隨著電子工業(yè)應用領域需求的增長，要實現(xiàn)復雜程度較高的數(shù)字電子系統(tǒng)，對數(shù)據處理能力提出越來越高的要求。定點運算已經很難滿足高性能數(shù)字系統(tǒng)的需要，而浮點數(shù)相對于定點數(shù)，具有表述范圍寬，有效精度高等優(yōu)點，在航空航天、遙感、機器人技術以及涉及指數(shù)運算和信號處理等領域有著廣泛的應用。對浮點運算的要求主要體現(xiàn)在兩個方面：一是速度，即如何快速有效的完成浮點運算；二是精度，即浮點運算能夠提供多少位的有效數(shù)字。 計算機性價比的提高以及可編程邏輯器件的出現(xiàn)，對傳統(tǒng)的數(shù)字電子系統(tǒng)設計方法進行了變革。FPGA(Field Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)讓設計師通過設計芯片來實現(xiàn)電子系統(tǒng)的功能，將傳統(tǒng)的固件選用及電路板設計工作放在芯片設計中進行。FPGA可以完成極其復雜的時序與組合邏輯電路功能，適用于高速、高密度，如運算器、數(shù)字濾波器、二維卷積器等具有復雜算法的邏輯單元和信號處理單元的邏輯設計領域。 鑒于FPGA技術的特點和浮點運算的廣泛應用，本文基于FPGA將浮點運算結合實際應用設計一個觸摸式浮點計算器，主要目的是通過VHDL語言編程來實現(xiàn)浮點數(shù)的加減、乘除和開方等基本運算功能。 (1)給出系統(tǒng)的整體框架設計和各模塊的實現(xiàn)，包括芯片的選擇、各模塊之間的時序以及控制、每個運算模塊詳細的工作原理和算法設計流程； (2)通過VHDL語言編程來實現(xiàn)浮點數(shù)的加減、乘除和開方等基本運算功能； (3)在Xilinx ISE環(huán)境下，對系統(tǒng)的主要模塊進行開發(fā)設計及功能仿真，驗證了基于FPGA的浮點運算。
上傳時間： 2013-04-24
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擴頻通信技術因為具有較強的抗干擾、抗噪聲、抗多徑衰落能力、較好的保密性、較強的多址能力和高精度測量等優(yōu)點，在軍事抗干擾和個人通信業(yè)務中得到了很大的發(fā)展。尤其是基于擴頻理論的CDMA通信技術成為國際電聯(lián)規(guī)定的第三代移動通信系統(tǒng)的主要標準化建議后，標志著擴頻通信技術在民用通信領域的應用進入了新階段。 近年來，隨著微電子技術和電子設計自動化(EDA)技術的迅速發(fā)展，以FPGA和CPLD為代表的可編程邏輯器件憑借其設計方便靈活等特點廣泛應用于數(shù)字信號處理領域。 本論文正是采用基于FPGA硬件平臺來實現(xiàn)了一個直接序列擴頻通信基帶系統(tǒng)，該系統(tǒng)的實現(xiàn)涉及擴頻通信和有關FPGA的相關知識，以及實現(xiàn)這些模塊的VHDL硬件描述語言和QuartusⅡ開發(fā)平臺，目標是實現(xiàn)一個集成度高、靈活性強、并具有較強的數(shù)據處理能力的擴頻通信基帶系統(tǒng)。 本論文中首先對擴頻通信的基礎理論做了探討，著重對直序擴頻的理論進行了分析；其次根據理論分析，設計了全數(shù)字直接序列擴頻基帶系統(tǒng)的結構，完成了擴頻序列的產生、信息碼的輸入和擴頻。重點完成了對基帶擴頻信號的相關解擴和幾種同步捕獲電路的設計，將多種專用芯片的功能集成在一片大規(guī)模FPGA芯片上。在論文中列出了部分模塊的VHDL程序，并在QuartusⅡ仿真平臺上完成各部分模塊的功能仿真。
上傳時間： 2013-04-24
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本課題是在課題組已實現(xiàn)的高速串行通信平臺的基礎上，進一步引伸，設計開源的PCI軟核通信模塊替代Xilinx公司提供的LogiCORE PCI核，力求在從模式下，做到占用資源更少，傳輸速度更快，也為以后實現(xiàn)更完整的功能提供平臺。 本文以此為背景，基于FPGA平臺，搭建以開源的PCI軟核為核心的串行通信接口平臺，使其成為PCI總線與用戶邏輯之間的橋梁，使用戶邏輯避開與復雜的PCI總線協(xié)議。本課題采用Spartan-II FPGA芯片XC2S200-6FG456C系統(tǒng)開發(fā)板作為串行通信接口的硬件實驗平臺，實現(xiàn)了支持配置讀/寫交易、單數(shù)據段讀/寫、突發(fā)模式讀/寫、命令/地址譯碼功能和數(shù)據傳送錯誤檢測與處理功能的PCI軟核。 本文主要闡述了以PCI軟核為核心的串行通信平臺的實現(xiàn)，首先介紹了PCI軟核的編程語言、軟件工具和硬件實驗平臺Spartan-II FPGA芯片XC2S200-6FG456C系統(tǒng)開發(fā)板。然后，介紹了PCI總線命令、PCI軟核所支持的功能、PCI軟核兩側信號的定義、PCI軟核配置模塊以及探討了PCI軟核的狀態(tài)機接收、發(fā)送數(shù)據等過程，分析了PCI軟核的數(shù)據收發(fā)功能仿真，主要包括配置讀/寫交易、單數(shù)據段模式讀/寫和突發(fā)模式讀/寫的仿真圖形，并闡述了管腳約束的操作流程。最后介紹PCI軟核模塊的WDM驅動，內容包括驅動程序簡介、驅動程序的開發(fā)、中斷處理、驅動程序與應用程序之間的通信以及應用程序操作。最后，對PCI軟核的各種性能進行了比較分析。整個模塊設計緊湊，完成在實驗平臺上的數(shù)據發(fā)送。 設計選用硬件描述語言VerilogHDL，在開發(fā)工具Xilinx ISE7.1中完成整個系統(tǒng)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PCI軟核編寫WinXP下的驅動程序，用VC++6.0編寫相應的測試應用程序。之后，將FPGA設計下載到Spanan-II FPGA芯片XC2S200-6FG456C系統(tǒng)開發(fā)板中運行。 文章最后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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數(shù)字視頻監(jiān)控技術無論是在軍事領域還是在民用領域，都有著重要的作用和廣泛的應用市場及前景。迫切的軍用和民用需求，推動著視頻監(jiān)控技術持續(xù)而迅猛的發(fā)展。為了提高監(jiān)控視頻的圖像質量，使設備小型化，以便能滿足各種條件下的適用場合，目前基于FPGA的數(shù)字視頻偵察監(jiān)控系統(tǒng)已成為一種主流的解決方案。 本文設計了一種可以在戰(zhàn)場上使用的數(shù)字視頻偵察監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)配備了12路攝像頭，當偵察車或者裝甲車在向前進的時候，可以做到對周圍的環(huán)境全方位的偵察監(jiān)控，從而對判斷戰(zhàn)場的情況起到了巨大的作用。 本文首先介紹了數(shù)字視頻監(jiān)控技術的發(fā)展與現(xiàn)狀，視頻數(shù)據的產生以及接收特性和FPGA技術的基本概念，在此基礎上研究了視頻信號的組成方式、VGA、DVI顯示接口以及顯示器的工作原理，分析了采用FPGA實現(xiàn)整個系統(tǒng)的可能性。接著，在充分考慮了要求達到的標準以后，選用了視頻解碼芯片SAA7111A、視頻編碼芯片ADV7125、DVI發(fā)送芯片TFP410、CY7C1061AV33型SRAM以及EP2C35FBGA672型FPGA芯片應用于硬件電路設計。然后設計出電路原理圖以及PCB版圖。最后，根據系統(tǒng)工作要求，本文設計了FPGA系統(tǒng)中的片內邏輯模塊，包括視頻采集緩沖異步FIFO（先進先出）模塊、I2C總線配置模塊、視頻幀存控制模塊、VGA視頻顯示模塊、DVI視頻顯示模塊等。在此基礎上完成了系統(tǒng)軟硬件調試，最終成功的實現(xiàn)了12路攝像頭的切換顯示和對周圍環(huán)境的全方位監(jiān)控，達到了預定的設計目標。
上傳時間： 2013-07-30
