本論文設(shè)計了一種基于FPGA的高速FIR數(shù)字濾波器,濾波器實現(xiàn)低通濾波,截止頻率為1MHz,通帶波紋小于1 dB,阻帶最大衰減為-40 dB,輸入輸出數(shù)據(jù)為8位二進(jìn)制,采樣頻率為10MHz。 論文首先簡要介紹了數(shù)字濾波器的基本原理和線性FIR數(shù)字濾波器的性質(zhì)、結(jié)構(gòu),根據(jù)濾波器的性能要求選擇窗函數(shù)、確定系數(shù),在算法上為了滿足數(shù)字濾波器的要求,對系數(shù)放大512倍并取整,并用Matlab對數(shù)字濾波器原理進(jìn)行了證明。同時簡述了EDA技術(shù)和FPGA設(shè)計流程。 其次,論文說明了FIR數(shù)字濾波器模塊的劃分,并用Verilog語言在modelSim環(huán)境下進(jìn)行了功能測試。對于數(shù)字濾波器系數(shù)中的-1,-2,4這些簡單的系數(shù)乘法直接進(jìn)行移位和取反,可以極大的節(jié)省資源和優(yōu)化設(shè)計。而對普通系數(shù)乘法采用4-BANT(4bits-at-a-time)的并行算法,用加法累加快速實現(xiàn)了乘積的運算；另外,在本設(shè)計進(jìn)行部分積累加時,采用舍取冗余位,主要是根據(jù)設(shè)計時已對系數(shù)進(jìn)行了放大,而輸出時又要將結(jié)果相應(yīng)的縮小,所以在累加時,提前對部分積縮小,從而減少了運算量,從時間和資源上都得到了優(yōu)化。 論文的最后分別用modelSim和Quartus II進(jìn)行了FIR數(shù)字濾波器的前仿真和后仿真,將仿真的結(jié)果和Matlab中原理驗證時得到的理想值進(jìn)行了比較,并對所產(chǎn)生的誤差進(jìn)行了分析。仿真結(jié)果表明：本16階FIR數(shù)字濾波器設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)截止頻率為1MHz的低通濾波,并且工作頻率可達(dá)150MHz以上。
標(biāo)簽： FPGA FIR 數(shù)字 濾波器設(shè)計
上傳時間： 2013-07-15
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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(jìn)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(biāo)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(fù)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(jìn)行功能擴展，以滿足更高的要求。
標(biāo)簽： FPGA CRC 串行 通信實現(xiàn)
上傳時間： 2013-04-24
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隨著計算機科學(xué)和視頻技術(shù)的廣泛發(fā)展,數(shù)字圖像采集在電子通信與信息處理領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,例如廣播電視的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)視頻、監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)等. 視頻圖像采集卡作為計算機視頻應(yīng)用的前端設(shè)備,承擔(dān)著模擬視頻信號向數(shù)字視頻信號轉(zhuǎn)換的任務(wù),在多媒體時代占據(jù)著重要的位置.設(shè)計一種功能靈活,使用方便,便于嵌入到系統(tǒng)中的視頻信號采集電路具有重要的實用意義. 本文首先介紹數(shù)字圖像采集系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和前景,提出了本次設(shè)計的目標(biāo): 完成基于PCI總線的高分辨率圖像采集卡設(shè)計.然后簡單介紹了本次設(shè)計用到的基本理論:數(shù)據(jù)采集理論,特別說明了采樣和量化的定義與區(qū)別,以及量化的幾種方式和量化與AD技術(shù)之間的關(guān)系. 圖像采集系統(tǒng)的基本構(gòu)成,是以數(shù)字信號處理器為核心,控制外圍的A/D、D/A轉(zhuǎn)換器和外圍存儲器.本文對比了當(dāng)下流行的DSP芯片和IFPGA芯片作為數(shù)字處理核心的優(yōu)缺點,并根據(jù)系統(tǒng)實際需要,選用FPGA作為數(shù)字信號處理器.然后列舉了幾款常用A/D視頻芯片,還介紹了SDRAM控制的基本流程,最后提出了系統(tǒng)的整體設(shè)計方案. 圖像采集卡的硬件設(shè)計分為A/D前端模擬通道設(shè)計和FPGA數(shù)字信號傳輸及外圍電路設(shè)計.本文重點介紹了A/D芯片外圍電路連接和使用方法,對PCI總線和它的控制電路也做了詳細(xì)闡述.對圖像采集卡的PCB布局布線也有詳細(xì)說明. 圖像采集卡FPGA內(nèi)部程序構(gòu)成也是本文的一個重點.本次的程序設(shè)計主要分為數(shù)據(jù)采集模塊,即與A/D接口模塊,數(shù)據(jù)暫存模塊,即SDRAM讀寫控制模塊,數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊,即PCI控制模塊.重點在于對的SDRAM的連續(xù)讀寫控制和各個模塊間的協(xié)調(diào)工作.說明了.A/D采集數(shù)據(jù)從接收到存儲詳細(xì)過程,以及對SDRAM讀寫狀態(tài)機和PCI總線的操控. 最后介紹了硬件調(diào)試和FPGA程序驗證結(jié)果.詳細(xì)說明了以modelSim為平臺的前端功能仿真和后端時序仿真,以及以SignalTapⅡ為平臺,程序下載到FPGA中進(jìn)行的實時驗證.結(jié)果表明整個圖像采集系統(tǒng)基本達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計中所給出的性能指標(biāo),證明了整個系統(tǒng)設(shè)計的正確性和合理性.
