目前的國內(nèi)的CCD高清攝相頭能夠輸出一組視頻信號和數(shù)字圖像信號，雖然視頻信號能夠直接在監(jiān)視器顯示，但是輸出的數(shù)字圖像信號占用存儲空間太大，不便于進(jìn)行傳輸。本文設(shè)計了一種基于FPGA的數(shù)字圖像壓縮卡。 在過去的十幾年中，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制訂了一系列的國際視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)并廣泛應(yīng)用到各種領(lǐng)域。It.264/AVC是ITU-T和ISO聯(lián)合推出的新標(biāo)準(zhǔn)，采用了近幾年視頻編碼方面的先進(jìn)技術(shù)，以較高編碼效率和網(wǎng)絡(luò)友好性成為新一代國際視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。 新發(fā)展的H．264/AVC比原有的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)大幅度提高了編碼效率，但其運算復(fù)雜度也大大增加，本文簡要分析了H．264/AVC的復(fù)雜度及其優(yōu)化的途徑，給出了主要模塊的優(yōu)化算法實驗結(jié)果。 H．264/AVC仍基于以前視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的運動補償混合編碼方案，主要不同有：增強的運動預(yù)測能力，準(zhǔn)確匹配的較小塊變換，自適應(yīng)環(huán)內(nèi)濾波器，增強的熵編碼。測試結(jié)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(shù)量級的復(fù)雜度。實際中恰當(dāng)?shù)厥褂肏．264/AVC編碼工具可以較低的實現(xiàn)復(fù)雜度得到與復(fù)雜配置相當(dāng)?shù)木幋a效率。故實際編碼系統(tǒng)開發(fā)需要在運算復(fù)雜性和編碼效率之間進(jìn)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(fù)雜度，也成倍增加算法的復(fù)雜度。針對它們的作用和實現(xiàn)方法的不同，可采用不同的硬件實現(xiàn)方法。本文基于上述思路進(jìn)行優(yōu)化，具體的工作包括：針對去塊濾波的復(fù)雜性，本文提出一種適合硬件實現(xiàn)的算法，使其在節(jié)省了資源的同時，很好的達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)所定義的性能。針對變換量化的復(fù)雜性，本文提出一種既滿足整體的硬件流水結(jié)構(gòu)，又極大的降低了硬件資源的實現(xiàn)方法。針對碼率控制的實現(xiàn)，本文提出了一種有別于傳統(tǒng)實現(xiàn)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(jìn)行Baseline Profile編碼器的研究，給出了一種實時編碼器結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了對高清圖像格式(720P)的實時編碼，并將其和當(dāng)前業(yè)界先進(jìn)水平進(jìn)行了對比，表明本文所實現(xiàn)得結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到當(dāng)前業(yè)界的先進(jìn)水平。
上傳時間： 2013-07-23
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隨著各種非線性電力電子設(shè)備的大量應(yīng)用，電網(wǎng)中的諧波污染日益嚴(yán)重。為了保證電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行，保證電氣設(shè)備和用電人員的安全，治理電磁環(huán)境污染、維護(hù)綠色環(huán)境，研究實時、準(zhǔn)確的電力諧波分析系統(tǒng)，對電網(wǎng)中的諧波進(jìn)行實時檢測、分析和監(jiān)控，都具有重要的理論和工程實際意義。 目前實際應(yīng)用的電力諧波分析系統(tǒng)大多是以單片機為核心組成。單片機運行速度慢，實時性較差，不能滿足實際應(yīng)用中對系統(tǒng)實時性越來越高的要求。另外，單片機的地址線和數(shù)據(jù)線位數(shù)較少，這使得由單片機構(gòu)成的電力諧波分析系統(tǒng)外圍電路龐大，系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性上都大打折扣。 