單片微型計算機(單片機)是將微處理器CPU、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、定時/計數(shù)器、輸入/輸出并行接口等集成在一起。由于單片機具有專門為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的體系結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)，所以它最能滿足嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用要求。Intel公司生產(chǎn)的MCS-51系列單片機是我國目前應(yīng)用最廣的單片機之一。 隨著可編程邏輯器件設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，每個邏輯器件中門電路的數(shù)量越來越多，一個邏輯器件就可以完成本來要由很多分立邏輯器件和存儲芯片完成的功能。這樣做減少了系統(tǒng)的功耗和成本，提高了性能和可靠性。FPGA就是目前最受歡迎的可編程邏輯器件之一。IP核是將一些在數(shù)字電路中常用但比較復(fù)雜的功能塊，設(shè)計成可修改參數(shù)的模塊，讓其他用戶可以直接調(diào)用這些模塊，這樣就大大減輕了工程師的負擔，避免重復(fù)勞動。隨著FPGA的規(guī)模越來越大，設(shè)計越來越復(fù)雜，使用IP核是一個發(fā)展趨勢。 本課題結(jié)合FPGA與8051單片機的優(yōu)點，主要針對以下三個方面研究： (1)FPGA開發(fā)平臺的硬件實現(xiàn)選用Xilinx公司的XC3S500E-PQ208-4-C作為核心器件，采用Intel公司的EEPROM芯片2816A和SRAM芯片6116作為片內(nèi)程序存儲器，搭建FPGA的硬件開發(fā)平臺。 (2)用VHDL語言實現(xiàn)8051IP核分析研究8051系列單片機內(nèi)部各模塊結(jié)構(gòu)以及各部分的連接關(guān)系，實現(xiàn)了基于FPGA的8051IP核。主要包括如下幾個模塊：CPU模塊、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器模塊、定時/計數(shù)器模塊、并行端口模塊、串行端口模塊、中斷處理模塊、同步復(fù)位模塊等。 (3)基于FPGA的8051IP核應(yīng)用用所設(shè)計的8051IP核，實現(xiàn)了對一個4×4鍵盤的監(jiān)測掃描、鍵盤確認、按鍵識別等應(yīng)用。
上傳時間： 2013-06-21
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當今電子系統(tǒng)的設(shè)計是以大規(guī)模FPGA為物理載體的系統(tǒng)芯片的設(shè)計，基于FPGA的片上系統(tǒng)可稱為可編程片上系統(tǒng)(SOPC)。SOPC的設(shè)計是以知識產(chǎn)權(quán)核(IPCore)為基礎(chǔ)，以硬件描述語言為主要設(shè)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(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，給出了SOPC技術(shù)開發(fā)調(diào)制解調(diào)器的方案。在分析設(shè)計軟件Matlab/DSP(Digital Signal Processing)。builder以及Quartus Ⅱ開發(fā)軟件進行SOPC(System On a Programmable Chip)設(shè)計流程后，依據(jù)調(diào)制解調(diào)算法提出了一種基于DSP Builder調(diào)制解調(diào)器的SOPC實現(xiàn)方案，模塊化的設(shè)計方法大大縮短了調(diào)制解調(diào)器的開發(fā)周期。 在SOPC技術(shù)開發(fā)調(diào)制解調(diào)器的過程中，用MATLAB/Simulink的圖形方式調(diào)用Altera DSP Builder和其他Simulink庫中的圖形模塊(Block)進行系統(tǒng)建模，在Simulink中仿真通過后，利用DSP Builder將Simulink的模型文件(．mdl)轉(zhuǎn)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(tǒng)的煩瑣過程，將精力集中于算法的優(yōu)化上。 基于DSP Builder的開發(fā)功能，調(diào)制解調(diào)器電路中的低通濾波器可直接調(diào)用FIRIP Core，進一步提高了開發(fā)效率。 在進行編譯、仿真調(diào)試成功后，經(jīng)過QuartusⅡ?qū)⒕幾g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(diào)制解調(diào)器的SOPC系統(tǒng)實現(xiàn)方案。
上傳時間： 2013-06-24
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在工業(yè)控制領(lