本文主要研究了認(rèn)知無線電頻譜感知功能的關(guān)鍵技術(shù)以及硬件實(shí)現(xiàn)方法。首先，提出了認(rèn)知無線電頻譜感知功能的硬件實(shí)現(xiàn)框圖，包括射頻前端部分和數(shù)字信號處理部分，接著簡單介紹了射頻前端電路的功能與特性，最后重點(diǎn)介紹了數(shù)字信號處理部分的FPGA實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證過程。 數(shù)字處理部分主要實(shí)現(xiàn)寬帶信號的短時傅立葉分析，將中頻寬帶數(shù)字信號通過基于多相濾波器組的下變頻模塊，實(shí)現(xiàn)并行多通道的數(shù)字下變頻，然后對每個信道進(jìn)行重疊加窗處理，最后再做快速傅立葉分析(FFT)，從而得到信號的時頻關(guān)系。整個系統(tǒng)主要包括：延時抽取模塊、多相濾波器模塊、32點(diǎn)開關(guān)式流水線FFT模塊、滑動窗緩沖區(qū)、256點(diǎn)流水線FFT模塊等。 本設(shè)計采用verilog HDL硬件描述語言進(jìn)行設(shè)計，基于Xilinx公司的Virtex-4XC4VSX35芯片。整個系統(tǒng)采用全同步設(shè)計，可穩(wěn)定工作于200MHz，其分析帶寬高達(dá)65MHz，具有很高的使用價值。
標(biāo)簽： FPGA 認(rèn)知無線電 感知功能
上傳時間： 2013-07-09
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隨著圖像分辨率的越來越高，軟件實(shí)現(xiàn)的圖像處理無法滿足實(shí)時性的需求；同時FPGA等可編程器件的快速發(fā)展使得硬件實(shí)現(xiàn)圖像處理變得可行。如今基于FPGA的圖像處理研究成為了國內(nèi)外的一個熱門領(lǐng)域。 本文在FPGA平臺上，用verilog HDL實(shí)現(xiàn)了一個研究圖像處理算法的可重復(fù)配置的硬件模塊架構(gòu)，架構(gòu)包括PC機(jī)預(yù)處理和通信軟件，控制模塊，計算單元，存儲器模塊和通信適配模塊五個部分。其中的計算模塊負(fù)責(zé)具體算法的實(shí)現(xiàn)，根據(jù)不同的圖像處理算法可以獨(dú)立實(shí)現(xiàn)。架構(gòu)為計算模塊實(shí)現(xiàn)了一個可添加、移出接口，不同的算法設(shè)計只要符合該接口就可以方便的加入到模塊架構(gòu)中來進(jìn)行調(diào)試和運(yùn)行。 在硬件架構(gòu)的基礎(chǔ)上本文實(shí)現(xiàn)了排序?yàn)V波，中值濾波，卷積運(yùn)算及高斯濾波，形態(tài)學(xué)算子運(yùn)算等經(jīng)典的圖像處理算法。討論了FPGA的圖像處理算法的設(shè)計方法及優(yōu)化策略，通過性能分析，F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)圖像處理在時間上比軟件處理有了很大的提高；通過結(jié)果的比較，發(fā)現(xiàn)FPGA的處理結(jié)果達(dá)到了軟件處理幾乎同等的效果水平。最后本文在實(shí)現(xiàn)較大圖片處理和圖像處理窗口的大小可配置性方面做了一定程度的討論和改進(jìn)，提高了算法的可用性，同時為進(jìn)一步的研究提供了更加便利的平臺。 整個設(shè)計都是在ISE8.2和ModelSim第三方仿真軟件環(huán)境下開發(fā)的，在xilinx的Spartan-3E XC3S500E硬件平臺上實(shí)現(xiàn)。在軟件仿真過程中利用了ISE8.2自帶仿真工具和ModelSim結(jié)合使用。 本課題為制造FPGA的專用圖像處理芯片做了有益的探索性研究，為實(shí)現(xiàn)FPGA為核心處理芯片的實(shí)時圖像處理系統(tǒng)有著積極的作用。
上傳時間： 2013-07-29
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基于微處理器的數(shù)字PID控制器改變了傳統(tǒng)模擬PID控制器參數(shù)整定不靈活的問題。但是常規(guī)微處理器容易在環(huán)境惡劣的情況下出現(xiàn)程序跑飛的問題，如果實(shí)現(xiàn)PID軟算法的微處理器因?yàn)閺?qiáng)干擾或其他原因而出現(xiàn)故障，會引起輸出值的大幅度變化或停止響應(yīng)。而FPGA的應(yīng)用可以從本質(zhì)上解決這個問題。因此，利用FPGA開發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能控制器算法的芯片化，使之能夠廣泛的用于各種場合，具有很大的應(yīng)用意義。 首先分析FPGA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，總結(jié)FPGA設(shè)計技術(shù)及開發(fā)流程，指出實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，降低設(shè)計難度，是擴(kuò)展設(shè)計功能、提高芯片性能和產(chǎn)品性價比的關(guān)鍵。控制系統(tǒng)由四個模塊組成，主要包括核心控制器模塊、輸入輸出模塊以及人機(jī)接口。其中控制器部分為系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。在分析FPGA設(shè)計結(jié)構(gòu)類型和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出一種基于FPGA改進(jìn)型并行結(jié)構(gòu)的PID溫度控制器設(shè)計方法。