上傳時間： 2013-04-24
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隨著電子科學(xué)、圖像傳輸處理技術(shù)與理論的迅速發(fā)展，機器人視頻監(jiān)控技術(shù)的實際研究與應(yīng)用曰益得到重視，并不斷地在許多領(lǐng)域取得驕人的成果。特別是近年來，機器人視頻監(jiān)控技術(shù)已成為高技術(shù)領(lǐng)域一個重要的研究課題。 本論文詳細(xì)介紹了一種機器人視頻監(jiān)視系統(tǒng)的設(shè)計方案，實現(xiàn)了具有前端視頻采集、圖像傳輸處理功能的FPGA系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用Altera公司的FPGA芯片作為中央處理器，由視頻采集模塊、異步FIFO模塊、I
標(biāo)簽： FPGA 機器人 視頻監(jiān)視系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-21
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在圖像處理及檢測系統(tǒng)中，實時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)具有較高的實時處理能力，能夠準(zhǔn)確并穩(wěn)定地檢測出運動目標(biāo)的信息。可見FPGA對提高視頻檢測及處理的實時性是一個較好的選擇。 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、實時性和開發(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)計方案。 2．應(yīng)用模塊化的硬件設(shè)計方法，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現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖，應(yīng)用VHDL硬件描述語言編程、實現(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)運算速度，增強了檢測系統(tǒng)的實時性能。 4．研究了基于視頻的交通車流量檢測算法，重點討論背景差分法，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)計了這些算法的硬件實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，用VHDL語言實現(xiàn)，并對各個模塊及相應(yīng)算法做出了功能仿真和性能分析。 5．系統(tǒng)仿真與驗證是整個FPGA設(shè)計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值。
上傳時間： 2013-07-13
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本文以“機車車輛輪對動態(tài)檢測裝置”為研究背景，以改進(jìn)提升裝置性能為目標(biāo)，研究在Altera公司的FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片Cyclone上實現(xiàn)圖像采集控制、圖像處理算法、JPEG(Joint Photographic Expert Group)壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)的基本系統(tǒng)。本文使用硬件描述語言Verilog，以RedLogic的RVDK開發(fā)板作為硬件平臺，在開發(fā)工具OUARTUS2 6.0和modelSim SE 6.1B環(huán)境中完成軟核的設(shè)計與仿真驗證。 數(shù)據(jù)采集部分完成的功能是將由模擬攝像機拍攝到的圖像信號進(jìn)行數(shù)字化，然后從數(shù)據(jù)流中提取有效數(shù)據(jù)，加以適當(dāng)裁剪，最后將奇偶場圖像數(shù)據(jù)合并成幀，存儲到存儲器中。數(shù)字化及碼流產(chǎn)生的功能由SAA7113芯片完成，由FPGA對SAA7113芯片初始化設(shè)置、控制，并對數(shù)字化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。 圖像處理算法部分考慮到實時性與算法復(fù)雜度等因素，從裝置的圖像處理流程中有選擇性地實現(xiàn)了直方圖均衡化、中值濾波與邊緣檢測三種圖像處理算法。 壓縮編碼部分依據(jù)JPEG標(biāo)準(zhǔn)基本系統(tǒng)順序編碼模式，在FPGA上實現(xiàn)了DCT(Discrete Cosine Transform)變換、量化、Zig-Zag掃描、直流系數(shù)DPCM(Differential Pulse Code Modulation)編碼、交流系數(shù)RLC(Run Length code)編碼、霍夫曼編碼等主要步驟，最后用實際的圖像數(shù)據(jù)塊對系統(tǒng)進(jìn)行了驗證。
上傳時間： 2013-04-24
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無人機大氣數(shù)據(jù)的采集和處理在無人機中占有很重要的位置和作用，它是保障飛機安全飛行以及保證地面控制和操縱人員正確引導(dǎo)飛機、順利完成飛行任務(wù)的關(guān)鍵所在。在目前廣泛應(yīng)用的無人機大氣數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)中，多數(shù)采用單片機作為大氣數(shù)據(jù)處理計算機，但是單片機在高速數(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，使測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實時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、邏輯功能強等特點，有效地解決了單片機在高速無人機大氣數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)中處理速度較慢、實時性較差的問題。 