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擴頻通信系統(tǒng)與常規(guī)的通信系統(tǒng)相比，具有很強的抗窄帶干擾，抗多徑干擾，抗人為干擾的能力，并具有信息隱蔽、多址保密通信等優(yōu)點，在近年來得到了迅速的發(fā)展。論文針對直擴通信系統(tǒng)中偽碼和載波同步問題而展開，研究了直擴系統(tǒng)的結構、性能及完成了相關參數(shù)的計算，改進了包絡算法，設計了解擴和解調器，最后用ISE9.1實現(xiàn)了解擴和解調器的仿真波形，驗證了設計的正確性。 論文研究了擴頻通信系統(tǒng)的特點、國內外發(fā)展現(xiàn)狀及理論基礎，完成了DS-QPSK接收機的解擴器和解調器的設計與實現(xiàn)。解擴器主要圍繞著偽碼的捕獲與跟蹤這一核心，分析了解擴器的結構、性能及其完成了相關參數(shù)的計算，完成了數(shù)字下變頻器、偽碼發(fā)生電路、偽碼相關積分提取電路、多通道快碼捕獲電路、偽碼跟蹤鑒相電路、偽碼時鐘調整電路的設計，并在ISE9.1編程綜合得到仿真結果，驗證了設計的正確性。由于相關積分包絡算法是整個系統(tǒng)的基礎和核心，為了減少時延和系統(tǒng)所占硬件資源，改進了包絡算法并得到了仿真驗證。結果表明，它不但減少了硬件資源的占用、縮短了延時，而且對整個系統(tǒng)的優(yōu)化起著決定性的作用。論文給出了偽碼同步的仿真結果及資源占用情況，有力地說明了解擴器占用資源少、時延短等特點。 解調器研究了頻偏及載波相位誤差對信號的影響及同步方案，完成了數(shù)控振蕩器、反正切鑒頻器、環(huán)路濾波器的設計并得到了相關的仿真波形，實現(xiàn)了載波的跟蹤，給出了仿真結果及資源占用情況，對系統(tǒng)實現(xiàn)過程中的一些經驗進行了總結。最后是對論文工作的一些總結和對今后工作的展望。
上傳時間： 2013-06-13
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卷積碼是廣泛應用于衛(wèi)星通信、無線通信等多種通信系統(tǒng)的信道編碼方式。Viterbi算法是卷積碼的最大似然譯碼算法，該算法譯碼性能好、速度快，并且硬件實現(xiàn)結構比較簡單，是最佳的卷積碼譯碼算法。隨著可編程邏輯技術的不斷發(fā)展，使用FPGA實現(xiàn)Viterbi譯碼器的設計方法逐漸成為主流。不同通信系統(tǒng)所選用的卷積碼不同，因此設計可重配置的Viterbi譯碼器，使其能夠滿足多種通信系統(tǒng)的應用需求，具有很重要的現(xiàn)實意義。 本文設計了基于FPGA的高速Viterbi譯碼器。在對Viterbi譯碼算法深入研究的基礎上，重點研究了Viterbi譯碼器核心組成模塊的電路實現(xiàn)算法。本設計中分支度量計算模塊采用只計算可能的分支度量值的方法，節(jié)省了資源；加比選模塊使用全并行結構保證處理速度；幸存路徑管理模塊使用3指針偶算法的流水線結構，大大提高了譯碼速度。在Xilinx ISE8.2i環(huán)境下，用VHDL硬件描述語言編寫程序，實現(xiàn)(2，1，7)卷積碼的Viterbi譯碼器。在(2，1，7)卷積碼譯碼器基礎上，擴展了Viterbi譯碼器的通用性，使其能夠對不同的卷積碼譯碼。譯碼器根據不同的工作模式，可以對(2，1，7)、(2，1，9)、(3，1，7)和(3，1，9)四種廣泛運用的卷積碼譯碼，并且可以修改譯碼深度等改變譯碼器性能的參數(shù)。 本文用Simulink搭建編譯碼系統(tǒng)的通信鏈路，生成測試Viterbi譯碼器所需的軟判決輸入。使用ModelSim SE6.0對各種模式的譯碼器進行全面仿真驗證，Xilinx ISE8.2i時序分析報告表明譯碼器布局布線后最高譯碼速度可達200MHz。在FPGA和DSP組成的硬件平臺上進一步測試譯碼器，譯碼器運行穩(wěn)定可靠。最后，使用Simulink產生的數(shù)據對本文設計的Viterbi譯碼器的譯碼性能進行了分析，仿真結果表明，在同等條件下，本文設計的Viterbi譯碼器與Simulink中的Viterbi譯碼器模塊的譯碼性能相當。
上傳時間： 2013-06-24
