8051系列是至今為止最成功的單片機之一，在FPGA平臺上研究帶硬件浮點運算器的8051是對其在SoC及專用化的方向上的一次邁進。文章首先介紹了8051的基本架構，包括硬件模塊、指令系統、內存分配以及基本外設。然后講解了在設計8051時如何劃分模塊，每個模塊的功能與設計，同時也介紹了如何設計流水線來加速8051的處理速度。對于浮點運算器，文章介紹了IEEE浮點數的表示方法，包括各種特殊值的表示方法以及作用。在探討浮點運算器設計的時候首先是給出了模塊的劃分及其實現的功能，然后以生動的實例介紹了加減乘除四種浮點運算的算法。在介紹完8051與浮點運算器設計以后，文章介紹了如何將浮點運算器集成到8051上，包括硬件上的數據線接口和控制線接口，以及軟件中如何運用硬件浮點運算器。最后文章給出了此設計在ModelSim上的仿真結果以及在CyclonelIFPGA芯片上的驗證過程，可以清楚地看到，與KeilC51軟件庫的浮點運算相比，加法運算從186個時鐘周期減少到4個時鐘周期，減法運算從200個時鐘周期減少到4個時鐘周期，乘法運算從241個時鐘周期減少到4個時鐘周期，而除法則由原來的¨lO個時鐘周期減少到4個時鐘周期，可見硬件浮點運算器使8051在運算能力上有了質的提高。 筆者也在“Google”和“百度”搜索引擎上，以及“維普數據論文網’’上搜索過，都沒有發現有類似的設計，帶硬件浮點運算器的8051可謂是一次創新，希望在實際應用中能有用武之地。
上傳時間： 2013-04-24
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目前，數字信號處理廣泛應用于通信、雷達、聲納、語音與圖像處理等領域，信號處理算法理論己趨于成熟，但其具體硬件實現方法卻值得探討。FPGA是近年來廣泛應用的超大規模、超高速的可編程邏輯器件，由于其具有高集成度、高速、可編程等優點，大大推動了數字系統設計的單片化、自動化，縮短了單片數字系統的設計周期、提高了設計的靈活性和可靠性，在超高速信號處理和實時測控方面有非常廣泛的應用。本文對FPGA的數據采集與處理技術進行研究，基于FPGA在數據采樣控制和信號處理方面的高性能和單片系統發展的新熱點，把FPGA作為整個數據采集與處理系統的控制核心。主要研究內容如下： FPGA的單片系統研究。針對數據采集與處理，對FPGA進行選型，設計了基于FPGA的單片系統的結構。把整個控制系統分為三個部分：多通道采樣控制模塊，數據處理模塊，存儲控制模塊。 多通道采樣控制模塊的設計。利用4片AD7506和一片AD7862對64路模擬量進行周期采樣，分別設計了通道選擇控制模塊和A/D轉換控制模塊，并進行了仿真，完成了基于FPGA的多通道采樣控制。 數據處理模塊的設計。FFT算法在數字信號處理中占有重要的地位，因此本文研究了FFT的硬件實現結構，提出了用FPGA實現FFT的一種設計思想，給出了總體實現框圖。分別設計了旋轉因子復數乘法器，碟形運算單元，存儲器，控制器，并分別進行了仿真。重點設計實現了FFT算法中的蝶形處理單元，采用了一種高效乘法器算法設計實現了蝶形處理單元中的旋轉因子乘法器，從而提高了蝶形處理器的運算速度，降低了運算復雜度。理論分析和仿真結果表明，狀態機控制器成功地對各個模塊進行了有序、協調的控制。 存儲控制模塊的設計。利用閃存芯片K9K1G08UOA對采集處理后的數據進行存儲，設計了FPGA與閃存的硬件連接，設計了存儲控制模塊。 本文對FFT算法的硬件實現進行了研究，結合單片系統的特點，把整個系統分為多通道采樣控制模塊，數據處理模塊，存儲控制模塊進行設計和仿真。設計采用VHDL編寫程序的源代碼。仿真測試結果表明，此FPGA單片系統可完成對實時信號的高速采集與處理。
上傳時間： 2013-07-06
