隨著信息技術和計算機技術的飛速發展，數字信號處理已經逐漸發展成一門關鍵的技術科學。圖像處理作為一種重要的現代技術，己經在通信、航空航天、遙感遙測、生物醫學、軍事、信息安全等領域得到廣泛的應用。圖像處理特別是高分辨率圖像實時處理的實現技術對相關領域的發展具有深遠意義。另外，現場可編程門陣列FPGA和高效率硬件描述語言Verilog HDL的結合，大大變革了電子系統的設計方法，加速了系統的設計進程，為圖像壓縮系統的實現提供了硬件支持和軟件保障。 本文主要包括以下幾個方面的內容： (1)結合某工程的具體需求，設計了一種基于FPGA的圖像壓縮系統，核心硬件選用XILINX公司的Virtex-Ⅱ Pro系列FPGA芯片，存儲器件選用MICRON公司的MT48LC4M16A2SDRAM，圖像壓縮的核心算法選用近無損壓縮算法JPEG-LS。 (2)用Verilog硬件描述語言實現了JPEG-LS標準中的基本算法，為課題組成員進行算法改進提供了有力支持。 (3)用Verilog硬件描述語言設計并實現了SDRAM控制器模塊，使核心壓縮模塊能夠方便靈活地訪問片外存儲器。 (4)構建了圖像壓縮系統的測試平臺，對實現的SDRAM控制器模塊和JPEG-LS基本算法模塊進行了軟件仿真測試和硬件測試，驗證了其功能的正確性。
上傳時間： 2013-04-24
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運動控制技術是機電一體化的核心部分，提高運動控制技術水平對于提高我國的機電一體化技術具有至關重要的作用。運動控制技術的發展是制造自動化前進的旋律，是推動新的產業革命的關鍵技術。對于數控系統來說，最重要的是控制各個電機軸的運動，這是運動控制器接收并依照數控裝置的指令來控制各個電機軸運動從而實現數控加工的，數據加工中的定位控制精度、速度調節的性能等重要指標都與運動控制器直接相關。目前對數控系統的研究都集中在插入PC的NC控制器的研究上，而其核心部分就是對步進、伺服電機進行控制的運動控制卡的研究。對PC-NC來說，運動控制卡的性能很大程度上決定了整個數控系統的性能，而微電子和數字信號處理技術的發展及其應用，使運動控制卡的性能得到了不斷改進，集成度和可靠性大大提高。 本課題通過對運動控制技術的深入研究，并針對國內運動控制技術的研究起步較晚的現狀，結合當前運動控制領域的具體需要，緊跟當前運動控制技術研究的發展趨勢，吸收了數控技術和相關運動控制技術的最新成果，提出了基于PCI和FPGA的方案，研制了一款比較新穎的、功能強大的、具有很大柔性的四軸多功能運動控制卡。 本課題的具體研究主要有以下幾方面： 首先，通過對運動控制卡及運動控制系統等行業現狀的全面調研，和對運動控制技術的深入學習，在比較了幾種常用的運動控制方案的基礎上，提出了基于FPGA的運動控制設計方案，并規劃了板卡的總體設計。 其次，根據總體設計，規劃了板卡的結構，詳細劃分并實現了FPGA各部分的功能；利用光電隔離原理設計了數字輸入/輸出電路。 再次，利用FPGA的資源實現了PCI從設備接口，達到跟控制卡通信的目的，針對運動控制中的一些具體問題，如運動平穩性、實時控制以及多軸聯動等，在FPGA上設計了四軸運動控制電路，定義了各個寄存器的具體功能，設計了功能齊全的加／減速控制電路、變頻分配電路、倍頻分頻電路和三個功能各異的計數器電路等，自動降速點運動、A／B相編碼器倍頻計數電路等特殊功能。最后，進行了本運動控制卡的測試，從測試和應用結果來看，該卡達到預期的要求。
上傳時間： 2013-07-27
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數字超聲診斷設備在臨床診斷中應用十分廣泛，研制全數字化的醫療儀器已成為趨勢。盡管很多超聲成像儀器設計制造中使用了數字化技術，但是我們可以說現代VLSI 和EDA 技術在其中并沒有得到充分有效的應用。隨著現代電子信息技術的發展，PLD 在很多與B 型超聲成像或多普勒超聲成像有關的領域都得到了較好的應用，例如數字通信和相控雷達領域。 在研究現代超聲成像原理的基礎上，我們首先介紹了常見的數字超聲成像儀器的基本結構和模塊功能，同時也介紹了現代FPGA 和EDA 技術。