現場可編程門陣列(FPGA)是近年來迅速發展起來的新型可編程器件。隨著它的不斷應用和發展，也使電子設計的規模和集成度不斷提高。同時也帶來了電子系統設計方法和設計思想的不斷推陳出新。 隨著數字電子技術的發展，數字信號處理的理論和技術廣泛的應用于通訊、語音處理、計算機和多媒體等領域?？焖俑道锶~變換(FFT)作為數字信號處理的核心技術之一，是離散傅里葉變換的運算時間縮短了幾個數量級。FFT已經成為現代信號處理的重要理論之一。 該文的目的就是研究如何應用FPGA實現FFT算法，研制具有自己知識產權的FFT信號處理器具有重要的理論意義和實用意義。 設計采用基4算法設計了一個具有實用價值的FFT實時硬件處理器。其中使用了改進的CORDIC流水線結構設計了FFT的蝶型運算單元，將硬件不易于實現、運算緩慢的乘法單元轉換成硬件易于實現、運算快捷的加法單元。并根據基4算法的尋址特點設計了簡單快速的地址發生器。整體采用流水線的工作方式，并將雙端口RAM、只讀ROM全部內置在FPGA芯片內部，使整個系統的數據交換和處理速度得以提高。 整個設計利用ALTERA公司提供的QUARTUSⅡ4.0開發軟件，采用先進的層次化設計思想，使用一片FPGA芯片完成了整個FFT處理器的電路設計。整體設計經過時序仿真和硬件仿真，運行速度達到100MHz以上。
上傳時間： 2013-07-01
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DFT(Discrete Fourier Transformation)是數字信號分析與處理如圖形、語音及圖像等領域的重要變換工具,直接計算DFT的計算量與變換區間長度N的平方成正比.當N較大時,因計算量太大,直接用DFT算法進行譜分析和喜好的實時處理是不切實際的.快速傅里葉變換(Fast Fourier Transformation,簡稱FFT)使DFT運算效率提高1~2個數量級.本文的目的就是研究如何應用FPGA這種大規?？删幊踢壿嬈骷崿FFFT的算法.本設計主要采用先進的基-4DIT算法研制一個具有實用價值的FFT實時硬件處理器.在FFT實時硬件處理器的設計實現過程中,利用遞歸結構以及成組浮點制運算方式,解決了蝶形計算、數據傳輸和存儲操作協調一致問題.合理地解決了位增長問題.同時,采用并行高密度乘法器和流水線(pipeline)工作方式,并將雙端口RAM、只讀ROM全部內置在FPGA芯片內部,使整個系統的數據交換和處理速度得以很大提高,實際合理地解決了資源和速度之間相互制約的問題.本設計采用Verilog HDL硬件描述語言進行設計,由于在設計中采用Xilinx公司提供的稱為Core的IP功能塊極大地提高了設計效率.
上傳時間： 2013-06-20
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用戶對寬帶無線接入業務、尤其是對于寬帶無線化以及移動化的需求日益增加,使無線寬帶接入技術WiMAX(World interoperability for Microwave Access,即全球微波接入互操作性技術)應運而生、迅猛發展,成為這兩年業界關注的焦點。除了通常的互聯網接入應用外,它還將在提供IPTV和VOIP等寬帶業務方面取得成功,它還有可能成為一種先進的4G蜂窩電話技術。WiMAX未來將進入蜂窩電話、筆記本電腦和機頂盒等應用中。 本文在介紹WiMAX傳輸標準802.16d基礎上,詳細闡述了WiMAX接收機中信道解調芯片中的自動增益控制(Automatic Gain Control,AGC)部分。首先介紹了自動增益控制系統的基本組成和其主要特性指標,通過對一個步進式AGC的分析,得到AGC模型的輸出公式。然后針對WiMAX接收機內AGC系統中的模數轉換器以及AGC電路進行介紹和理論分析。本文采用SPW(Signal Processing WorkSystem)模型對AGC電路基本結構的算法分析,并結合仿真結果對AGC電路做了詳盡解說并對參數進行了解釋說明。 最后給出了基于SPW和FPGA(Field Programmable Gate Array)驗證的結果。通過SPW對AGC進行了單獨的性能測試,并結合整個系統的性能測試來說明AGC可以和系統的其他模塊協同工作。在FPGA測試中,可以證明用Verilog實現后AGC也同樣能較好的工作。 本文實現的基于導頻的步進式的數字AGC是針對WiMAX系統的自動增益控制電路提出的解決方案。此算法結合WiMAX系統的傳輸方式,提出的算法具有迅速鎖定信號的特點,能夠滿足WiMAX系統的要求。同時,由于各種關鍵參數設計為寄存器可配的方式,具有很好的靈活性,也就具有了更高的移植性,可以作為一種通用的數字AGC算法。
