常用的實時數字信號處理的器件有可編程的數字信號處理(DSP)芯片(如AD系列、TI系列)、專用集成電路(ASIC)、現場可編程門陣列(FPGA)等。在工程實踐中,往往要求對信號處理要有高速性、實時性和靈活性,而已有的一些軟件和硬件實現方式則難以同時達到這幾方面的要求。隨著可編程邏輯器件和EDA技術的發展,使用FPGA來實現數字信號處理,既具有實時性,又兼顧了一定的靈活性。FPGA具有的靈活的可編程邏輯可以方便的實現高速數字信號處理,突破了并行處理、流水級數的限制,有效地利用了片上資源,加上反復的可編程能力,越來越受到國內外從事數字信號處理的研究者所青睞。 FIR數字濾波器以其良好的線性特性被廣泛使用,屬于數字信號處理的基本模塊之一。本論文對基于FPGA的FIR數字濾波器實現進行了研究,所做的主要工作如下： 1.介紹了FIR數字濾波器的基本理論和FPGA的基本概況,以及FPGA設計流程、設計指導原則和常用的設計指導思想與技巧。 2.以FIR數字濾波器的基本理論為依據,使用分布式算法為濾波器的硬件實現算法,并對其進行了詳細的討論。針對分布式算法中查找表規模過大的缺點,采用優化分布式算法的多塊查找表方式使得硬件規模極大的減小。 3.設計出一個192階的FIR濾波器實例。其系統要求為：定點16位輸入、定點12位系數、定點16位輸出,采樣率為75MHz。設計用Quartus II軟件進行仿真,并將其仿真結果與Matlab仿真結果進行對比分析。 仿真結果表明,本論文設計的濾波器硬件規模較小,采樣率達到了75MHz。同時只要將查找表進行相應的改動,就能分別實現低通、高通、帶通FIR濾波器,體現了設計的靈活性。
上傳時間： 2013-06-06
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本文提出了一種以直接數字頻率合成（DDS）技術為基礎的信號發生器的設計。采用單片機AT89C51 控制DDS 芯片AD9850 產生頻率可調的正弦信號，并通過低通濾波器得到純正的信號，最后經過
上傳時間： 2013-04-24
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《計算機組成原理》是計算機系的一門核心課程。但是它涉及的知識面非常廣，內容包括中央處理器、指令系統、存儲系統、總線和輸入輸出系統等方面，學生在學習該課程時，普遍覺得內容抽象難于理解。但借助于該計算機組成原理實驗系統，學生通過實驗環節，可以進一步融會貫通學習內容，掌握計算機各模塊的工作原理，相互關系的來龍去脈。 為了增強實驗系統的功能，提高系統的靈活性，降低實驗成本，我們采用FPGA芯片技術來徹底更新現有的計算器組成原理實驗平臺。該技術可根據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，FPGA芯片具有重復編程能力，使得系統內硬件的功能可以像軟件一樣被編程，這種稱為“軟”硬件的全新系統設計概念，使實驗系統具有極強的靈活性和適應性。它不僅使該系統性能的改進和擴充變得十分簡易和方便，而且使學生自己設計不同的實驗變為可能。計算機組成原理實驗的最終目的是讓學生能夠設計CPU，但首先，學生必須知道CPU的各個功能部件是如何工作，以及相互之間是如何配合構成CPU的。因此，我們必須先設計出一個教學用的以FPGA芯片為核心的硬件平臺，然后在此基礎上開發出VHDL部件庫及主要邏輯功能，并設計出一套實驗。 本文重點研究了基于FPGA芯片的VHDL硬件系統，由于VHDL的高標準化和硬件描述能力，現代CPU的主要功能如計算，存儲，I/O操作等均可由VHDL來實現。同時設計實驗內容，包括時序電路的組成及控制原理實驗、八位運算器的組成及復合運算實驗、存儲器實驗、數據通路實驗、浮點運算器實驗、多流水線處理器實驗等，這些實驗形成一個相互關聯的系統。每個實驗先由教師講解原理及原理圖，學生根據教師提供的原理圖，自己用MAX+PLUSII完成電路輸入，學生實驗實際上是編寫VHDL，不需要寫得很復雜，只要能調用接口，然后將程序燒入平臺，這樣既不會讓學生花太多的時間在畫電路圖上，又能讓學生更好的理解每個部件的工作原理和工作過程。 