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的無人機氣壓高度測量系統(tǒng)的整體設(shè)計，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；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，并就FPGA內(nèi)部所設(shè)計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)行功能和時序的仿真，以驗證FPGA內(nèi)部各功能模塊和FPGA總體設(shè)計的正確性，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)的電路板后對整個測量系統(tǒng)進(jìn)行實際的測試，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，本文驗證了以FPGA芯片為核心的無人機氣壓高度測量系統(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 氣壓 測量系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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指紋識別作為生物特征識別的一種，在身份識別上有著其他手段不可比擬的優(yōu)越性：人的指紋具有唯一性和穩(wěn)定性；隨著指紋傳感器性能的提高和價格的降低．指紋的采集相對容易；指紋識別算法已經(jīng)比較成熟
標(biāo)簽： 指紋識別 算法 硬件實現(xiàn)
上傳時間： 2013-07-28
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軟件無線電技術(shù)自20世紀(jì)90年代提出以后，在許多通信系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。本文研究了一種軟件無線電數(shù)字通信系統(tǒng)方案的設(shè)計，并著重研究了其中中頻處理單元的設(shè)計和實現(xiàn)。針對實際應(yīng)用，本文提出了一個基于FPGA和DSP的軟件無線電中頻/基帶數(shù)字化處理系統(tǒng)的設(shè)計方案。該系統(tǒng)的特點是所有的中頻信號處理算法全部由軟件實現(xiàn)，它主要包括高速A/D、超大規(guī)模FPGA芯片、高速DSP芯片和外部存儲器等，其中超大規(guī)模FPGA芯片和高速的DSP芯片是系統(tǒng)的核心。DSP芯片采用的是TI公司的C6416，F(xiàn)PGA芯片采用的是Xilinx公司的XC2V2000FG676，既兼顧速度和靈活性，又具有較強的通用性。 本文根據(jù)“基于FPGA的中頻數(shù)字化處理平臺的建立及若干關(guān)鍵算法的實現(xiàn)”研究課題，主要完成了軟件無線電通信系統(tǒng)中頻數(shù)字化若干關(guān)鍵算法實現(xiàn)的任務(wù)，具體包括通用數(shù)字中頻板的設(shè)計、中頻板上FPGA和DSP、D/A的接口設(shè)計、各種數(shù)字通信關(guān)鍵技術(shù)（數(shù)字上/下變頻、調(diào)制解調(diào)、信道編譯碼、交織解交織等）的FPGA實現(xiàn)。本文研究的系統(tǒng)分別在Matlab、ISE、modelSim、Visual DSP++、ChipScope Pro等軟件中進(jìn)行了仿真和驗證，并已交付使用。結(jié)果表明，本文提出的方案正確可行，達(dá)到了預(yù)定要求。本文的工作對其它軟件無線電系統(tǒng)的實現(xiàn)也具有較大的參考價值。
標(biāo)簽： FPGA 中頻數(shù)字化 關(guān)鍵算法
上傳時間： 2013-04-24
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在船舶交管系統(tǒng)中，雷達(dá)信息處理是最重要的組成部分。視頻回波處理中的雜波處理要求實時性很高，大約要在一個距離單元的時間(0.05-0.1us)內(nèi)完成。雜波處理如恒虛警處理本身比較復(fù)雜，這類處理過程又要求快速，圖像顯示系統(tǒng)要求及時的把接收到的雷達(dá)方位數(shù)據(jù)從極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成直角坐標(biāo)。在軟件上實現(xiàn)這些算法雖然精度可以達(dá)到，但是實時性問題不能滿足。因此這類問題多采用高速專用數(shù)字設(shè)備來實現(xiàn)。FPGA在數(shù)字信號處理領(lǐng)域有非常廣闊的應(yīng)用前景，以其優(yōu)良的性能在數(shù)字信號處理中發(fā)揮了重大的作用。CORDIC算法可以在硬件上以很高的精度實現(xiàn)一些函數(shù)和運算。針對以上幾點，本文提出了利用CORDIC算法，基于FPGA來實現(xiàn)雷達(dá)信號處理和圖像顯示的算法研究，用硬件來實現(xiàn)正弦、余弦、正切、乘法、除法、指數(shù)和對數(shù)等基本函數(shù)和運算，把他們設(shè)計成為可重用的IP core，這樣可以滿足實時性和精度的問題。從而在將來的算法研究中方便的調(diào)用，這樣在算法研究中可以節(jié)約大量的時間，在一定程度上降低研究的難度。 圍繞雷達(dá)信號處理和圖像顯示，本次課題設(shè)計主要做了如下工作： 1．對CORDIC算法進(jìn)行分析和研究，以及它在雷達(dá)信號處理和圖像顯示中的影響。 2．成功用硬件描述語言在Xilinx公司軟件ISE的環(huán)境下編寫代碼，在Synplify和modelSim上做了綜合和仿真。 3．對實驗結(jié)果進(jìn)行精度和速度分析。 4．對雷達(dá)信號處理和圖像顯示的相關(guān)算法進(jìn)行分析和研究。 5．從實例分析IP core的特點，對算法研究的影響和IP core在雷達(dá)信號處理和圖像顯示中的應(yīng)用。 最終在實踐環(huán)節(jié)，成功利用CORDIC算法，在FPGA上實現(xiàn)可重用的IP core，這些IP core能夠以很高的精度實現(xiàn)一些基本函數(shù)和運算，在雷達(dá)信號處理與圖像顯示中起到很大的作用。
標(biāo)簽： FPGA 雷達(dá)信號處理 圖像顯示
上傳時間： 2013-07-16
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