本文首先研究了電力諧波的產(chǎn)生，危害及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，對電力諧波檢測中常用的各種算法進(jìn)行分析和比較；然后介紹了FPGA芯片的特性和SOPC系統(tǒng)的特點，并分析比較了傳統(tǒng)測量諧波裝置和基于FPGA的新型諧波測量儀器的特性。綜述了可編程元器件的發(fā)展過程、主要工藝發(fā)展及目前的應(yīng)用情況。 然后，對整個諧波處理器系統(tǒng)的框架及結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述，包括系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)分配，外圍硬件電路的結(jié)構(gòu)及軟件設(shè)計流程。其后，針對系統(tǒng)外圍硬件電路、FFTIP核設(shè)計和SOPC系統(tǒng)的組建，進(jìn)行詳細(xì)的分析與設(shè)計。系統(tǒng)采用NiosⅡ處理器核和FFT運算協(xié)處理器相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。FFT運算用專門的FFT運算協(xié)處理器核完成，使得系統(tǒng)克服的單片機系統(tǒng)實時性差和速度慢的缺點。FFTIP核采用現(xiàn)在ASIC領(lǐng)域的一種主流硬件描述語言VHDL進(jìn)行編寫，采用順序的處理結(jié)構(gòu)和IEEE浮點標(biāo)準(zhǔn)運算，具有系統(tǒng)簡單、占用硬件資源少和高運算精度的優(yōu)點。諧波分析儀系統(tǒng)組建采用SOPC系統(tǒng)。SOPC系統(tǒng)具有可對硬件剪裁和添加的特點，使得系統(tǒng)的更簡單，應(yīng)用面更廣，專用性更強的優(yōu)點。最后，給出了對系統(tǒng)中各模塊進(jìn)行仿真及系統(tǒng)生成的結(jié)果。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號的采集與處理在科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)、航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生等部門得到越來越廣泛的應(yīng)用，這些應(yīng)用中對數(shù)字信號的傳輸速度提出了比較高的要求。傳統(tǒng)的基于ISA總線的信號傳輸效率低，嚴(yán)重制約著系統(tǒng)性能的提高。 PCI總線以其高性能、低成本、開放性、軟件兼容性等眾多優(yōu)點成為當(dāng)今最流行的計算機局部總線。但是，由于PCI總線硬件接口復(fù)雜、不易于接入、協(xié)議規(guī)范比較繁瑣等缺點，常常需要專用的接口芯片作為橋接，為了解決這一系列問題，本文提出了一種基于FPGA的PCI總線接口橋接邏輯的實現(xiàn)方案，支持PCI突發(fā)訪問方式，突發(fā)長度為8至128個雙字長度，核心FPGA芯片采用ALTERA公司的CYCLONE FPGA系列的EP1C6Q240C8，容量為6000個邏輯宏單元，速度為-8，編譯后系統(tǒng)速度可以達(dá)到80MHz，取得了良好的效果。 基于FPGA的PCI總線接口橋接邏輯的核心是PCI接口模塊。在硬件方面，特別討論了PCI接口模塊、地址轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)緩沖模塊、外部接口模塊和SRAM DMA控制模塊等五個功能模塊的設(shè)計方案和硬件電路實現(xiàn)方法，著重分析了PCI接口模塊的數(shù)據(jù)傳輸方式，采用模塊化的方法設(shè)計了內(nèi)部控制邏輯，并進(jìn)行了相關(guān)的時序仿真和邏輯驗證，硬件需要軟件的配合才能實現(xiàn)其功能，因此設(shè)備驅(qū)動程序的設(shè)計是一個重要部分，論文研究了Windows XP體系結(jié)構(gòu)下的WDM驅(qū)動模式的組成、開發(fā)設(shè)備驅(qū)動程序的工具以及開發(fā)系統(tǒng)實際硬件的設(shè)備驅(qū)動程序時的一些關(guān)鍵技術(shù)。 本文最后利用基于FPGA的PCI總線接口橋接邏輯中的關(guān)鍵技術(shù)，對PCI數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行了整體方案的設(shè)計。該系統(tǒng)采用Altera公司的cyclone Ⅱ系列FPGA實現(xiàn)。
上傳時間： 2013-05-22