論文首先研究分析了FPGA硬件實驗平臺，即實驗系統的硬件組成。系統采用FPGA-XC4010EPC84，62256CPLD以及其他外圍芯片(例如74LS244，74LS275)組成。根據不同的實驗要求，規劃不同實驗控制邏輯。用戶可選擇不同的實驗邏輯，通過把實驗邏輯下載到FPGA芯片中構成自己的實驗平臺。 其次，論文詳細的闡述了VHDL模塊化設計，如何運用VHDL技術來依次實現CPU的各個功能部件。VHDL語言作為一種國際標準化的硬件描述語言，自1987年獲得IEEE批準以來，經過了1993年和2001年兩次修改，至今已被眾多的國際知名電子設計自動化(EDA)工具研發商所采用，并隨同EDA設計工具一起廣泛地進入了數字系統設計與研發領域，目前已成為電子業界普遍接受的一種硬件設計技術。再次，論文針對實驗平臺中遇到的較為棘手的多流水線等問題，也進行了深入的闡述和剖析。學生需要什么樣的實驗條件，實驗內容及步驟才能了解當今CPU所采用的核心技術，才能掌握CPU的設計，運行原理。另外，本論文的背景是需要學生熟悉基本的VHDL知識或技能，因為實驗是在編寫VHDL代碼的前提下完成的。 本文在基于實驗室的環境下，基本上較為完整的實現了一個基于FPGA的實驗平臺方案。在此基礎上，進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在實際系統中的應用提供研究思路和參考方案。論文的研究結果將對FPGA與VHDL標準的進一步發展具有重要的理論和現實意義。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著數字技術的高速發展，越來越多的針對數字視頻壓縮、傳送、顯示等的設備涌入市場。要從這些良莠不齊的產品中挑選出令人滿意的商品，一套良好的數字視頻測試設備就必不可少。然而，現階段大多數數字視頻信號源都存在不同的缺點，如測試圖像種類太少、沒有動態測試源、缺乏專用測試信號等。為有效克服這些缺陷，作者設計并開發了一套基于FPGA的數字視頻信號發生器。整個系統包括硬件平臺和圖像格式轉換軟件兩大部分。硬件平臺本身即為獨立的信號發生器，可以生成多種測試圖像。配備了圖像格式轉換軟件，就可以實現硬件平臺從PC機接收各種靜態測試圖像、動態測試序列，不斷更新測試圖像庫。整個系統具有良好的硬件體系結構、便捷的輸入接口，穩定的信號輸出，同時操作靈活、方便，易于升級更新。 在系統的開發過程中，使用了多種硬件、軟件開發工具，如PROTEL DXP、ISE、MODEL SIM、MATLAB、C＃．NET等。由于軟硬件調試均由同一人完成，因此整個系統具備良好的統一性和兼容性。 另外，作者還研究并設計了一種針對H.264編解碼器壓縮損傷的測試信號。評估一個編碼器的性能可采用主觀評價或客觀評價兩種方法。其中主觀評價最為直接、有效。本文在依托主觀評價方法的基礎上，結合客觀參數的指導性，研究并設計一種通過人眼就可以方便的觀測到實際存在的壓縮損傷的測試信號，以達到直接對編解碼器性能進行比較的目的。
上傳時間： 2013-07-19
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軟件無線電是無線電領域研究的熱點。現階段限于硬件的發展水平，大多采用寬帶中頻帶通采樣數字化結構，數字中頻技術就成為實現該結構的關鍵技術。目前FPGA器件在數字信號處理技術的實現方面發揮著越來越重要的作用。本文目的正是要把這兩者相結合，使數字中頻處理在FPGA中得到實現，滿足具體的應用要求。 首先，對軟件無線電體系和數字中頻處理結構進行了研究；其次，在信號采樣理論、多速率數字信號處理理論、濾波器設計理論、FPGA硬件數字算法等理論的基礎上，結合本文的應用需要，提出了適合于FPGA實現的數字化中頻處理的系統方案：采用多相結構來高效的實現抽取，并用FIR濾波器作為低通抗混疊濾波器來實現6倍抽取的抗混疊濾波。對系統進行了Matlab仿真，以驗證系統方案的可行性。再次，具體通過Vefilog編程在FPGA中硬件實現該數字中頻系統。其中包括混頻器模塊、抽取濾波器模塊、信號產生器模塊。 最后對該系統進行了軟件仿真和硬件功能驗證，結果表明數字中頻系統性能達到了設計要求。
上傳時間： 2013-07-26