隨后我們詳細分析討論了B 超中，全數字化波束合成器的關鍵技術和實現手段。我們設計實現了片內高速異步FIFO 以降低采樣率，仿真結果表明資源使用合理且訪問時間很小。正交檢波方法既能給出灰度超聲成像所需要的回波的幅值信息，也能給出多普勒超聲成像所需要的回波的相移信息。我們設計實現了基于直接數字頻率合成原理的數控振蕩器，能夠給出一對幅值和相位較平衡的正交信號，且在FPGA 片內實現方案簡單廉價。數控振蕩器輸出波形的頻率可動態控制且精度較高，對于隨著超聲在人體組織深度上的穿透衰減，導致回波中心頻率下移的聲學物理現象，可視作將回波接收機的中心頻率同步動態變化進行補償。 還設計實現了B 型數字超聲診斷儀前端發射波束聚焦和掃描控制子系統。在單片FPGA 芯片內部設計實現了聚焦延時、脈寬和重復頻率可動態控制的發射驅動脈沖產生器、線掃控制、探頭激勵控制、功能碼存儲等功能模塊，功能仿真和時序分析結果表明該子系統為設計實現高速度、高精度、高集成度的全數字化超聲診斷設備打下了良好的基礎，將加快其研發和制造進程，為生物醫學電子、醫療設備和超聲診斷等方面帶來新思路。
上傳時間： 2013-06-18
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基于嵌入式技術的遠程監控系統可以達到動態、無死角的監控目的，可以對一些特殊環境進行遠程監視和控制，且不受濕度、溫度等條件的影響，廣泛應用于軍事、交通、智能家居、醫療監護等多個領域。可以解決傳統監控系統將圖像采集設備固定在一個地方而使監控范圍有限，適用場合少等弊端。 本文設計了一款基于ARM和FPGA的遠程監控系統。首先在對遠程監控系統功能分析的基礎上，設計了以ARM為主控制器和FPGA為輔助控制器的硬件電路，采用ARM芯片控制圖像采集、速度采集、網絡傳輸等干擾小的模塊，采用FPGA芯片控制電機驅動、舵機驅動、電池監控等干擾大的模塊，大大提高了系統的穩定性；其次設計了基于WinCE操作系統的圖像采集、GPIO、PWM、外中斷EINT-19的流接口驅動程序；同時設計了基于WinCE操作系統的圖像采集及壓縮、網絡通信、車模速度采集的應用程序；FPGA內部邏輯電路采用Verilog語言完成電源監控、舵機控制、直流電機控制等功能。 本系統集圖像采集和壓縮、運動控制、網絡傳輸于一體。其圖像采集速度達30幀/秒，圖像分辨率達640x480，JPEG壓縮比達10：1，控制命令響應時間為1s，網絡傳輸速率達10Mbps。其功能擴展容易，功耗低，體積小，抗干擾能力強，具有很好的市場前景。關鍵詞：winCE；S3C2440A；FPGA；遠程監控；流接口驅動
上傳時間： 2013-04-24
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采用 Verilog HDL 語言在Altera 公司的FPGA 芯片上實現了RISC_CPU 的關鍵部件狀態控制器的設計,以及在與其它各種數字邏輯設計方法的比較下,顯示出使用Verilog
上傳時間： 2013-07-06
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JPEG2000是新一代的靜態圖像壓縮標準，它相比JPEG有很多新的特性，如漸進傳輸和感興趣區域編碼等，因而它具有廣闊的應用前景，特別是在數碼相機、PDA等便攜式設備中。 JPEG2000的核心主要包括小波變換和基于最優化截斷點的嵌入式塊編碼(EBCOT)算法，其計算復雜度遠遠高于JPEG，完全采用軟件方案實現將會占用大量的處理器時間和內存開銷，而且速度較慢，實時處理的能力較差。為了推廣JPEG2000在便攜式產品、消費類電子產品中的應用，打開巨大的潛在市場，研究硬件實現的算法實時處理方案具有重要的應用價值。 EBCOT算法是一個兩層的編碼引擎，其中的上下文編碼的運算量約占到總運算量的50％，是提高編碼速度的關鍵算法之一。由于上下文編碼大部分都是邏輯運算，沒有復雜的數學運算，但邏輯控制流程復雜繁瑣，對存儲器訪問頻繁，采用DSP或者其他的通用處理器通過指令控制實現該算法，未能顯著提高編碼速度。