳細(xì)地分析了各類頻率合成器的基礎(chǔ)上提出采用直接數(shù)字式頻率合成器(DDS)實(shí)現(xiàn)低相位噪聲、高分辨率、高精度和高穩(wěn)定度的信號源。研究了測距偽隨機(jī)碼的原理，確定選用移位序列作為系統(tǒng)的擴(kuò)頻碼序列，并選取了符合本系統(tǒng)使用的移位序列擴(kuò)頻碼。分別給出并分析了相應(yīng)的FPGA硬件實(shí)現(xiàn)電路。 對于載波調(diào)制這一關(guān)鍵技術(shù)，提出了采用二進(jìn)制相移鍵控相位選擇法并相應(yīng)作了硬件實(shí)現(xiàn)。分析與研究了射頻寬帶濾波器應(yīng)具有的傳輸特性，通過分析巴特沃思濾波器、切比雪夫?yàn)V波器、橢圓濾波器和貝塞爾濾波器這幾種濾波器的頻譜特性，設(shè)計(jì)了發(fā)生器射頻寬帶濾波器。最后給出具體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了的信號發(fā)生器的輸出波形。
標(biāo)簽： FPGA 擴(kuò)頻信號 發(fā)生器
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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在圖像處理及檢測系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)性要求往往影響著系統(tǒng)處理速度的性能。本文在分析研究視頻檢測技術(shù)及方法的基礎(chǔ)上，應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)和圖像處理技術(shù)，以交通信息視頻檢測系統(tǒng)為研究背景，展開了基于FPGA視頻圖像檢測技術(shù)的研究與應(yīng)用，通過系統(tǒng)仿真驗(yàn)證了基于FPGA架構(gòu)的圖像并行處理和檢測系統(tǒng)具有較高的實(shí)時(shí)處理能力，能夠準(zhǔn)確并穩(wěn)定地檢測出運(yùn)動目標(biāo)的信息。可見FPGA對提高視頻檢測及處理的實(shí)時(shí)性是一個(gè)較好的選擇。 本文主要研究的內(nèi)容有： 1．分析研究了視頻圖像檢測技術(shù)，針對傳統(tǒng)基于PC構(gòu)架和DSP處理器的視頻檢測系統(tǒng)的弊端，并從可靠性、穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性和開發(fā)成本等因素考慮，提出了以FPGA芯片作為中央處理器的嵌入式并行數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。 2．應(yīng)用模塊化的硬件設(shè)計(jì)方法，構(gòu)建了新一代嵌入式視頻檢測系統(tǒng)的硬件平臺。該系統(tǒng)由異步FIFO模塊、圖像空間轉(zhuǎn)換模塊、SRAM幀存控制模塊、圖像預(yù)處理模塊和圖像檢測模塊等組成，較好地解決了圖像采樣存儲、處理和傳輸?shù)膯栴}，并為以后系統(tǒng)功能的擴(kuò)展奠定了良好的基礎(chǔ)。 3．在深入研究了線性與非線性濾波幾種圖像處理算法，分析比較了各自的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，本文提出一種適合于FPGA的快速圖像中值濾波算法，并給出該算法的硬件實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖，應(yīng)用VHDL硬件描述語言編程、實(shí)現(xiàn)，仿真結(jié)果表明，快速中值濾波算法的處理速度較傳統(tǒng)算法提高了50％，更有效地降低了系統(tǒng)資源占用率和提高了系統(tǒng)運(yùn)算速度，增強(qiáng)了檢測系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。 4．研究了基于視頻的交通車流量檢測算法，重點(diǎn)討論背景差分法，圖像二值化以及利用直方圖分析方法確定二值化的閾值，并對圖像進(jìn)行了直方圖均衡處理，提高圖像檢測精度。并結(jié)合嵌入式系統(tǒng)處理技術(shù)，在FPGA系統(tǒng)上研究設(shè)計(jì)了這些算法的硬件實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，用VHDL語言實(shí)現(xiàn)，并對各個(gè)模塊及相應(yīng)算法做出了功能仿真和性能分析。 5．系統(tǒng)仿真與驗(yàn)證是整個(gè)FPGA設(shè)計(jì)流程中最重要的步驟，針對現(xiàn)有仿真工具用手動設(shè)置輸入波形工作量大等弊病，本文提出了一種VHDL測試基準(zhǔn)(TestBench)方法解決系統(tǒng)輸入源仿真問題，用TEXTIO程序包設(shè)計(jì)了MATLAB與FPGA仿真軟件的接口，很好地解決了仿真測試中因測試向量龐大而難以手動輸入的問題。