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目前的國內的CCD高清攝相頭能夠輸出一組視頻信號和數字圖像信號，雖然視頻信號能夠直接在監視器顯示，但是輸出的數字圖像信號占用存儲空間太大，不便于進行傳輸。本文設計了一種基于FPGA的數字圖像壓縮卡。 在過去的十幾年中，國際標準化組織制訂了一系列的國際視頻編碼標準并廣泛應用到各種領域。It.264/AVC是ITU-T和ISO聯合推出的新標準，采用了近幾年視頻編碼方面的先進技術，以較高編碼效率和網絡友好性成為新一代國際視頻編碼標準。 新發展的H．264/AVC比原有的視頻編碼標準大幅度提高了編碼效率，但其運算復雜度也大大增加，本文簡要分析了H．264/AVC的復雜度及其優化的途徑，給出了主要模塊的優化算法實驗結果。 H．264/AVC仍基于以前視頻編碼標準的運動補償混合編碼方案，主要不同有：增強的運動預測能力，準確匹配的較小塊變換，自適應環內濾波器，增強的熵編碼。測試結果表明這些新特征使H．264/AVC編碼器提高50％編碼效率的同時，增加了一個數量級的復雜度。實際中恰當地使用H．264/AVC編碼工具可以較低的實現復雜度得到與復雜配置相當的編碼效率。故實際編碼系統開發需要在運算復雜性和編碼效率之間進行折衷、兼顧考慮。H．264/AVC引入的新編碼特征既增加基本模塊的復雜度，也成倍增加算法的復雜度。針對它們的作用和實現方法的不同，可采用不同的硬件實現方法。本文基于上述思路進行優化，具體的工作包括：針對去塊濾波的復雜性，本文提出一種適合硬件實現的算法，使其在節省了資源的同時，很好的達到了標準所定義的性能。針對變換量化的復雜性，本文提出一種既滿足整體的硬件流水結構，又極大的降低了硬件資源的實現方法。針對碼率控制的實現，本文提出了一種有別于傳統實現方式的算法，在保證實時性的同時，極大的提高了編碼器的性能。本文基于上述算法還進行Baseline Profile編碼器的研究，給出了一種實時編碼器結構，實現了對高清圖像格式(720P)的實時編碼，并將其和當前業界先進水平進行了對比，表明本文所實現得結構能夠達到當前業界的先進水平。
上傳時間： 2013-07-23
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隨著集成電路的設計規模越來越大，FPGA為了滿足這種設計需求，其規模也越做越大，傳統平面結構的FPGA無法滿足實際設計需求。首先是硬件設計上的很難控制，其次就是計算機軟件面臨很大挑戰，所有復雜問題全部集中到布局布線(P&R)這一步，而實際軟件處理過程中，P&R所占的時間比例是相當大的。為了緩解這種軟件和硬件的設計壓力，多層次化結構的FPGA得以采用。所謂層次化就是可配置邏輯單元內部包含多個邏輯單元(相對于傳統的單一邏輯單元)，并且內部的邏輯單元之間共享連線資源，這種結構有利于減少芯片面積和提高布通率。與此同時，FPGA的EDA設計流程也多了一步，那就是在工藝映射和布局之間增加了基本邏輯單元的裝箱步驟，該步驟既可以認為是工藝映射的后處理，也可認為是布局和布線模塊的預處理，這一步不僅需要考慮打包，還要考慮布線資源的問題。裝箱作為連接軟件前端和后端之間的橋梁，該步驟對FPGA的性能影響是相當大的。 本文通過研究和分析影響芯片步通率的各種因素，提出新的FPGA裝箱算法，可以同時減少裝箱后可配置邏輯單元(CLB)外部的線網數和外部使用的引腳數，從而達到減少布線所需的通道數。該算法和以前的算法相比較，無論從面積，還是通道數方面都有一定的改進。算法的時間復雜度仍然是線性的。與此同時本文還對FPGA的可配置邏輯單元內部連線資源做了分析，如何設計可配置邏輯單元內部的連線資源來達到即減少面積又保證芯片的步通率，同時還可以提高運行速度。 另外，本文還提出將電路分解成為多塊，分別下載到各個芯片的解決方案。以解決FPGA由于容量限制，而無法實現某些特定電路原型驗證。該算法綜合考慮影響多塊芯片性能的各個因數，采用較好的目標函數來達到較優結果。
上傳時間： 2013-04-24