本文采用FPGA芯片，以電路邏輯的方式來實現該算法并進行優化，在研究和分析了上下文編碼算法運算特點的基礎上，設計了列判斷和交錯存儲相結合的硬件實現方案，并采用硬件描述語言Verilog在寄存器傳輸級描述了相應的硬件電路。通過功能仿真和邏輯綜合后，所獲得的上下文編碼模塊最大時鐘頻率為101MHz，且能在130ms內完成對一幅512×512灰度圖像的編碼，性能比Jasper軟件中的實現方案提高了75％。 JPEG2000的一個重要特性是其具有漸進傳輸的能力，而碼流組織是獲得漸進傳輸特性的技術關鍵。碼流組織通過在輸出碼流中安排數據包的先后順序來實現漸進傳輸的目的。本文對JPEG2000中實現漸進傳輸的機制進行了分析，并研究了碼流組織的算法實現。 為了對JPEG2000算法實現進行驗證，本文設計了基于FPGA和ARM的驗證實驗平臺，其中FPGA主要完成算法中運算量較大的小波變換、上下文編碼和算術編碼，而ARM處理器則完成碼流組織、數據打包以及和PC機的通信。本文在該平臺上對所設計的上下文編碼算法和碼流組織模塊的設計進行了驗證，實驗結果表明本文設計的算法模塊功能正確，并在一定程度上提高了編碼速度。
上傳時間： 2013-04-24
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JPEG2000是新一代圖像壓縮標準,JPEG2000與傳統JPEG最大的不同,在于它放棄了JPEG所采用的以離散余弦變換(Discrete Cosine Transform)為主的區塊編碼方式,而采用以小波轉換(Wavelet Transform)為主的多解析編碼方式.離散小波變換算法是現代譜分析工具,在圖像處理與圖像分析領域正得到越來越廣泛的應用.由于JPEG2000標準具有復雜的算法,全部用軟件來實現將會占用很大的處理器時間開銷和內存開銷,尤其對于實時圖像傳輸和處理系統,因而用硬件電路來實現JPEG2000標準的部分或全部,就具有重要的意義,本課題的目的就是用硬件電路來實現JPEG2000標準中的離散小波變換部分,論文研究的主要工作就是設計了一個符合JPEG2000標準的、高性能的多級二維離散小波變換的硬件電路.論文研究的內容主要分為兩部分,第一部分首先分析了JPEG2000標準和離散小波變換的原理,重點研究了離散小波變換的快速算法,包括第一代小波變換所采用的卷積算法和第二代小波變換所采用的提升算法,然后具體分析了離散小波變換在JPEG2000中的具體實現.論文第二部分對兩種離散小波變換快速算法的硬件實現進行了比較,并選擇卷積濾波算法作為硬件實現的對象,并采用Daubechies9/7小波基.然后具體設計了離散小波變換的各個模塊,所有的模塊都是有硬件描述語言(Verilog HDL)來實現,經過仿真和邏輯綜合,在一塊自行設計的FPGA開發板上進行了驗證.仿真和驗證的結果表明了該小波變換的硬件電路符合JPEG2000標準,具有較高的速度和信噪比.
上傳時間： 2013-04-24
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隨著電子技術和EDA技術的發展,大規模可編程邏輯器件PLD(Programmable Logic Device)、現場可編程門陣列FPGA(Field Programmable Gates Array)完全可以取代大規模集成電路芯片,實現計算機可編程接口芯片的功能,并可將若干接口電路的功能集成到一片PLD或FPGA中.基于大規模PLD或FPGA的計算機接口電路不僅具有集成度高、體積小和功耗低等優點,而且還具有獨特的用戶可編程能力,從而實現計算機系統的功能重構.該課題以Altera公司FPGA(FLEX10K)系列產品為載體,在MAX+PLUSⅡ開發環境下采用VHDL語言,設計并實現了計算機可編程并行接芯片8255的功能.設計采用VHDL的結構描述風格,依據芯片功能將系統劃分為內核和外圍邏輯兩大模塊,其中內核模塊又分為RORT A、RORT B、OROT C和Control模塊,每個底層模塊采用RTL(Registers Transfer Language)級描述,整體生成采用MAX+PLUSⅡ的圖形輸入法.通過波形仿真、下載芯片的測試,完成了計算機可編程并行接芯片8255的功能.