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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，如果實現(xiàn)PID軟算法的微處理器因為強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，總結(jié)FPGA設(shè)計技術(shù)及開發(fā)流程，指出實現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，降低設(shè)計難度，是擴展設(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的運算器邏輯映像過程中，采用將補碼的加法器代替減法器設(shè)計，增加整數(shù)運算結(jié)果的位擴展處理，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)計實現(xiàn)了PID控制器，用Modelsim仿真驗證了設(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，實驗結(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： 2013-05-24
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回波抵消器在免提電話、無線產(chǎn)品、IP電話、ATM語音服務(wù)和電話會議等系統(tǒng)中，都有著重要的應(yīng)用。在不同應(yīng)用場合對回波抵消器的要求并不完全相同，本文主要研究應(yīng)用于電話系統(tǒng)中的電回波抵消器。電回波是由于語音信號在電話網(wǎng)中傳輸時由于阻抗不匹配而產(chǎn)生的。 傳統(tǒng)回波抵消器主要是基于通用DSP處理器實現(xiàn)的，這種回波抵消器在系統(tǒng)實時性要求不高的場合能很好的滿足回波抵消的性能要求，但是在實時性要求較高的場合，其處理速度等性能方面已經(jīng)不能滿足系統(tǒng)高速、實時的需要?，F(xiàn)代大容量、高速度的FPGA的出現(xiàn)，克服了上訴方案的諸多不足。用FPGA來實現(xiàn)數(shù)字信號處理可以很好地解決并行性和速度問題，且其靈活的可配置特性使得FPGA構(gòu)成的DSP系統(tǒng)非常易于修改、測試和硬件升級。 本文研究目標(biāo)是如何在FPGA芯片上實現(xiàn)回波抵消器，完成的主要工作有： (1)深入研究了回波抵消器各模塊算法，包括自適應(yīng)濾波算法、遠(yuǎn)端檢測算法、雙講檢測算法、NLP算法、舒適噪聲產(chǎn)生算法，并實現(xiàn)了這些算法的C程序。 (2)深入研究了回波抵消器基于FPGA的設(shè)計流程與實現(xiàn)方法，并利用硬件描述語言Verilog HDL實現(xiàn)了各部分算法。 (3)在OuartusⅡ和ModelSim仿真環(huán)境下對該系統(tǒng)進(jìn)行模塊級和系統(tǒng)級的功能仿真、時序仿真和驗證。并在FPGA硬件平臺上實現(xiàn)了該系統(tǒng)。 (4)根據(jù)ITU-T G．168的標(biāo)準(zhǔn)和建議，對設(shè)計進(jìn)行了大量的主、客測試，各項測試結(jié)果均達(dá)到或優(yōu)于G．168的要求。
上傳時間： 2013-06-23
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在工業(yè)控制領(lǐng)域，多種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)共存的局面從客觀上促進(jìn)了工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，國際上已經(jīng)出現(xiàn)了HSE、Profinet、Modbus TCP/IP、Ethernet/IP、Ethernet Powerlink、EtherCAT等多種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。將傳統(tǒng)的商用以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場設(shè)備層的最大障礙是以太網(wǎng)的非實時性，而實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備間的高精度時鐘同步是保證以太網(wǎng)高實時性的前提和基礎(chǔ)。 IEEE 1588定義了一個能夠在測量和控制系統(tǒng)中實現(xiàn)高精度時鐘同步的協(xié)議——精確時間協(xié)議(Precision Time Protocol)。PTP協(xié)議集成了網(wǎng)絡(luò)通訊、局部計算和分布式對象等多項技術(shù)，適用于所有通過支持多播的局域網(wǎng)進(jìn)行通訊的分布式系統(tǒng)，特別適合于以太網(wǎng)，但不局限于以太網(wǎng)。PTP協(xié)議能夠使異質(zhì)系統(tǒng)中各類不同精確度、分辨率和穩(wěn)定性的時鐘同步起來，占用最少的網(wǎng)絡(luò)和局部計算資源，在最好情況下能達(dá)到系統(tǒng)級的亞微級的同步精度。 基于PC機軟件的時鐘同步方法，如NTP協(xié)議，由于其實現(xiàn)機理的限制，其同步精度最好只能達(dá)到毫秒級；基于嵌入式軟件的時鐘同步方法，將時鐘同步模塊放在操作系統(tǒng)的驅(qū)動層，其同步精度能夠達(dá)到微秒級。現(xiàn)場設(shè)備間微秒級的同步精度雖然已經(jīng)能滿足大多數(shù)工業(yè)控制系統(tǒng)對設(shè)備時鐘同步的要求，但是對于運動控制等需求高精度定時的系統(tǒng)來說，這仍然不夠。基于嵌入式軟件的時鐘同步方法受限于操作系統(tǒng)中斷響應(yīng)延遲時間不一致、晶振頻率漂移等因素，很難達(dá)到亞微秒級的同步精度。 本文設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于FPGA的時鐘同步方法，以IEEE 1588作為時鐘同步協(xié)議，以Ethernet作為底層通訊網(wǎng)絡(luò)，以嵌入式軟件形式實現(xiàn)TCP/IP通訊，以數(shù)字電路形式實現(xiàn)時鐘同步模塊。這種方法充分利用了FPGA的特點，通過準(zhǔn)確捕獲報文時間戳和動態(tài)補償晶振頻率漂移等手段，相對于嵌入式軟件時鐘同步方法實現(xiàn)了更高精度的時鐘同步，并通過實驗驗證了在以集線器互連的10Mbps以太網(wǎng)上能夠達(dá)到亞微秒級的同步精度。
上傳時間： 2013-07-28
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在數(shù)字通信中，采用差錯控制技術(shù)(糾錯碼)是提高信號傳輸可靠性的有效手段，并發(fā)揮著越來越重要的作用。糾錯碼主要有分組碼和卷積碼兩種。在碼率和編碼器復(fù)雜程度相同的情況下，卷積碼的性能優(yōu)于分組碼。 卷積碼的譯碼方法主要有代數(shù)譯碼和概率譯碼。代數(shù)譯碼是基于碼的代數(shù)結(jié)構(gòu)；而概率譯碼不僅基于碼的代數(shù)結(jié)構(gòu)，還利用了信道的統(tǒng)計特性，能充分發(fā)揮卷積碼的特點，使譯碼錯誤概率達(dá)到很小。 卷積碼譯碼器的設(shè)計是由高性能的復(fù)雜譯碼器開始的，對于概率譯碼最初的序列譯碼，隨著譯碼約束長度的增加，其譯碼錯誤概率可達(dá)到非常小。后來慢慢地向低性能的簡單譯碼器演化，對不太長的約束長度，維特比(Viterbi)算法是非常實用的。維特比算法是一種最大似然的譯碼方法。當(dāng)編碼約束度不太大(小于等于10)或者誤碼率要求不太高(約10-5)時，Viterbi譯碼算法效率很高，速度很快，譯碼器也較簡單。 目前，卷積碼在數(shù)傳系統(tǒng)，尤其是在衛(wèi)星通信、移動通信等領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用。 本論文對卷積碼編碼和Viterbi譯碼的設(shè)計原理及其FPGA實現(xiàn)方案進(jìn)行了研究。同時，將交織和解交織技術(shù)應(yīng)用于編碼和解碼的過程中。 首先，簡要介紹了卷積碼的基礎(chǔ)知識和維特比譯碼算法的基本原理，并對硬判決譯碼和軟判決譯碼方法進(jìn)行了比較。其次，討論了交織和解交織技術(shù)及其在糾錯碼中的應(yīng)用。然后，介紹了FPGA硬件資源和軟件開發(fā)環(huán)境Quartus Ⅱ，包括數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計方法和設(shè)計規(guī)則。再有，對基于FPGA的維特比譯碼器各個模塊和相應(yīng)算法實現(xiàn)、優(yōu)化進(jìn)行了研究。最后，在Quartus Ⅱ平臺上對硬判決譯碼和軟判決譯碼以及有無交織等不同情況進(jìn)行了仿真，并根據(jù)仿真結(jié)果分析了維特比譯碼器的性能。 分析結(jié)果表明，系統(tǒng)的誤碼率達(dá)到了設(shè)計要求，從而驗證了譯碼器設(shè)計的可靠性，所設(shè)計基于FPGA的并行Viterbi譯碼器適用于高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱龊稀?/p>
上傳時間： 2013-04-24
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目前對數(shù)字化音頻處理的具體實現(xiàn)主要集中在以DSP或?qū)Ｓ肁SIC芯片為核心的處理平臺的開發(fā)方面，存在著并行處理性能差，系統(tǒng)升級和在線配置不靈活等缺點。另一方面現(xiàn)有解決方案的設(shè)計主要集中于處理器芯片，而對于音頻編解碼芯片的關(guān)注度較低，而且沒有提出過從芯片層到PCB板層的完整設(shè)計思路。本文針對上述問題對數(shù)字化音頻處理平臺進(jìn)行了研究，主要內(nèi)容包括： 1、提出了基于FPGA的通用音頻處理平臺，該方案有別于現(xiàn)有的基于MCU、DSP和其它專用ASIC芯片的方案，論證了基于FPGA的音頻處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及設(shè)計工作流程，并對嵌入式音頻處理系統(tǒng)專門進(jìn)行了研究。 2、提出了從芯片層到PCB板層的完整設(shè)計思路，并將設(shè)計思路得以實現(xiàn)。完成了FPGA的設(shè)計及實現(xiàn)過程，包括：系統(tǒng)整體分析，設(shè)計流程分析，配置模塊和數(shù)據(jù)通信模塊的RTL實現(xiàn)等；解決了FPGA與音頻編解碼芯片TLV320AIC23B之間接口不匹配問題；給出配置和數(shù)據(jù)通信模塊的功能方框圖；從多個角度完善PCB板設(shè)計，給出了各個系統(tǒng)組成部分的詳細(xì)設(shè)計方案和硬件電路原理圖，并附有PCB圖。 3、建立了實驗和分析環(huán)境，完成了各項實驗和分析工作，主要包括：PCB板信號完整性分析和優(yōu)化，F(xiàn)PGA系統(tǒng)中各個功能模塊的實驗與分析等。實驗和分析結(jié)果論證了系統(tǒng)設(shè)計的合理性和實用性。 本文的研究與實現(xiàn)工作通過實驗和分析得到了驗證。結(jié)果表明，本文提出的由FPGA和音頻編解碼芯片TLV320AIC23B組成的數(shù)字化音頻處理系統(tǒng)完全可以實現(xiàn)音頻信號的數(shù)字化處理，從而可以將FPGA在數(shù)字信號處理領(lǐng)域的優(yōu)點充分發(fā)揮于音頻信號處理領(lǐng)域。
標(biāo)簽： FPGA 通用數(shù)字 處理平臺 音頻
上傳時間： 2013-06-09
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基于FPGA的智能小車系統(tǒng)就是本地計算機通過接入Internet小車實現(xiàn)對遠(yuǎn)端工作現(xiàn)場、危險工作地段等特殊環(huán)境進(jìn)行監(jiān)視和控制的系統(tǒng)。智能小車是智能行走機器人的一種，這種智能小車可以適應(yīng)不同環(huán)境，不受溫度、濕度、空間、磁場輻射、重力等條件的影響，可以在人類無法進(jìn)入或生存的環(huán)境中完成人類無法完成的探測任務(wù)。適用于國防及民用多個領(lǐng)域。整個系統(tǒng)以遙控小車裝置為基礎(chǔ)，通過配置在上面的攝像頭實現(xiàn)圖像的采集及對行車道的檢測，通過配置的紅外測溫儀探測環(huán)境和目標(biāo)的溫度，具有一定的智能性。其明顯的優(yōu)點是可以通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制小車運行及采集現(xiàn)場的溫度、圖像等相關(guān)信息，完成人類在特定條件下無法完成的工作。對人類的科學(xué)研究、探索未知領(lǐng)域、遠(yuǎn)程監(jiān)控等有著重要的意義。 論文在深入研究SOPC和嵌入式操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出了基于FPGA的智能小車遠(yuǎn)程監(jiān)控方案。采用FPGA來實現(xiàn)，可以充分利用現(xiàn)有的IP核，功能擴展容易，設(shè)計開發(fā)成本低，上市時間快，修改方便，甚至可以遠(yuǎn)程重構(gòu)系統(tǒng)。與單片機相比，集成度高，可靠性好，調(diào)試和維護(hù)方便。 論文主要內(nèi)容包括以下幾個部分：在對智能小車功能分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計了硬件系統(tǒng)，并在FPGA上構(gòu)建了基于Nios Ⅱ的嵌入式系統(tǒng)，配置了SPI、串行口和以太網(wǎng)接口模塊和驅(qū)動程序，以及各種存儲器。移植了μClinux操作系統(tǒng)，配置嵌入式Web服務(wù)器，編寫CGI程序，設(shè)計了動態(tài)網(wǎng)頁；并對行車道檢測系統(tǒng)進(jìn)行了研究，在DSP Builder中構(gòu)建了該模塊，并在Matlab中進(jìn)行了仿真。在研究數(shù)碼相機模塊和紅外測溫模塊的基礎(chǔ)上，編寫了圖像采集和溫度測量程序以及小車運動控制程序，并對系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試，初步達(dá)到通過Internet實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的。