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當今電子系統的設計是以大規模FPGA為物理載體的系統芯片的設計，基于FPGA的片上系統可稱為可編程片上系統(SOPC)。SOPC的設計是以知識產權核(IPCore)為基礎，以硬件描述語言為主要設計手段，借助以計算機為平臺的EDA工具進行的。 本文在介紹了FPGA與SOPC相關技術的基礎上，給出了SOPC技術開發調制解調器的方案。在分析設計軟件Matlab/DSP(Digital Signal Processing)。builder以及Quartus Ⅱ開發軟件進行SOPC(System On a Programmable Chip)設計流程后，依據調制解調算法提出了一種基于DSP Builder調制解調器的SOPC實現方案，模塊化的設計方法大大縮短了調制解調器的開發周期。 在SOPC技術開發調制解調器的過程中，用MATLAB/Simulink的圖形方式調用Altera DSP Builder和其他Simulink庫中的圖形模塊(Block)進行系統建模，在Simulink中仿真通過后，利用DSP Builder將Simulink的模型文件(．mdl)轉化成通用的硬件描述語言VHDL文件，從而避免了VHDL語言手動編寫系統的煩瑣過程，將精力集中于算法的優化上。 基于DSP Builder的開發功能，調制解調器電路中的低通濾波器可直接調用FIRIP Core，進一步提高了開發效率。 在進行編譯、仿真調試成功后，經過QuartusⅡ將編譯生成的編程文件下載到ALTERA公司Cyclone Ⅱ系列的FPGA芯片EP2C5F256C6，完成器件編程，從而給出了一種調制解調器的SOPC系統實現方案。
上傳時間： 2013-05-28
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軟件無線電(Software Radio)具有高度靈活性、開放性，很容易實現與現有和未來多種電臺的兼容，能最大限度的滿足了互聯互通的要求。而基于多相濾波器組的信道化軟件無線電接收技術以其固有的全概率接收、降采樣速率以及其大幅提高運算速率的能力越來越受到重視。本文主要研究了基于現場可編程門陣列(FPGA)的軟件無線電信道化中頻接收技術設計與實現。 首先介紹了軟件無線電的基本概念以及其發展狀況，深入討論了軟件無線電的基本理論，主要介紹了設計中所用到的帶通采樣技術、信號的抽取技術與多相濾波技術。 然后簡要介紹了信道化中頻接收機的射頻(Radio Frequency，RF)前端接收技術，設置寬中頻超外差接收機射頻前端的設計指標，給出了改進的實信號濾波器組低通型實現結構，并依此推導和建立了實信號多相濾波器組信道化中頻接收機的數學模型。 最后基于EP1S80開發平臺實現了實信號多相濾波器組信道化的中頻接收機。給出了多相濾波器、抽取運算、FFT運算、信道劃分以及復乘運算的設計方案。仿真結果表明，該接收機能夠實現對中頻信號的正確接收，驗證了系統設計的可行性。
上傳時間： 2013-06-12
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在超深亞微米技術工藝下，布局成為超大規模集成電路物理設計中至關重要的一步。由于現場可編程門陣列(Field Programable Gate Array，FPGA)布線資源的預先確定性，使得FPGA的布局更為重要。本文以建立高性能、低擁擠的布局為目標，從FPGA芯片結構和布局算法兩方面進行了深入研究。論文提出了一種通用的層次式FPGA(HFPGA)結構模型及布局模型，并且給出了該模型的數學計算公式；提出將元件之間的層次距離轉化為線長的方法，實現了基于線網模型的高精度布局算法：提出利用矩形的對角線元件之間層次來代替線長，從而達到優化線長的同時提高布通率的快速布局算法。實驗結果表明，兩種算法均在北卡羅來納微電子中心(MCNC)學術芯片測試案例上取得了較理想的布局實驗效果，為下一步的布線工作建立了良好的基礎接口，并且完成了初始布線的工作。本FPGA結構模型的提出和布局算法的實現也都為工業界提供了借鑒價值。
上傳時間： 2013-04-24
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