上傳時間： 2013-04-24
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常模信號是一類非常重要的信號，而專門應用于常模信號的常模算法[1]具有復雜度較低、實現起來比較簡單、對陣列模型的偏差不敏感等顯著的優點。因此，常模算法引起了眾多學者的廣泛關注。近年來，常模算法在多用戶檢測領域[2]的研究越來越受到諸多學者的關注。不僅如此，常模算法在其他領域也是備受矚目，如常模算法在盲均衡以及波束形成等領域的應用也是目前研究的熱點。除此之外，常模算法已經不僅僅局限在應用于常模信號，也可應用于多模信號[3]等。 本文對常模算法在多用戶檢測領域的應用以及FPGA[4]實現作了較多的研究工作，共分六章進行闡述。第一章為緒論，介紹了論文相關背景和本文的結構；第二章首先對常模算法作了理論分析，并改進了傳統的2-2型常模算法，我們稱之為M2-2CMA，它在誤碼率性能上有一些改善；之后在MATLAB平臺上搭建了仿真平臺，分析了常模算法在多用戶檢測中的應用；第三章研究了相關文獻，簡單介紹了FPGA概念及其設計流程和設計方法，并對VerilogHDL以及Quartus軟件做了簡要介紹；第四章則詳細介紹了常模算法的FPGA實現，用一種基于統計數據的方法確定了數據位長及精度，提出了其實現的系統框圖，并詳細闡述了各主要模塊的設計與實現，同時給出了最后的報告文件以及最高數據處理速度；第五章則在MATLAB平臺和QuartuslI的基礎上搭建了一個仿真平臺，借助于平臺分析了2-2型常模算法移植到FPGA平臺后的性能，對不同的精度對系統性能的影響做了討論，也統計了不同信噪比、多址干擾下的誤碼率性能。最后一章是對全文的總結和對未來的展望。
上傳時間： 2013-06-23
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擴頻通信具有較強的抗干擾、抗偵查和抗衰落能力,可以實現碼分多址,目前廣泛應用于通信抗干擾、衛星通信、導航、保密通信、測距和定位等各個方面。另外,隨著集成電路技術的飛速發展,數字接收機和軟件無線電也已經是現代通信研究的一個熱點。 本文正是順應這種發展趨勢,在某工程項目的通信分系統中建立CDMA直接序列擴頻通信系統。 本文作者承擔了多點無線擴頻通信系統的研究,建立了一個完整的仿真系統。提出了適合于本系統的實現算法,同時還建立了基于軟件無線電平臺的系統的全FPGA設計和實現,包括各個模塊的測試和整個系統的聯合測試。 文章的主要內容如下： 1.簡述了擴頻通信及軟件無線電的發展及現狀。 2. 對直擴系統的基本原理和系統中采用的相關關鍵技術進行了闡述。相關關鍵技術包括擴頻碼的研究和選取,擴頻碼同步的研究,包括捕獲算法和跟蹤算法的研究,以及自適應門限的研究。 3.詳細討論了該多點無線通信系統的設計與實現,提出了適合于本系統的算法。首先闡述了系統的總體設計方案和設計參數,接著分為物理層和鏈路層詳細闡述了各個模塊的設計與仿真,包括matlab仿真和modelsim仿真,文中給出了大量的仿真結果圖。仿真結果證明算法的正確性,仿真性能也能滿足系統設計的要求。 4.介紹了該多點無線通信系統的硬件平臺與系統調試。首先介紹了系統的硬件平臺和硬件框圖,介紹了系統的相關器件及其配置,接著介紹了FPGA的開發流程、開發工具、設計原則及遇到的相關問題,最后介紹了系統的設計驗證與性能分析,給出了系統的調試方案和調試結果。 本文所討論的多點無線通信系統已經在某工程項目的通信分系統中實現。目前工作正常,性能良好,具有通用性、可移植性,有重要的理論及實用價值。
上傳時間： 2013-04-24
