密集型的矩陣運(yùn)算在信號處理和圖像處理中被廣泛應(yīng)用，而且往往需要系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)算，這就需要系統(tǒng)具有很高的吞吐率。因此尋找矩陣運(yùn)算的高速實(shí)現(xiàn)方法是很有意義的。FPGA的運(yùn)算速度快并且可以并行運(yùn)算，和其它矩陣運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)方式相比，F(xiàn)PGA有其獨(dú)特的優(yōu)勢。本文主要設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的各種矩陣運(yùn)算模塊。 本文首先介紹了矩陣運(yùn)算的特點(diǎn)和原理，接著討論了FPGA浮點(diǎn)運(yùn)算單元的VHDL設(shè)計(jì)方法，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了矩陣相乘累加、三角矩陣求逆和一般矩陣分解求逆的運(yùn)算模塊，給出矩陣階數(shù)擴(kuò)大時(shí)各種矩陣運(yùn)算的分塊實(shí)現(xiàn)方法。然后在ModelSim環(huán)境下仿真了一般矩陣的求逆模塊，與Maflab仿真結(jié)果比較，分析了運(yùn)算精度、時(shí)間復(fù)雜度和資源占用情況，在Virtex-4系列FPGA硬件平臺上進(jìn)行了調(diào)試和測試，并通過USB接口將矩陣運(yùn)算結(jié)果送入PC機(jī)，驗(yàn)證了基于FPGA矩陣運(yùn)算的正確性和可行性。最后對矩陣求逆模塊在雷達(dá)信號中的應(yīng)用作了簡單介紹。
上傳時(shí)間： 2013-06-08
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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(jì)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(jì)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(jì)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(shí)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(jì)。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(jì)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(shí)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(jì)方法正確有效。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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JPEG 2000是為適應(yīng)不斷發(fā)展的圖像壓縮應(yīng)用而出現(xiàn)的新的靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，小波變換是JEPG 2000核心算法之一。小波變換是一種可達(dá)到時(shí)(空)域或頻率域局部化的時(shí)頻域或空頻域分析方法，其多尺度分解特性符合人類的視覺機(jī)制，更加適用于圖像信息的處理。提升小波變換是一類不采用傅立葉變換做為主要分析工具的小波變換新方法，提升小波變換的提出大大簡化了小波變換的計(jì)算，使其在實(shí)時(shí)信號處理領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。通過提升的方法很容易構(gòu)造一般的整數(shù)小波變換，由于圖像一般用位數(shù)較低的整數(shù)表示，整數(shù)小波變換可以將為整數(shù)序列的圖像矩陣映射成整數(shù)小波系數(shù)矩陣，這就大大簡化了小波變換的硬件電路設(shè)計(jì)。在當(dāng)今數(shù)字化和信息化時(shí)代背景下，研究具有高速硬件處理功能的可變程邏輯器件在圖像壓縮算法領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)。 本文旨在探討和研制基于FPGA的小波變換模塊的可能性和方法。本文采用Xilinx公司的Spartan-Ⅲ系列芯片，根據(jù)JPEG 2000推薦無損提升小波算法和有損提升小波算法，設(shè)計(jì)圖像壓縮系統(tǒng)的小波變換模塊。主要工作如下： 第一部分介紹了傳統(tǒng)小波分析理論和提升小波分析理論。包括連續(xù)小波時(shí)頻局域性的特征，離散小波變換系數(shù)的意義，多分辨分析引出的構(gòu)造小波基的系統(tǒng)方法和計(jì)算離散小波的快速算法等。重點(diǎn)放在介紹正交小波和雙正交小波的構(gòu)造方法，并介紹了數(shù)字圖像在小波域的特點(diǎn)。討論了提升小波變換的基本思想，討論了用提升方法構(gòu)造小波基以及傳統(tǒng)小波變換的提升實(shí)現(xiàn)，討論了整數(shù)小波變換。 第二部分介紹了FPGA結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)流程。