上傳時間： 2013-08-05
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隨著GPS(Global Positioning System)技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，其全球性、全天候、低成本等特點使得GPS接收機的用戶數(shù)量大幅度增加，應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣。但由于定位過程中各種誤差源的存在，單機定位精度受到影響。目前常從兩個方面考慮減小誤差提高精度：①用高精度相位天線、差分技術(shù)等通過提高硬件成本獲取高精度；②針對誤差源用濾波算法從軟件方面實現(xiàn)精度提高。兩種方法中，后者相對于前者在滿足精度要求的前提下節(jié)約成本，而且便于系統(tǒng)融合，是應(yīng)用于GPS定位的系統(tǒng)中更有前景的方法。但由于在系統(tǒng)中實現(xiàn)定位濾波算法需要時間，傳統(tǒng)CPU往往不能滿足實時性的要求，而FPGA以其快速并行計算越來越受到青睞。 本文在FPGA平臺上，根據(jù)“先時序后電路”的設(shè)計思想，由同步?jīng)]計方法以及自頂向下和自下而上的混合設(shè)計方法實現(xiàn)系統(tǒng)的總體設(shè)計。從GPS-OEM板輸出的定位信息的接收到定位結(jié)果的坐標(biāo)變換，最終到kalman濾波遞推計算減小定位誤差，實現(xiàn)實時、快速、高精度的GPS定位信息采集處理系統(tǒng)，為GPS定位數(shù)據(jù)的處理方法做了新的嘗試，為基于FPGA的GPS嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。具體工作如下： 基于FPGA設(shè)計了GPS定位數(shù)據(jù)的正確接收和顯示，以及經(jīng)緯度到平面坐標(biāo)的投影變換。根掘GPS輸出信息標(biāo)準(zhǔn)和格式，通過串口接收模塊實現(xiàn)串口數(shù)掘的接收和經(jīng)緯度信息提取，并通過LCD實時顯示。在提取信息的同時將數(shù)據(jù)格式由ASCⅡ碼轉(zhuǎn)變?yōu)槭M(jìn)制整數(shù)型，實現(xiàn)利用移位和加法運算達(dá)到代替乘法運算的效果，從而減少資源的利用率。在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程中，利用查找表的方法查找轉(zhuǎn)化時需要的各個參數(shù)值，并將該參數(shù)先轉(zhuǎn)為雙精度浮點小數(shù)，再進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。根據(jù)高斯轉(zhuǎn)化公式的規(guī)律將公式簡化成只涉及加法和乘法運算，以此簡化公式運算量，達(dá)到節(jié)省資源的目的。 卡爾曼濾波器的實現(xiàn)。首先分析了影響定位精度的各種誤差因素，將各種誤差因素視為一階馬爾科夫過程的總誤差，建立了系統(tǒng)狀態(tài)方程、觀測方程和濾波方程，并基于分散濾波的思想進(jìn)行卡爾曼濾波設(shè)計，并通過Matlab進(jìn)行仿真。結(jié)果表明，本文設(shè)計的卡爾曼濾波器收斂性好，定位精度高、估計誤差小。在仿真基礎(chǔ)上，實現(xiàn)基于FPGA的卡爾曼濾波計算。在滿足實時性的基礎(chǔ)上，通過IP核、模塊的分時復(fù)用和樹狀結(jié)構(gòu)節(jié)省資源，實現(xiàn)數(shù)據(jù)卡爾曼濾波，達(dá)到提高數(shù)據(jù)精度的效果。 設(shè)計中以Xilinx公司的Virtex-5系列的XC5VLX110-FF676為硬件平臺，采用Verilog HDL硬件描述語言實現(xiàn)，利用Xilinx公司的ISE10.1工具布局布線，一共使用44438個邏輯資源，時鐘頻率達(dá)到100MHZ以上，滿足實時性信號處理要求，在保證精度的前提下達(dá)到資源最優(yōu)。Modelsim仿真驗證了該設(shè)計的正確性。
上傳時間： 2013-04-24
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