在PID算法與FPGA的運(yùn)算器邏輯映像過程中，采用將補(bǔ)碼的加法器代替減法器設(shè)計，增加整數(shù)運(yùn)算結(jié)果的位擴(kuò)展處理，進(jìn)行不同數(shù)據(jù)類型的整數(shù)歸一化等不同角度的處理方法融合為一體，可以有效地減少邏輯運(yùn)算部件。應(yīng)用Ouartus Ⅱ圖形輸入與verilog HDL語言相結(jié)合設(shè)計實(shí)現(xiàn)了PID控制器，用Modelsim仿真驗(yàn)證了設(shè)計結(jié)果的正確性，用Synplify Pro進(jìn)行電路綜合，在Quaitus Ⅱ軟件中實(shí)現(xiàn)布局布線，最后生成FPGA的編程文件。根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，論文設(shè)計完成了12位模數(shù)AD轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)顯示器、按鍵等相關(guān)外圍接口電路。 將一階、純滯后、大慣性電阻爐溫作為控制對象，以EP1C3T144 FPGA為核心，構(gòu)建PID控制系統(tǒng)。在采用Pt100溫度傳感器、分辨率為2℃、最大溫度控制范圍0～400℃的條件下，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，達(dá)到無超調(diào)的穩(wěn)定控制要求，為降低FPGA實(shí)現(xiàn)PID控制器的設(shè)計難度提供了有效的方法。
上傳時間： 2013-06-13
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數(shù)據(jù)采集處理技術(shù)是現(xiàn)代信號處理的基礎(chǔ)，廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、聲納、軟件無線電、瞬態(tài)信號測試等領(lǐng)域。隨著信息科學(xué)的飛速發(fā)展，人們面臨的信號處理任務(wù)越來越繁重，對數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的要求也越來越高。近年來FPGA由于其設(shè)計靈活性、更強(qiáng)的適應(yīng)性及可重構(gòu)性，結(jié)合SDRAM的高速、大容量、價格優(yōu)勢，在設(shè)計高速實(shí)時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時受到了廣泛的關(guān)注。 本課題重點(diǎn)研究了基于FPGA與DDR2-SDRAM的高速實(shí)時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)技術(shù)，為需要大容量存儲器的系統(tǒng)設(shè)計提供了新的思路。在深入研究了DDR2-SDRAM器件的基本構(gòu)造與工作原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合成熟的商業(yè)化IP核，提出了基于FPGA與DDR2-SDRAM的高速實(shí)時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計方案，并從總體設(shè)計構(gòu)想到各邏輯細(xì)節(jié)實(shí)現(xiàn)都進(jìn)行了詳細(xì)描述。根據(jù)DDR2-SDRAM的特點(diǎn)，選擇合適的內(nèi)存調(diào)度方案，采用verilog HDL語言設(shè)計實(shí)現(xiàn)了該高速實(shí)時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并對系統(tǒng)功能進(jìn)行驗(yàn)證與分析，結(jié)果表明本設(shè)計完全能夠滿足系統(tǒng)的性能指標(biāo)。
上傳時間： 2013-06-24
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數(shù)字濾波器是現(xiàn)代數(shù)字信號處理系統(tǒng)的重要組成部分之一。ⅡR數(shù)字濾波器又是其中非常重要的一類慮波器，因其可以較低的階次獲得較高的頻率選擇特性而得到廣泛應(yīng)用。 本文研究了ⅡR數(shù)字濾波器的常用設(shè)計方法，在分析各種ⅡR實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用MATLAB針對并聯(lián)型結(jié)構(gòu)的ⅡR數(shù)字濾波器做了多方面的仿真，從理論分析和仿真情況確定了所要設(shè)計的ⅡR數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)以及中間數(shù)據(jù)精度。然后基于FPGA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研究了ⅡR數(shù)字濾波器的FPGA設(shè)計與實(shí)現(xiàn)，提出應(yīng)用流水線技術(shù)和并行處理技術(shù)相結(jié)合的方式來提高ⅡR數(shù)字濾波器處理速度的方法，同時又從ⅡR數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)特性出發(fā)，提出利用ⅡR數(shù)字濾波器的分解技術(shù)來改善ⅡR濾波器的設(shè)計。在ⅡR實(shí)現(xiàn)方面，本文采用verilog HDL語言編寫了相應(yīng)的硬件實(shí)現(xiàn)程序，將內(nèi)置SignalTap Ⅱ邏輯分析器的ⅡR設(shè)計下載到FPGA芯片，并利用Altera公司的SignalTap Ⅱ邏輯分析儀進(jìn)行了定性測試，同時利用HP頻譜儀進(jìn)行定性與定量的觀測，仿真與實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果表明設(shè)計方法正確有效。