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主要講述靜電放電、射頻輻射電磁場、電快速瞬變脈 沖群、雷擊浪涌、由射頻場引起的傳導干擾、工頻磁場、 電壓跌落和衰減振蕩波等八項抗擾度試驗，其中前七項試 驗在通用抗擾度標準中已經見到；后一項試驗（衰減振蕩 波抗擾度試驗）則在電力系統設備的抗擾度試驗中經?？? 以見到?？紤]到國內在引進生產家用電器的企業中經常采 用的高頻噪聲模擬器，本章予以補充介紹。此外，汽車工 業在我國的迅速發展，拉動了與之配套的汽車電子與電器 行業的迅速發展。對后者的質量控制與檢測問題便成為業 內人士所關注的一個熱點。
上傳時間： 2013-05-24
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圖像處理技術是信息科學中近幾十年來發展最為迅速的學科之一。目前，數字圖像處理技術被廣泛應用于航空航體、通信、醫學及工業生產領域中。圖像處理系統的硬件實現一般來講有三種方式：專用的圖像處理器件主要有專用集成芯片(Application SpecificIntegrated Circuit)、數字信號處理器(Digital Signal Process)和現場可編程門陣列(FieldProgrammable GateArray)以及相關電路組成。它們可以實時高速完成各種圖像處理算法。圖像處理中，低層的圖像預處理的數據量很大，要求處理速度快，但運算結果相對比較簡單。相對于其他兩種系統，基于FPGA的圖像處理系統非常合適用于圖像的預處理。 本文設計了一種基于FPGA的圖像處理系統。它的主要功能有：對攝像頭送來的視頻數據進行采集，并把它數字化；實現中值濾波和邊緣檢測這兩種圖像增強算法；將數字視頻信號轉換為模擬信號。 圖像處理系統由主處理器單元、圖像編碼單元和圖像解碼單元三部分組成。FPGA作為整個系統的核心器件，不僅要模擬出12C總線協議，完成視頻解碼芯片和編碼芯片的初始化；還要對視頻流同步信號提取，實現圖像采集控制，并將圖像信號存儲在SRAM中；圖像增強算法也是在FPGA中實現。采用PHILIPS公司的專用視頻解碼芯片SAA7111A將模擬視頻轉化數字視頻；視頻編碼芯片SAA7121完成數字視頻到模擬視頻的轉化。
上傳時間： 2013-07-19
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多功能車輛總線一類設備是一個在列車通信網(TCN，TrainCommunication Network)中普遍使用的網絡接口單元。目前我國的新式列車大多采用列車通信網傳輸列車中大量的控制和服務信息。但使用的列車通信網產品主要為國外進口，因此迫切需要研制具有自主知識產權的列車通信網產品。 論文以一類設備控制器的設計為核心，采取自頂向下的模塊設計方法。將設備控制器分為同步層和數據處理層來分別實現對幀的發送與接收處理和對幀數據的提取與存儲處理。 同步層包含幀的識別模塊、曼徹斯特譯碼模塊、曼徹斯特編碼與幀封裝三個模塊。幀識別模塊檢測幀的起始位并對幀類型進行判斷。譯碼模塊根據采集的樣本值來判斷曼徹斯特編碼的值，采樣的難點在于非理想信號帶來的采樣誤差，論文使用結合位同步的多點采樣法來提高采樣質量。幀分界符中的非數據符不需要進行曼徹斯特編碼，編碼時在非數據符位關閉編碼電路使非數據符保持原來的編碼輸出。 數據處理層以主控單元(MCU，Main Control Unit)和通信存儲器為設計核心。MCU是控制器的核心，對接收的主幀進行分析，判斷是從通信存儲器相應端口取出應答從幀并發送，還是準備接收從幀并存入通信存儲器。通信存儲器存儲設備的通信數據，合適的地址分配能簡化MCU的控制程序，論文固定了通信存儲器端口大小使MCU可以根據一個固定的公式進行端口的遍歷從而簡化了MCU程序的復雜度。數據在傳輸中由于受到干擾和沖突等問題而出現錯誤，論文采用循環冗余檢驗碼結合偶檢驗擴展來對傳輸數據進行差錯控制。 最后，使用FPGA和硬件描述語言Verilog HDL開發出了MVB一類設備。目前該一類設備已運用在SS4G電力機車的制動控制單元(BCU．Brake Control Unit)中并在鐵道科學研究院通過了TCN通信測試。一類設備的成功研制為列車通信網中總線管理器等高類設備的開發奠定了堅實的基礎。