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數(shù)字存儲示波器在儀器儀表領域中占有重要的地位，應用范圍相當廣泛，所以對示波器的研制有重要的理論和實際意義。本文針對數(shù)字存儲示波器的設計進行了深入的研究，旨在研制出100MHz帶寬的數(shù)字存儲示波器。 從各個方面考慮，選用了DSP、FPGA和單片機的方案來設計整個系統(tǒng)。整個系統(tǒng)采用單通道的方式。信號進來首先經過前端的調理電路把信號電壓調整到AD的輸入電壓范圍之內，這里調理電路主要是由信號衰減電路和信號放大電路所組成。調理后的信號再送到AD變換電路里面完成信號的數(shù)字化。然后把AD轉換后的數(shù)據送到FPGA中，并把數(shù)據保存到FPGA中的FIFO中，F(xiàn)PGA中的電路主要包括有FIFO、觸發(fā)系統(tǒng)、峰值檢測、時基電路等。 DSP處理器主要是用來從FIFO中提取數(shù)據并進行相應的處理。因為DSP運算速度快，所以本文利用DSP來完成濾波和波形重建的時候的插值算法等功能。然后DSP利用其多緩沖串口把數(shù)據送到單片機，單片機把從DSP中發(fā)送過來的數(shù)據顯示到LCD上，同時利用單片機來管理鍵盤等功能。在軟件方面主要完成了程序的一些初始化驅動，比如說是FLASH驅動、LCD驅動、DSP串口初始化、FPGA初始化等相關工作。 由于本文采用FPGA，使得數(shù)字存儲示波器的設計比較靈活，容易升級。可以根據自己的需要進行相關的改進，例如對外圍電路做進一步地擴展。
標簽： FPGA 數(shù)字存儲示波器
上傳時間： 2013-04-24
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圖像顯示器是人類接受外部信息的重要手段之一。而立體顯示則能再現(xiàn)場景的三維信息，提供場景更為全面、詳實的信息，在醫(yī)學、軍事、娛樂具有廣泛的應用前景。而現(xiàn)有的3D立體顯示設備價格都比較貴，基于此，本人研究了基于SDRAM存儲器和FPGA處理器的3D頭盔顯示設備并且設計出硬件和軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)圖像效果好，并且價格成本便宜，從而具有更大的實用性。本文完成的主要工作有三點： 1.設計了基于FPGA處理器和SDRAM存儲器的3D頭盔顯示器。該方案有別于現(xiàn)有的基于MCU、DSP和其它處理芯片的方案。本方案能通過線性插值算法把1024×768的分辨率變成800×600的分辨率，并能實現(xiàn)120HZ圖像刷新率，采用SDRAM作為高速存儲器，并且采用乒乓操作，有別于其它的開關左右眼視頻實現(xiàn)立體圖像。在本方案中每時每刻都是左右眼視頻同時輸出，使得使用者感覺不到視頻圖像有任何閃爍，減輕眼睛疲勞。本方案還實現(xiàn)了圖像對比對度調節(jié)，液晶前照光調節(jié)(調節(jié)輸出脈沖的占空比)，立體圖像源自動識別，還有人性化的操作界面(OSD)功能。 2.完成了該系統(tǒng)的硬件平臺設計和軟件設計。從便攜性角度考慮，盡量減小PCB板面積，給出了它們詳細的硬件設計電路圖。完成了FPGA系統(tǒng)的設計，包括系統(tǒng)整體分析，各個模塊的實現(xiàn)原理和具體實現(xiàn)的方法。完成了單片機對AD9883的配置設計。 3.完成了本方案的各項測試和調試工作，主要包括：數(shù)據采集部分測試、數(shù)據存儲部分測試、FPGA器件工作狀態(tài)測試、以電腦顯示器作為顯示器的聯(lián)機調試和以HX7015A作為顯示器的聯(lián)機調試，并且最終調試通過，各項功能都滿足預期設計的要求。實驗和分析結果論證了系統(tǒng)設計的合理性和使用價值。 本文的研究與實現(xiàn)工作通過實驗和分析得到了驗證。結果表明，本文提出的由FPGA和SDRAM組成的3D頭盔顯示系統(tǒng)完全可以實現(xiàn)高質量的立體視覺效果，從而可以將該廉價的3D頭盔顯示系統(tǒng)用于我國現(xiàn)代化建設中所需要的領域。
上傳時間： 2013-07-16