介紹了FPGA/CPLD器件的特征、發(fā)展趨勢及FPGA/CPLD基本結(jié)構(gòu)，然后重點(diǎn)介紹了本文用到的Xilinx公司Spartan-Ⅲ系列芯片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及Xilinx的FPGA開發(fā)軟件ISE，最后介紹了硬件描述語言VHDL語言的特點(diǎn)。 最后一部分是本論文研究的主要內(nèi)容，即JPEG 2000中最核心的算法-提升格式小波變換的一維變換模塊設(shè)計(jì)和二維變換模塊設(shè)計(jì)。一維提升小波變換模塊采用兩種不同的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)-低速低功耗的串行流水線結(jié)構(gòu)和高速高功耗的并行陣列結(jié)構(gòu)。同樣，二維小波變換模塊也采用了兩種不同的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)-低速低功耗的折疊結(jié)構(gòu)和高速高功耗的串行結(jié)構(gòu)。 文章對提升小波變換的FPGA實(shí)現(xiàn)中的大量細(xì)節(jié)問題進(jìn)行了討論，給出了每種結(jié)構(gòu)提升小波變換模塊的電路原理圖，并對原理圖進(jìn)行了仿真測試，仿真測試結(jié)果不僅表明了模塊功能的正確性，而且表明不同小波模塊可以滿足相應(yīng)領(lǐng)域的實(shí)際要求。
上傳時(shí)間： 2013-06-08
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采用自動增益控制(AGC)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的寬頻帶放大器在雷達(dá)系統(tǒng)及其他相關(guān)電子領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。 本文詳細(xì)討論了基于FPGA和可編程增益放大器(PGA)實(shí)現(xiàn)的自動增益控制寬帶視頻放大器的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法。首先給出了自動增益控制寬帶放大器取樣反饋、數(shù)字控制部分的多種實(shí)現(xiàn)方案，并根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況及性能指標(biāo)要求進(jìn)行了方案論證。接著，分別介紹了模擬通道部分、數(shù)字取樣模塊、FPGA邏輯控制模塊及數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，包括它們的芯片選擇、實(shí)現(xiàn)方法和注意事項(xiàng)等。最后，對FPGA邏輯控制模塊進(jìn)行了功能分解，并以XilinxISE和Modelsim為開發(fā)平臺完成了其子模塊的程序設(shè)計(jì)及相關(guān)階段的仿真。 本文實(shí)現(xiàn)的電路板可對帶寬達(dá)40M的信號進(jìn)行平穩(wěn)的放大并輸出較平坦的信號波形。同時(shí)，該電路板具有自動增益及固定增益選擇能力。當(dāng)選擇自動增益方式時(shí)，增益的改變通過增益同步脈沖觸發(fā)，觸發(fā)脈沖可由系統(tǒng)內(nèi)部周期產(chǎn)生或外部提供。
標(biāo)簽： FPGA 自動增益控制 放大器設(shè)計(jì) 視頻
上傳時(shí)間： 2013-06-05
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本文分析了誤碼儀系統(tǒng)需求,制定出誤碼儀由誤碼測試子系統(tǒng)和人機(jī)界面子系統(tǒng)構(gòu)成的總體結(jié)構(gòu)圖.提出采用FPGA進(jìn)行誤碼測試子系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì),提高了系統(tǒng)功能擴(kuò)展性和系統(tǒng)的集成度,使用嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性.研究了傳統(tǒng)誤碼儀在誤碼測試子系統(tǒng)上設(shè)計(jì)方法,給出了偽隨機(jī)碼、人工碼、誤碼插入、誤碼計(jì)算模塊的設(shè)計(jì)原理,介紹了帶同步保護(hù)的同步判決模塊的設(shè)計(jì)方法,采用數(shù)據(jù)復(fù)合和數(shù)據(jù)分解技術(shù),實(shí)現(xiàn)了高速人工碼發(fā)送以及誤碼測試,還制定了子系統(tǒng)間的通信協(xié)議.設(shè)計(jì)了人機(jī)界面子系統(tǒng)硬件電路圖,并詳細(xì)介紹了人機(jī)界面子系統(tǒng)中顯示模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、串行RS232通信模塊、鍵盤接口模塊的硬件設(shè)計(jì)及其驅(qū)動程序的開發(fā).介紹了Small RTOS51嵌入式操作系統(tǒng)的特點(diǎn),運(yùn)行條件,重要概念以及移植方法,提出了使用Small RTOS51嵌入式操作系統(tǒng)的原因.分析了系統(tǒng)應(yīng)用軟件需求,給出了基于Small RTOS51嵌入式操作系統(tǒng)任務(wù)創(chuàng)建方法,以及任務(wù)調(diào)度關(guān)系,詳細(xì)介紹了各任務(wù)執(zhí)行流程圖.