上傳時間： 2013-04-24
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眾所周知，信息傳輸?shù)暮诵膯栴}是有效性和可靠性，調(diào)制解調(diào)技術(shù)的發(fā)展正是體現(xiàn)了這一思想。從最早的模擬調(diào)幅調(diào)頻技術(shù)的日益完善，到現(xiàn)在數(shù)字調(diào)制技術(shù)的廣泛運(yùn)用，使得信息的傳輸更為有效和可靠。QAM調(diào)制作為一種新的調(diào)制技術(shù)，因其具有很高的頻帶利用率而得到了廣泛的應(yīng)用。 本文對基于FPGA的16QAM調(diào)制解調(diào)進(jìn)行了討論和研究。首先對16QAM調(diào)制解調(diào)原理進(jìn)行了闡述，建立了16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，然后通過分析提出了基于FPGA的16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計方案。最后編寫Verilog代碼實(shí)現(xiàn)了算法仿真。 FPGA芯片采用的是Altera公司的大規(guī)模集成電路芯片Cyclone系列的EPlC20F32417，并通過軟件編程對其進(jìn)行了相關(guān)調(diào)試。文中詳細(xì)介紹了基帶成形濾波器、載波恢復(fù)和定時同步的基本原理及其設(shè)計方法。首先用Matlab對整個16QAM系統(tǒng)進(jìn)行了軟件仿真；然后用硬件描述語言verilog HDL在QuartusⅡ環(huán)境下完成了系統(tǒng)關(guān)鍵算法的編寫、行為仿真和綜合，最后詳細(xì)闡述了異步串口(UART)的FPGA實(shí)現(xiàn)，把我們編寫的Verilog程序下載到EPlC20F32417芯片上效果很好。
標(biāo)簽： FPGA QAM 調(diào)制解調(diào)
上傳時間： 2013-04-24
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隨著信息技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理已經(jīng)逐漸發(fā)展成一門關(guān)鍵的技術(shù)科學(xué)。圖像處理作為一種重要的現(xiàn)代技術(shù)，己經(jīng)在通信、航空航天、遙感遙測、生物醫(yī)學(xué)、軍事、信息安全等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。圖像處理特別是高分辨率圖像實(shí)時處理的實(shí)現(xiàn)技術(shù)對相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。另外，現(xiàn)場可編程門陣列FPGA和高效率硬件描述語言verilog HDL的結(jié)合，大大變革了電子系統(tǒng)的設(shè)計方法，加速了系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)程，為圖像壓縮系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)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(nèi)容： (1)結(jié)合某工程的具體需求，設(shè)計了一種基于FPGA的圖像壓縮系統(tǒng)，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(shí)現(xiàn)了JPEG-LS標(biāo)準(zhǔn)中的基本算法，為課題組成員進(jìn)行算法改進(jìn)提供了有力支持。 (3)用Verilog硬件描述語言設(shè)計并實(shí)現(xiàn)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(gòu)建了圖像壓縮系統(tǒng)的測試平臺，對實(shí)現(xiàn)的SDRAM控制器模塊和JPEG-LS基本算法模塊進(jìn)行了軟件仿真測試和硬件測試，驗(yàn)證了其功能的正確性。
標(biāo)簽： FPGA 圖像壓縮系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)廣泛應(yīng)用于通訊、語音處理、計算機(jī)和多媒體等領(lǐng)域。快速傅里葉變換FFT作為數(shù)字信號處理的核心技術(shù)之一，使離散傅里葉變換的運(yùn)算時間縮短了幾個數(shù)量級。 現(xiàn)場可編程門陣列FPGA是近年來迅速發(fā)展起來的新型可編程器件。隨著它的不斷應(yīng)用，使電子設(shè)計的規(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。 本文主要研究如何利用FPGA實(shí)現(xiàn)FFT處理器，包括算法選取、算法驗(yàn)證、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、各個模塊設(shè)計、FPGA實(shí)現(xiàn)和測試整個流程。設(shè)計采用基－2按時間抽取算法，以XILINX公司提供的ISE6.1為軟件平臺，利用verilog HDL描述的方式實(shí)現(xiàn)了512點(diǎn)16bits復(fù)數(shù)塊浮點(diǎn)結(jié)構(gòu)的FFT系統(tǒng)，并以FPGA芯片VirtexⅡXC2V1000為硬件平臺，進(jìn)行了仿真、綜合等工作。仿真結(jié)果表明其計算結(jié)果達(dá)到了一定的精度，運(yùn)算速度可以滿足一般實(shí)時信號處理的要求。