并將系統(tǒng)的仿真結(jié)果數(shù)據(jù)在MATLAB上還原為圖像，方便了系統(tǒng)測試結(jié)果的分析與調(diào)試。系統(tǒng)測試的結(jié)果表明，運(yùn)動目標(biāo)的檢測基本符合要求，可以排除行走路人等移動物體(除車輛外)的噪聲干擾，有效地檢測出正確的目標(biāo)。 本文主要研究了基于FPGA片上系統(tǒng)的圖像處理及檢測技術(shù)，針對FPGA技術(shù)的特點(diǎn)對某些算法提出了改進(jìn)，并在MATLAB、QuartusⅡ和ModelSim軟件開發(fā)平臺上仿真實(shí)現(xiàn)，仿真結(jié)果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。本文的研究對智能化交通監(jiān)控系統(tǒng)的車流量檢測做了有益探索，對其他場合的圖像高速處理及檢測也具有一定的參考價(jià)值。
上傳時(shí)間： 2013-07-13
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數(shù)字射頻存儲器(Digital Radio FreqlJencyr：Memory DRFM)具有對射頻信號和微波信號的存儲、處理及傳輸能力，已成為現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)的重要部件。現(xiàn)代雷達(dá)普遍采用了諸如脈沖壓縮、相位編碼等更為復(fù)雜的信號處理技術(shù)，DRFM由于具有處理這些相干波形的能力，被越來越廣泛地應(yīng)用于電子對抗領(lǐng)域作為射頻頻率源。目前，國內(nèi)外對DRFM技術(shù)的研究還處于起步階段，DRFM部件在采樣率、采樣精度及存儲容量等方面，還不能滿足現(xiàn)代雷達(dá)信號處理的要求。 本文介紹了DRFM的量化類型、基本組成及其工作原理，在現(xiàn)有的研究基礎(chǔ)上提出了一種便于工程實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)方法，給出了基于現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array FPGA)實(shí)現(xiàn)的幅度量化DRFM設(shè)計(jì)方案。本方案的采樣率為1 GHz、采樣精度12位，具體實(shí)現(xiàn)是采用4個(gè)采樣率為250 MHz的ADC并行交替等效時(shí)間采樣以達(dá)到1 GHz的采樣率。單通道內(nèi)采用數(shù)字正交采樣技術(shù)進(jìn)行相干檢波，用于保存信號復(fù)包絡(luò)的所有信息。利用FPGA器件實(shí)現(xiàn)DRFM的控制器和多路采樣數(shù)據(jù)緩沖器，采用硬件描述語言(Very High Speed}lardware Description Language VHDL)實(shí)現(xiàn)了DRFM電路的FPGA設(shè)計(jì)和功能仿真、時(shí)序分析。方案中采用了大量的低壓差分信號(Low Voltage Differential Signaling LVDS)邏輯的芯片，從而大大降低了系統(tǒng)的功耗，提高了系統(tǒng)工作的可靠性。本文最后對采用的數(shù)字信號處理算法進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果證明了設(shè)計(jì)方案的可行性。 本文提出的基于FPGA的多通道DRFM系統(tǒng)與基于專用FIFO存儲器的DRFM相比，具有更高的性能指標(biāo)和優(yōu)越性。
上傳時(shí)間： 2013-06-01
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圖像增強(qiáng)技術(shù)是數(shù)字圖像處理領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，隨著數(shù)字圖像處理應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，快速、實(shí)時(shí)圖像處理技術(shù)成為研究的熱點(diǎn)。超大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展為數(shù)字圖像實(shí)時(shí)處理技術(shù)提供了硬件基礎(chǔ)，尤其是FPGA(Field Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)憑借其高速并行、可重配置的架構(gòu)和基于查找表的獨(dú)特結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)使得在數(shù)字信號處理領(lǐng)域的應(yīng)用持續(xù)上升。國內(nèi)外，越來越多的實(shí)時(shí)圖像處理應(yīng)用逐漸轉(zhuǎn)向FPGA平臺。 