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SATA接口是新一代的硬盤串行接口標準，和以往的并行硬盤接口比較它具有支持熱插拔、傳輸速率快、執(zhí)行效率高的明顯優(yōu)勢。SATA2．0是SATA的第二代標準，它規(guī)定在數(shù)據線上使用LVDS NRZ串行數(shù)據流傳輸數(shù)據，速率可達3Gb/s。另外，SATA2．0還具有支持NCQ（本地命令隊列）、端口復用器、交錯啟動等一系列技術特征。正是由于以上的種種技術優(yōu)點，SATA硬盤業(yè)已被廣泛的使用于各種企業(yè)級和個人用戶。 硬盤作為主要的信息載體之一，其信息安全問題尤其引起人們的關注。由于在加密時需要實時處理大量的數(shù)據，所以對硬盤數(shù)據的加密主要使用帶有密鑰的硬件加密的方式。因此將硬盤加密和SATA接口結合起來進行設計和研究，完成基于SATA2．0接口的加解密芯片系統(tǒng)設計具有重要的使用價值和研究價值。 本論文首先介紹了SATA2．0的總線協(xié)議，其協(xié)議體系結構包括物理層、鏈路層、傳輸層和命令層，并對系統(tǒng)設計中各個層次中涉及的關鍵問題進行了闡述。其次，本論文對ATA協(xié)議和命令進行了詳細的解釋和分析，并針對設計中涉及的命令和對其做出的修改進行了說明。接著，本論文對SATA2．0加解密控制芯片的系統(tǒng)設計進行了講解，包括硬件平臺搭建和器件選型、模塊和功能劃分、系統(tǒng)工作原理等，剖析了系統(tǒng)設計中的難點問題并給出解決問題的方法。然后，對系統(tǒng)數(shù)據通路的各個模塊的設計和實現(xiàn)進行詳盡的闡述，并給出各個模塊的驗證結果。最后，本文簡要的介紹了驗證平臺搭建和測試環(huán)境、測試方法等問題，并分析測試結果。 本SATA2．0硬盤加解密接口電路在Xilinx公司的Virtex5 XC5VLX50T FPGA上進行測試，目前工作正常，性能良好，已經達到項目性能指標要求。本論文在SATA加解密控制芯片設計與實現(xiàn)方面的研究成果，具有通用性、可移植性，有一定的理論及經濟價值。
上傳時間： 2013-04-24
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自20世紀90年代以來，隨著計算機技術、超大規(guī)模集成電路技術和通信及網絡技術的發(fā)展，微機保護和測控裝置的性能得到大幅提升，以此為基礎的變電站自動化系統(tǒng)在我國的電力系統(tǒng)中得到長足的發(fā)展和廣泛的應用。 @@ 為增加產品的市場競爭力，電力系統(tǒng)二次設備生產廠商緊跟市場需求，將各種具有高性價比的新型處理器芯片和外圍芯片大量應用到變電站自動化系統(tǒng)的保護、測控裝置上，如32位CPU、數(shù)字信號處理芯片DSP、高速高精度A/D轉換芯片、大容量Flash存儲芯片、可編程邏輯器件CPLD、FPGA等。這些功能強大的器件的應用使保護測控裝置在外形上趨于小型化集成化，而在功能上則較以前有顯著提升。同時，各種成熟的商用嵌入式實時操作系統(tǒng)的采用使處理器的性能得到充分發(fā)揮，裝置通信、數(shù)據存儲及處理能力更強，性能大幅提高，程序移植升級更加方便快捷。 @@ 本論文以現(xiàn)階段國內外變電站自動化系統(tǒng)測控技術為參考，根據變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和要求，研究一種基于ARM和FPGA技術并采用嵌入式實時操作系統(tǒng)的高性能測控裝置，并給出硬軟件設計。 @@ 裝置硬件采用模塊化設計，按照測控裝置基本功能設計插件板。分為主CPU插件、交流采樣插件、遙信采集插件、遙控出口插件、直流采樣及輸出插件。除主CPU插件，其他插件的數(shù)量可以根據需要任意增減，滿足不同用戶的需求。 @@ 裝置主CPU采用目前先進的基于ARM技術的微處理器AT91RM9200，通過數(shù)據、地址總線和其他插件板連接，構成裝置的整個系統(tǒng)。交流采樣插件采用FPGA技術，利用ALTERA公司的FPGA芯片EP1K10實現(xiàn)交流采樣的控制，降低了CPU的負擔。 @@ 軟件采用Vxworks嵌入式實時操作系統(tǒng)，增加了系統(tǒng)的性能。以任務來管理不同的軟件功能模塊，利于裝置軟件的并行開發(fā)和維護。 @@關鍵詞：測控裝置；嵌入式實時操作系統(tǒng)；ARM；現(xiàn)場可編程門陣列
上傳時間： 2013-04-24
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