上傳時間： 2013-07-27
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紋理映射在計算機圖形計算中屬于光柵化階段，處理的是像素，主要的特點是數據的吞吐量大，對實時系統來說轉換的速度是一個關鍵的因素，人們尋求各種加速算法來提高運算速度。傳統的方法是用更快的處理器，并行算法或專用硬件。隨著數字技術的發展，尤其是可編程邏輯門陣列(FPGAs)的發展，提供了一種新的加速方法。FPGAs在密度和性能上都有突破性的發展，當前的FPGA芯片已經能夠運算各種圖形算法，而在速度上與專用的圖形卡硬件相同。因此，FPGA芯片非常適合這項工作。 本文主要工作包括以下幾個方面： 1、本文提出了一種MIPmapping紋理映射優化方法，改進了MIPmapping映射細化層次算法及紋理圖像的存儲方式，減少紋理尋址的計算量，提高紋理存儲的相關性。詳細內容請閱讀第三章。 2、提出了一種MIPmapping紋理映射優化方法的硬件實現方案，該方案針對移動設備對功耗和面積的要求，以及分辨率不高的特點，在參數空間到紋理地址的計算中用定點數來實現。詳細內容請閱讀第四章。 3、實現了紋理映射流水線單元紋理地址產生電路，及紋理濾波電路的FPGA設計，并給出設計的綜合和仿真結果。詳細內容請閱讀第五章4、實現了符合IEEE 754單精度標準的乘法、乘累加及除法運算器電路。乘法器采用改進型Booth編碼電路以減少部分積數量，用Wallace對部分積進行壓縮；乘累加器采用multiply-add fused算法，對關鍵路徑進行了優化；除法器為基于改進型泰勒級數展開的查找表結構實現，查找表尺寸只有208字節，電路為固定時延，在電路尺寸、延時及復雜度方面進行了較好的平衡。
上傳時間： 2013-04-24
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H.264視頻編解碼標準以其高壓縮比、高圖像質量、良好的網絡適應性等優點在數字電視廣播、網絡視頻流媒體傳輸、視頻實時通信等許多方面得到了廣泛應用。提高H.264幀內預測的速度，對于實時性要求較高的場合具有重大的意義。為此，論文在總結國內外相關研究的基礎上，針對H.264幀內預測的軟件實現具有運算量大、實時性差等缺點，提出了一種基于FPGA的高并行、多流水線結構的幀內預測算法的硬件實現。 論文在詳細闡述H.264幀內預測編碼技術的基礎上，分析了17種預測模式算法，通過Matlab仿真建模，直觀地給出了預測模式的預測效果，并在JM12.2官方驗證平臺上測試比較各種預測模式對編碼性能的影響，以此為根據對幀內預測模式進行裁剪。接著論文提出了基于FPGA的幀內預測系統的設計方案，將前段采集劍的RGB圖像通過色度轉換模塊轉換成YCbCr圖像，存入片外SDRAM中，控制模塊負責讀寫數掘送入幀內預測模塊進行處理。幀內預測模塊中，采用一種并行結構的可配置處理單元，即先求和再移位最后限幅的電路結構，來計算各預測模式下的預測值，極大地減小了預測電路的復雜度。針對預測模式選擇算法，論文采用多模式并行運算的方法，即多個結構相同的殘差計算模塊，同時計算各種預測模式對應的SATD值，充分發揮FPGA高速并行處理的能力。