本文基于FPGA的圖像增強(qiáng)技術(shù)研究主要是針對空間域方法，這種方法是指在空間域內(nèi)直接對像素灰度值進(jìn)行運(yùn)算處理，算法簡單并且存在并行性，非常適合于用硬件實(shí)現(xiàn)。FPGA可以靈活地實(shí)現(xiàn)并行、實(shí)時(shí)處理圖像數(shù)據(jù)，正是利用這一特點(diǎn)，本文提出了一種基于FPGA的圖像增強(qiáng)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)采用SOPC技術(shù)，完成圖像增強(qiáng)處理。文中給出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，并分析了該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能實(shí)現(xiàn)，說明了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程。其硬件平臺的核心部分是Altera公司Stratix系列的．FPGA EPlS40芯片，采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法構(gòu)造圖像增強(qiáng)處理功能模塊，利用硬件描述語言vHDL對圖像增強(qiáng)模塊進(jìn)行電路描述，并進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化、仿真，在生成系統(tǒng)配置文件后加載到FPGA上進(jìn)行板級調(diào)試。完成了基于FPGA的圖像增強(qiáng)算法模塊的設(shè)計(jì)，重點(diǎn)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)運(yùn)算增強(qiáng)處理模塊、中值濾波器模塊，并對中值濾波器進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，采用FPGA完成了對圖像增強(qiáng)算法的硬件加速。
標(biāo)簽： FPGA 圖像增強(qiáng) 技術(shù)研究
上傳時(shí)間： 2013-06-16
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無人機(jī)大氣數(shù)據(jù)的采集和處理在無人機(jī)中占有很重要的位置和作用，它是保障飛機(jī)安全飛行以及保證地面控制和操縱人員正確引導(dǎo)飛機(jī)、順利完成飛行任務(wù)的關(guān)鍵所在。在目前廣泛應(yīng)用的無人機(jī)大氣數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)中，多數(shù)采用單片機(jī)作為大氣數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)，但是單片機(jī)在高速數(shù)據(jù)采集和處理方面卻存在著抗干擾性差、速度慢等缺點(diǎn)，使測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性受到了很大的影響。 本文采用FPGA(Field Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)芯片作為大氣數(shù)據(jù)處理器，以大氣數(shù)據(jù)中的氣壓高度為例，介紹了一種基于FPGA技術(shù)的無人機(jī)氣壓高度測量系統(tǒng)。由于該測量系統(tǒng)中的FPGA數(shù)據(jù)處理器具有可靠性高、速度快、邏輯功能強(qiáng)等特點(diǎn)，有效地解決了單片機(jī)在高速無人機(jī)大氣數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)中處理速度較慢、實(shí)時(shí)性較差的問題。 論文首先介紹了FPGA的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、開發(fā)設(shè)計(jì)流程和FPGA編程所采用的VHDL硬件描述語言，還介紹了數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)的基本組成和工作原理，并且詳細(xì)闡述了氣壓高度測量的原理和方法；然后提出了基于FPGA的無人機(jī)氣壓高度測量系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，并對該測量系統(tǒng)各組成部分的硬件電路進(jìn)行詳細(xì)的分析和設(shè)計(jì)；隨后論文又介紹了氣壓高度測量系統(tǒng)中FPGA的相關(guān)軟件設(shè)計(jì)，并就FPGA內(nèi)部所設(shè)計(jì)的各功能模塊的作用、模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作流程進(jìn)行詳細(xì)的論述；最后使用Modelsim和QuartusII仿真軟件對程序進(jìn)行功能和時(shí)序的仿真，以驗(yàn)證FPGA內(nèi)部各功能模塊和FPGA總體設(shè)計(jì)的正確性，并在所有仿真通過后將程序產(chǎn)生的配置文件下載到FPGA芯片中，在制作和安裝測量系統(tǒng)的電路板后對整個(gè)測量系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際的測試，將測試結(jié)果與理論值比較并分析測量系統(tǒng)的誤差來源。 根據(jù)系統(tǒng)測試的結(jié)果，本文驗(yàn)證了以FPGA芯片為核心的無人機(jī)氣壓高度測量系統(tǒng)的可行性，并對該測量系統(tǒng)提出了今后的進(jìn)一步改進(jìn)和完善的思路。