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可編程邏輯芯片特別是現場可編程門陣列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)芯片的快速發展，使得新的芯片能夠根據具體應用動態地調整結構以獲得更好的性能，這類芯片稱為動態可重構FPGA芯片(Dynamically ReconfigurableFPGA，DRFPGA)。然而，使用這類芯片構建的可重構系統在實際應用前還有許多問題需要解決。一個基本的問題就是動態可重構FPGA芯片中的可重構功能單元(Reconfigurable Functional Unit，RFU)的模塊布局問題和模塊間的布線問題。 本文從基本的FPGA芯片結構和CAD算法談起，介紹了可重構計算的概念，建立了可重構計算系統模型和動態可重構FPGA芯片模型，在此模型上提出一個基于劃分和時延驅動的在線布局算法，和一個基于Pathfinder協商擁塞算法的布線算法，來解決動態可重構FPGA芯片的布局和布線問題。由硬件描述語言(Hardware Description Language，HDL)描述的電路首先被劃分成有限數目的層，然后將這些電路層布局到芯片的每一層，同時確保關鍵路徑的時延最小。實驗結果表明，布局算法與傳統的布局算法(或者文獻[37]中的算法)相比，在時延上平均減少27％，在線長上平均減少34％(或者11％)，在運行時間上平均減少42％(或者97％)。布線算法與傳統的布線算法相比，能夠將線長降低26％，將水平通道寬度降低27％，顯示出較高的性能。
上傳時間： 2013-05-24
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H.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。 本文以實現D1格式的H.264/AVC實時編碼器為目標，作者負責系統架構設計，軟硬件劃分以及部分模塊的硬件算法設計與實現。通過對H.264/AVC編碼器中主要模塊的算法復雜度的評估，算法特點的分析，同時考慮到編碼器系統的可伸縮性，可擴展性，本文采用了DSP+FPGA的系統架構。DSP充當核心處理器，而FPGA作為協處理器，針對編碼器中最復雜耗時的模塊一運動估計模塊，設計相應的硬件加速引擎，以提供編碼器所需要的實時性能。 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，其中一個主要的不同在于幀間預測采用了可變塊尺寸的運動估計，同時運動向量精度提高到1/4像素。更小和更多形狀的塊分割模式的采用，以及更加精確的亞像素位置的預測，可以改善運動補償精度，提高圖像質量和編碼效率，但同時也大大增加了編碼器的復雜度，因此需要設計專門的硬件加速引擎。 本文給出了1/4像素精度的運動估計基于FPGA的硬件算法設計與實現，包括整像素搜索，像素插值，亞像素(1/2，1/4)搜索以及多模式選擇(支持全部七種塊分割模式)。設計中，將多處理器技術和流水線技術相結合，提供高性能的并行計算能力，同時，采用合理的存儲器組織結構以提供高數據吞吐量，滿足運算的帶寬要求，并使編碼器具有較好的可伸縮性。最后，在Modelsim環境下建立測試平臺，完成了對整個設計的RTL級的仿真驗證，并針對Altera公司的FPGA芯片stratixⅡ系列的EP2S60-4器件進行優化，從而使工作頻率最終達到134MHz，分析數據表明該模塊能夠滿足編碼器的實時性要求。
上傳時間： 2013-07-24
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本文對基于FPGA的CCSDS圖像壓縮和AES加密算法的實現進行了研究。主要完成的工作有： (1)深入研究CCSDS圖像壓縮算法，并根據其編碼方案，設計并實現了相應的編解碼器。從算法性能和硬件實現復雜度兩個方面，將該算法與具有類似算法結構的JPEG2000和SPIHT圖像壓縮算法作比較分析； (2)利用硬件描述語言VerilogHDL實現CCSDS圖像壓縮算法和AES加密算法； (3)優化算法復雜度較大的功能模塊，如小波變換模塊等。使用雙端口內存模塊增加數據讀寫速度，利用DSP塊處理核心運算單元，從而很大程度上提高了模塊的運行速度，并降低了芯片的使用面積； (4)設計并實現系統的模塊級流水線，在幾乎不增加占用芯片面積的情況下，提高了系統的數據吞吐量； (5)在QuartusⅡ和ModelSim仿真環境下對該系統進行模塊級和系統級的功能仿真、時序仿真和驗證。在硬件系統測試階段，設計并實現FPGA與PC機的串口通信模塊，提高了系統驗證的工作效率。