其中Hadamard變換使用行列分離的變換方法，采用蝶形快速變換、流水線設計提高硬件的工作效率。最后，論文設計了LCD顯示模塊直觀地顯示所得到的最佳預測模式。 整個幀內預測系統被劃分成多個功能模塊，采用層次化、模塊化的設計思想，并采用流水線結構和乒乓操作來提高系統的并行性、運行速度和總線利用率。所有模塊用Verilog語言設計，由Modelsim仿真和集成開發環境ISE9.1綜合。仿真與綜合結果表明，系統時鐘頻率最高達到106.7MHz。該設計在完成功能的基礎上，能夠較好地滿足實時性要求。論文對于研究基于FPGA的H.264視頻壓縮編碼系統進行了有益的探索，具有一定的實用價值。
上傳時間： 2013-07-21
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運用Verilog語言來實現在FPGA的中值濾波
上傳時間： 2013-08-04
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論文研究了基于Bayer格式的CCD原始圖像的顏色插值算法，并將設計的改進算法應用到以FPGA為核心的圖像采集前端。出于對成本和體積的考慮，一般的數字圖像采集系統采用單片CCD或CMOS圖像傳感器，然后在感光表面覆蓋一層顏色...
上傳時間： 2013-08-04
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隨著多媒體技術的發展，數字圖像處理已經成為眾多應用系統的核心和基礎。它的發展主要依賴于兩個性質不同、自成體系但又緊密相關的研究領域：圖像處理算法及其相應的電路實現。圖像處理系統的硬件實現—般有三種方式：專用的圖像處理器件集成芯片(Application Specific Integrated Circuit)、數字信號處理器(Digital Signal Process)和現場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array)以及相關電路組成。它們可以實時高速完成各種圖像處理算法。圖像處理中，低層的圖像預處理的數據量很大，要求處理速度快，但運算結果相對比較簡單。相對于其他兩種方式，基于FPGA的圖像處理方式的系統更適合于圖像的預處理。本文設計了—種基于FPGA的小波域圖像去噪系統。首先，闡述了基于小波變換的圖像去噪算法原理，重點討論了小波鄰域閾值(NeighShrink)去噪算法，并給出了該算法相應的Matlab 仿真；然后，為了改進鄰域閾值去噪算法中對每個分解子帶都采用相同鄰域和閾值的缺點，本文提出了基于最小二乘支持向量機(LS-SVM)分類的鄰域閾值去噪算法和以斯坦無偏估計 (SURE)為準則同時結合小波系數尺度間關系的鄰域閾值去噪算法。經Matlab實驗表明，相比于其他幾種經典算法，本文提出的兩種改進算法在濾除噪聲的同時能更好地保護圖像細節，并在較高噪聲情況下能獲得更高的峰值信噪比。在此基礎上本文將提出的改進小波鄰域閾值去噪算法進行了相應的簡化，以滿足低噪聲處理要求且易于在FPGA上實現；最后，給出了基于 FPGA的小波鄰域閾值去噪系統的總體結構和FPGA內部各功能模塊的具體實現方案，包括二維離散小波變換模塊、二維離散小波逆變換模塊、SDRAM存儲器控制模塊、去噪計算模塊和系統核心控制模塊，并對各個系統模塊和整體進行了仿真驗證，結果表明本文設計的基于FPGA 的小波鄰域閾值去噪系統能滿足實際的圖像處理要求，具有一定的理論和實際應用價值。關鍵詞：圖像處理系統，FPGA，圖像去噪算法，小波變換
上傳時間： 2013-05-16
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