上傳時間： 2013-06-08
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ASIC對產品成本和靈活性有一定的要求.基于MCU方式的ASIC具有較高的靈活性和較低的成本,然而抗干擾性和可靠性相對較低,運算速度也受到限制.常規ASIC的硬件具有速度優勢和較高的可靠性及抗干擾能力,然而不是靈活性較差,就是成本較高.與傳統硬件(CHW)相比,具有一定可配置特性的場可編程門陣列(FPGA)的出現,使建立在可再配置硬件基礎上的進化硬件(EHW)成為智能硬件電路設計的一種新方法.作為進化算法和可編程器件技術相結合的產物,可重構FPGA的研究屬于EHW的研究范疇,是研究EHW的一種具體的實現方法.論文認為面向分類的專用類可重構FPGA(ASR-FPGA)的研究,可使可重構電路粒度劃分的針對性更強、設計更易實現.論文研究的可重構FPGA的BCH通訊糾錯碼進化電路是一類ASR-FPGA電路的具體方法,具有一定的實用價值.論文所做的工作主要包括:(1)BCH編譯碼電路的設計——求取實驗用BCH碼的生成多項式和校驗多項式及其相應的矩陣并構造實驗用BCH碼;(2)建立基于可重構FPGA的基核——構造具有可重構特性的硬件功能單元,以此作為可重構BCH碼電路的設計基礎;(3)構造實現可重構BCH糾錯碼電路的方法——建立可重構糾錯碼硬件電路算法并進行實驗驗證;(4)在可重構糾錯碼電路基礎上,構造進化硬件控制功能塊的結構,完成各進化RLA控制模塊的驗證和實現.課題是將可重構BCH碼的編譯碼電路的實現作為一類ASR-FPGA的研究目標,主要成果是根據可編程邏輯電路的特點,選擇一種可編程樹的電路模型,并將它作為可重構FPGA電路的基核T;通過對循環BCH糾錯碼的構造原理和電路結構的研究,將基核模型擴展為能滿足糾錯碼電路需要的糾錯碼基本功能單元T;以T作為再劃分的基本單元,對FPGA進行"格式化",使T規則排列在FPGA上,通過對T的控制端的不同配置來實現糾錯碼的各個功能單元;在可重構基核的基礎上提出了糾錯碼重構電路的嵌套式GA理論模型,將嵌套式GA的染色體串作為進化硬件描述語言,通過轉換為相應的VHDL語言描述以實現硬件電路;采用RLA模型的有限狀態機FSM方式實現了可重構糾錯碼電路的EHW的各個控制功能塊.在實驗方面,利用Xilinx FPGA開發系統中的VHDL語言和電路圖相結合的設計方法建立了循環糾錯碼基核單元的可重構模型,進行循環糾錯BCH碼的電路和功能仿真,在Xilinx公司的Virtex600E芯片進行了FPGA實現.課題在研究模型上選取的是比較基本的BCH糾錯碼電路,立足于解決基于可重構FPGA核的設計的基本問題.課題的研究成果及其總結的一套ASR-FPGA進化硬件電路的設計方法對實際的進化硬件設計具有一定的實際指導意義,提出的基于專用類基核FPGA電路結構的研究方法為新型進化硬件的器件結構的設計也可提供一種借鑒.
上傳時間： 2013-07-01
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該課題通過對開放式數控技術的全面調研和對運動控制技術的深入研究,并針對國內運動控制技術的研究起步較晚的現狀,結合激光雕刻領域的具體需要,緊跟當前運動控制技術研究的發展趨勢,吸收了世界開放式數控技術和相關運動控制技術的最新成果,采納了基于DSP和FPGA的方案,研制了一款比較新穎的、功能強大的、具有很大柔性的四軸多功能運動控制卡.該論文主要內容如下:首先,通過對制造業、開放式數控系統、運動控制卡等行業現狀的全面調研,基于對運動系統控制技術的深入學習,在比較了幾種常用的運動控制方案的基礎上,確定了基于DSP和FPGA的運動控制設計方案,并規劃了板卡的總體結構.其次,針對運動控制中的一些具體問題,如高速、高精度、運動平穩性、實時控制以及多軸聯動等,在FPGA上設計了功能相互獨立的四軸運動控制電路,仔細規劃并定義了各個寄存器的具體功能,設計了功能完善的加/減速控制電路、變頻分配電路、倍頻分頻電路和三個功能各異的計數器電路等,完全實現了S-曲線升降速運動、自動降速點運動、A/B相編碼器倍頻計數電路等特殊功能.再次,介紹了DSP在運動控制中的作用,合理規劃了DSP指令的形成過程,并對DSP軟件的具體實現進行了框架性的設計.然后,根據光電隔離原理設計了數字輸入/輸出電路;結合DAC原理設計了四路模擬輸出電路;實現了PCI接口電路的設計;并針對常見的干擾現象,提出了有效的抗干擾措施.最后,利用運動控制卡強大的運動控制功能,并針對激光雕刻行業進行大幅圖形掃描時需要實時處理大量的圖形數據的特別需要,在板卡第四軸完全實現了激光控制功能,并基于FPGA內部的16KBit塊RAM,開辟了大量數據區以便進行大幅圖形的實時處理.
上傳時間： 2013-06-09
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