上傳時間： 2013-04-24
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甚短距離傳輸(VSR)是一種用于短距離(約300 m～600m)內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓鈧鬏敿夹g(shù).它主要應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)、核心路由器(CR)、光交叉連接設(shè)備(OXC)、分插復(fù)用器(ADM)和波分復(fù)用(WDM)終端等不同層次設(shè)備之間的互連,具有構(gòu)建方便、性能穩(wěn)定和成本低等優(yōu)點(diǎn),是光通信技術(shù)發(fā)展的一個全新領(lǐng)域,逐漸成為國際通用的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù),成為全光網(wǎng)的一個重要組成部分. 本文深入研究了VSR并行光傳輸系統(tǒng),完成了VSR技術(shù)的核心部分--轉(zhuǎn)換器子系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn),使用現(xiàn)場可編程陣列FPGA(Field Programmable GateArray)來完成轉(zhuǎn)換器電路的設(shè)計和功能實(shí)現(xiàn).深入研究現(xiàn)有VSR4-1.0和VSR4-3.0兩種并行傳輸標(biāo)準(zhǔn),在其技術(shù)原理的基礎(chǔ)上,提出新的VSR并行方案,提高了多模光纖帶的信道利用率,充分利用系統(tǒng)總吞吐量大的優(yōu)勢,為將來向更高速率升級提供了依據(jù).根據(jù)萬兆以太網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)和傳輸要求,提出并設(shè)計了用VSR技術(shù)實(shí)現(xiàn)局域和廣域萬兆以太網(wǎng)在較短距離上的高速互連的系統(tǒng)方案,成功地將VSR技術(shù)移植到萬兆以太網(wǎng)上,實(shí)現(xiàn)低成本、構(gòu)建方便和性能穩(wěn)定的高速短距離傳輸. 本文所有的設(shè)計均在Altera Stratix GX系列FPGA的EP1SGX25F1020C7上實(shí)現(xiàn),采用Altera的Quartus Ⅱ開發(fā)工具和 verilog HDL硬件描述語言完成了VSR4-1.0轉(zhuǎn)換器集成電路和萬兆以太網(wǎng)的SERDES的設(shè)計和仿真,并給出了各模塊的電路結(jié)構(gòu)和仿真結(jié)果.仿真的結(jié)果表明,所有的設(shè)計均能正確的實(shí)現(xiàn)各自的功能,完全能夠滿足10Gb/s高速并行傳輸系統(tǒng)的要求.
上傳時間： 2013-07-14
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SoC(System On a Chip)又稱為片上系統(tǒng)，是指將微處理器、模擬IP核、數(shù)字IP核和存儲器（或片外存儲器接口）集成在單一芯片上。SoC產(chǎn)品不斷朝著體積小、功能強(qiáng)的方向發(fā)展，芯片內(nèi)部整合越來越多的功能。ARM架構(gòu)作為嵌入式系統(tǒng)流行的應(yīng)用，其應(yīng)用的擴(kuò)展面臨軟件擴(kuò)充的問題，而X86平臺上卻有很多軟件資源。若將已有的X86軟件移植到ARM平臺，則可以在一定程度上解決軟件擴(kuò)充的問題。 本論文針對X86指令在ARM中兼容的應(yīng)用，以智能手機(jī)的應(yīng)用為例，提出了基于ARM嵌入式平臺，使用X86指令到ARM指令的二進(jìn)制翻譯模塊，達(dá)到對X86指令的兼容。主要研究ARM公司的片上總線系統(tǒng)——AMBA AHB和AMBA APB片上總線標(biāo)準(zhǔn)。對Multi-layer總線結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，分析了Multi-layer AHB系統(tǒng)中使用的Bus Matrix模塊的結(jié)構(gòu)，從Bus Matrix模塊的內(nèi)部矩陣結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)架構(gòu)兩方面針對系統(tǒng)的特點(diǎn)作出優(yōu)化。 最后介紹了論文采用的事物級模型與verilog HDL協(xié)同仿真的方法和系統(tǒng)的控制過程，通過仿真結(jié)果的比較，驗(yàn)證了利用二進(jìn)制翻譯模塊實(shí)現(xiàn)X86指令執(zhí)行的可行性和優(yōu)化后的架構(gòu)較適合于X86翻譯系統(tǒng)的應(yīng)用。
上傳時間： 2013-06-28
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