上傳時(shí)間： 2013-07-10
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刀具狀態(tài)的精確監(jiān)測是保證金屬切削加工過程順利進(jìn)行的關(guān)鍵，因此研制準(zhǔn)確、可靠且成本低廉的刀具狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)一直是研究人員所追求的目標(biāo)。在眾多刀具狀態(tài)監(jiān)測方法中，聲發(fā)射監(jiān)測技術(shù)，以其信號直接來源于切削區(qū)，具有靈敏度高、響應(yīng)快，能有效避開低頻干擾等優(yōu)點(diǎn)，非常適用于刀具狀態(tài)監(jiān)測。 圍繞如何獲取高信噪比的刀具狀態(tài)信號特征，擬結(jié)合嵌入式技術(shù)，構(gòu)建準(zhǔn)確、穩(wěn)定、低成本的實(shí)時(shí)刀具狀態(tài)監(jiān)測與辨識系統(tǒng)。給出了基于ARM& WinCE平臺的刀具狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理平臺軟硬件初步解決方案。作為課題的前期研究本文主要進(jìn)行了以下工作： （1）分析了聲發(fā)射信號與刀具磨損狀態(tài)的相關(guān)性，驗(yàn)證了利用聲發(fā)射信號進(jìn)行刀具狀態(tài)監(jiān)測的可行性； （2）確定刀具狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的整體方案，包括系統(tǒng)整體架構(gòu)、軟硬件設(shè)計(jì)方案。ARM& WinCE構(gòu)成本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理與顯示平臺，EVC為圖形界面應(yīng)用程序開發(fā)工具； （3）構(gòu)建了數(shù)據(jù)處理與顯示平臺。選用MagicARM2410實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺，簡化了硬件設(shè)計(jì)；根據(jù)系統(tǒng)的功能需求，進(jìn)行ARM平臺的接口設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)和必要的驅(qū)動程序的剪裁及移植； （4）完成了數(shù)據(jù)處理與顯示應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)軟件包括界面模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、圖形及結(jié)果顯示模塊、參數(shù)設(shè)置模塊等，其中數(shù)據(jù)處理模塊主要包括小波消噪、小波包分解特征提取等算法； （5）實(shí)現(xiàn)了ARM& WinCE平臺與PC機(jī)的實(shí)時(shí)可靠通訊。
標(biāo)簽： WinCE ARM 刀具 狀態(tài)監(jiān)測
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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單相交流串勵(lì)電動機(jī)由于啟動轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)速高、體積小等一系列的特點(diǎn)，在電動工具、家用電器，尤其是小家電和吸塵器上獲得了十分廣泛的應(yīng)用。論文對單相交流串勵(lì)電動機(jī)的發(fā)熱和振動特性進(jìn)行研究。 在第二章，通過討論電機(jī)的發(fā)熱理論及其影響因素，結(jié)合實(shí)際建立了數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)得出一個(gè)工程上比較實(shí)用的公式，用來計(jì)算馬達(dá)堵轉(zhuǎn)時(shí)的溫升，還編寫了一個(gè)電腦程序來仿真計(jì)算馬達(dá)堵轉(zhuǎn)時(shí)的溫升。 在第三章，討論了電機(jī)轉(zhuǎn)子和支撐組成的振動系統(tǒng)在多自由度和各種情況下的振動。應(yīng)用杜哈梅積分式和傅立葉分析法將機(jī)械振動和電磁干擾聯(lián)系起來，將機(jī)械振動問題轉(zhuǎn)化為二階電路的問題來進(jìn)行處理。并且提出觀點(diǎn)：1.先測量出機(jī)械振動的頻譜圖或電磁噪音的Db-Freq頻譜圖，再用反傅立葉分解的方法將它們合成，得到周期性的激勵(lì)的形狀。2.由激勵(lì)(力信號或電信號)所產(chǎn)生的波在弦內(nèi)進(jìn)行傳播，信號經(jīng)過衰減，輻射，在邊界處反射，然后跟下一列波迭加，直到成為穩(wěn)定的干擾信號。 在第四章，對樣機(jī)進(jìn)行測試，并和電腦仿真結(jié)果進(jìn)行了比較。結(jié)果表明二者的偏差在2.5％以內(nèi)。
標(biāo)簽： 單相交流 分 電動機(jī) 溫升計(jì)算
上傳時(shí)間： 2013-07-31
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磁共振成像（MRI）由于自身獨(dú)特的成像特點(diǎn)，使得其處理方法不同于一般圖像.根據(jù)不同的應(yīng)用目的，該文分別提出了MRI圖像去噪和分割兩個(gè)算法.首先，該文針對MRI重建后圖像噪聲分布的實(shí)際特點(diǎn)，提出了基于小波變換的MRI圖像去噪算法.該算法詳細(xì)闡明了MRI圖像Rician噪聲的特點(diǎn)，首先對與噪聲和邊緣相關(guān)的小波系數(shù)進(jìn)行建模，然后利用最大似然估計(jì)來進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，同時(shí)利用連續(xù)尺度間的尺度相關(guān)性特點(diǎn)來進(jìn)行函數(shù)升級，以便獲得最佳萎縮函數(shù)，進(jìn)一步提高圖像的質(zhì)量，最終取得了一定的效果.與此同時(shí)，該文對MRI圖像的進(jìn)一步的分析與應(yīng)用展開了一定研究，提出了一種改進(jìn)的快速模糊C均值聚類魯棒分割算法.該算法先用K均值聚類方法得到初始聚類中心點(diǎn)，同時(shí)考慮鄰域?qū)Ψ指罱Y(jié)果的影響，對目標(biāo)函數(shù)加以改進(jìn)，用來克服噪聲和非均勻場對MRI圖像分割的影響，達(dá)到魯棒分割的目的，為進(jìn)一步圖像處理和分析打下基礎(chǔ).通過實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)，無論是針對模擬圖像還是實(shí)際圖像，該文所提出的兩個(gè)算法都取得了較好的效果，達(dá)到了預(yù)期的目的.