標(biāo)簽： FPGA 無人機(jī) 氣壓 測量系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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隨著各種非線性電力電子設(shè)備的大量應(yīng)用，電網(wǎng)中的諧波污染日益嚴(yán)重。為了保證電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，保證電氣設(shè)備和用電人員的安全，治理電磁環(huán)境污染、維護(hù)綠色環(huán)境，研究實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的電力諧波分析系統(tǒng)，對電網(wǎng)中的諧波進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測、分析和監(jiān)控，都具有重要的理論和工程實(shí)際意義。 目前實(shí)際應(yīng)用的電力諧波分析系統(tǒng)大多是以單片機(jī)為核心組成。單片機(jī)運(yùn)行速度慢，實(shí)時(shí)性較差，不能滿足實(shí)際應(yīng)用中對系統(tǒng)實(shí)時(shí)性越來越高的要求。另外，單片機(jī)的地址線和數(shù)據(jù)線位數(shù)較少，這使得由單片機(jī)構(gòu)成的電力諧波分析系統(tǒng)外圍電路龐大，系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性上都大打折扣。 本文首先研究了電力諧波的產(chǎn)生，危害及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，對電力諧波檢測中常用的各種算法進(jìn)行分析和比較；然后介紹了FPGA芯片的特性和SOPC系統(tǒng)的特點(diǎn)，并分析比較了傳統(tǒng)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(fā)展過程、主要工藝發(fā)展及目前的應(yīng)用情況。 然后，對整個(gè)諧波處理器系統(tǒng)的框架及結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述，包括系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)分配，外圍硬件電路的結(jié)構(gòu)及軟件設(shè)計(jì)流程。其后，針對系統(tǒng)外圍硬件電路、FFTIP核設(shè)計(jì)和SOPC系統(tǒng)的組建，進(jìn)行詳細(xì)的分析與設(shè)計(jì)。系統(tǒng)采用NiosⅡ處理器核和FFT運(yùn)算協(xié)處理器相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。FFT運(yùn)算用專門的FFT運(yùn)算協(xié)處理器核完成，使得系統(tǒng)克服的單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性差和速度慢的缺點(diǎn)。FFTIP核采用現(xiàn)在ASIC領(lǐng)域的一種主流硬件描述語言VHDL進(jìn)行編寫，采用順序的處理結(jié)構(gòu)和IEEE浮點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算，具有系統(tǒng)簡單、占用硬件資源少和高運(yùn)算精度的優(yōu)點(diǎn)。諧波分析儀系統(tǒng)組建采用SOPC系統(tǒng)。SOPC系統(tǒng)具有可對硬件剪裁和添加的特點(diǎn)，使得系統(tǒng)的更簡單，應(yīng)用面更廣，專用性更強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。最后，給出了對系統(tǒng)中各模塊進(jìn)行仿真及系統(tǒng)生成的結(jié)果。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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