上傳時間： 2013-05-19
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隨著電力電子變流技術的不斷發展，各種先進的控制技術層出不窮?？刂破饕矎倪^去的模擬電路時代逐漸進入到全數字控制時代。但是MCU/DSP等通用控制器本身串行程序流工作模式的限制，在實現復雜算法時往往難以滿足系統要求的快速性與實時性的要求，FPGA的出現為解決這個問題提供了一個新的方向。 本文首先對三相PWM整流器系統進行了研究。在查閱大量國內外文獻資料的基礎上，對整流器及其控制器的國內外發展現狀及研究趨勢做了詳細的研究，并對課題研究的意義有了更深入的認識。接下來對三相電壓型整流器的拓撲結構、數學模型、整流器的控制技術進行了分析。文中所采用的滯環電流控制算法具有結構簡單，電流響應速度快，不依賴系統參數，系統魯棒性好的特點。運用matlab仿真軟件，對該控制方法進行了仿真。然后對FPGA的發展歷程、應用、分類、開發工具、語言等內容進行了介紹。最后對滯環控制算法進行了模塊劃分，將其劃分為PI算法模塊，限幅與指令電流生成模塊，滯環比較模塊，PWM脈沖生成及死區保護模塊，AD控制及數據儲存模塊，并在Quartus II軟件環境下，使用VHDL語言通過編程實現模塊化設計。實踐證明，采用FPGA來實現PWM整流器控制算法是可行的。
上傳時間： 2013-04-24
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在傳統的電力電子電路中，DC/DC變換器通常采用模擬電路實現電壓或電流的控制。數字控制與模擬控制相比，有著顯著的優點，數字控制可以實現復雜的控制策略，同時大大提高系統的可靠性和靈活性，并易于實現系統的智能化。但目前數字控制基本上限于電力傳動領域，DC/DC變換器由于其開關頻率較高，一般其外圍功能由DSP或微處理器完成，而控制的核心，如PWM發生等大多采用專用控制芯片實現。FPGA由于其快速性、靈活性及保密性等優點，近年來在數字控制領域受到越來越多的關注?；贔PGA的DC/DC變換器是電力電子領域重要的研究方向之一。本文研究了同步Buck變換器的建模、設計及仿真，采用Xinlix的VIRTEX-Ⅱ PRO FPGA開發板實現了Buck變換器的全數字控制。 論文首先從Buck變換器的理論分析入手，根據它的物理特性，研究了該變換器的狀態空間平均模型和小信號分析。為了獲得高性能的開關電源，提出并分析了混雜模型設計方案，然后進行了控制器設計。并采用MATLAB/SIMULINK建立了同步Buck電路的仿真模型，并進行仿真研究。浮點仿真的運算精度與溢出問題，影響了仿真的精度。為了克服這些不足，作者采用了定點仿真方法，得到了滿意的仿真結果。論文還著重論述了開關電源的數字控制器部分，數字控制器一般由三個主要功能模塊組成：模數轉換器、數字脈寬調制器(Digital PulseWidth Modulation：DPWM)和數字補償器。文中重點研究了DPWM和數字補償器，闡述了目前高頻數字控制變換器中存在的主要問題，特別是高頻狀態下DPWM分辨率較低，影響控制精度，甚至引起極限環(Limit Cycling)現象，對DPWM分辨率的提高與系統硬件工作頻率之間的矛盾、DPWM分辨率與A/D分辨率之間的關系等問題作了全面深入的分析。論文提出了一種新的提高DPWM分辨率的方法，該方法在不提高系統硬件頻率的前提下，采用軟件使DPWM的分辨率大大提高。作者還設計了兩種數字補償器，并進行了分析比較，選擇了合適的補償算法，達到了改善系統性能的目的。 設計完成后，作者使用ISE 9.1i軟件進行了FPGA實現的前、后仿真，驗證了所提出理論及控制算法的正確性。作者完成了Buck電路的硬件制作及基于FPGA的軟件設計，采用32MHz的硬件晶振實現了11-bit的DPWM分辨率，開關頻率達到1MHz，得到了滿意的系統性能，論文最后給出了仿真和實驗結果。
上傳時間： 2013-07-23
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