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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文章介紹了一種在現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）上實(shí)現(xiàn)UART 的方法。UART 的波特率可設(shè)置調(diào)整，工作狀態(tài)可讀取。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模塊化分解，使之適應(yīng)自頂向下（Top-Down）的設(shè)計(jì)方
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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目前運(yùn)動控制主要有兩種實(shí)現(xiàn)方式,一是使用PLC加運(yùn)動控制模塊來實(shí)現(xiàn)：二是使用PC加運(yùn)動控制卡來實(shí)現(xiàn)。兩者各有優(yōu)缺點(diǎn),但兩者有以下共同的缺點(diǎn)：一是由于它們兒乎都是采用通用微控制器(MCU和DSP)來實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制,由于受CPU速度的限制,以及CPU的多個(gè)進(jìn)程同時(shí)處理,故無法在控制精度和控制速度比較高的場合中應(yīng)用。二是它們的設(shè)計(jì)只是把運(yùn)動控制部件當(dāng)作系統(tǒng)的一個(gè)部分,如果要完成一個(gè)機(jī)械設(shè)備的完整控制,還需要輔助有其他的數(shù)字量/模擬量控制設(shè)備。這樣在提高了系統(tǒng)成本的同時(shí),也降低了系統(tǒng)的可靠性。 論文設(shè)計(jì)了一種基于ARM+CPLD的高速運(yùn)動控制器,該控制器采用高速的CPLD處理器來完成電機(jī)的閉環(huán)控制,輔助以NXP的32位ARM7TDMI處理器LPC231X來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動規(guī)劃,使得運(yùn)動控制精度更高、速度更快、運(yùn)動更加平穩(wěn)；同時(shí)為系統(tǒng)擴(kuò)展了常規(guī)運(yùn)動控制卡不具備的通用I/O接口,除開4軸運(yùn)動控制所需要的8點(diǎn)高速脈沖輸入和8點(diǎn)高速脈沖輸出外,系統(tǒng)具有24點(diǎn)數(shù)字量輸入(可選共陰或共陽),25點(diǎn)繼電器輸出,僅一臺這樣的專用設(shè)備就可以完成4軸運(yùn)動控制和設(shè)備上其它開關(guān)量控制。 系統(tǒng)采用可移植的軟、硬件設(shè)計(jì)。硬件上以運(yùn)動控制部件為核心,可以方便的在ARM處理器預(yù)留的資源上擴(kuò)展出數(shù)字輸入,數(shù)字輸出,AD輸入,DA輸出等常用功能模塊。系統(tǒng)軟件構(gòu)架如下：在最上層,系統(tǒng)采用μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)來完成系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度；在底層,將底層設(shè)備的操作打包編寫成底層驅(qū)動的形式,可直接供用戶程序調(diào)用；在中間層,可根據(jù)不同的用戶要求編寫用戶程序,再將其傳遞給μC/OS-Ⅱ來調(diào)度該用戶程序。 將該運(yùn)動控制器應(yīng)用于工業(yè)應(yīng)用中的套標(biāo)機(jī),在對套標(biāo)機(jī)進(jìn)行運(yùn)動分解之后,結(jié)合套標(biāo)機(jī)的電氣特性,很好的實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動控制器在套標(biāo)機(jī)上的二次開發(fā),滿足了套標(biāo)機(jī)在現(xiàn)場中的應(yīng)用。
標(biāo)簽： ARMCPLD 運(yùn)動控制器
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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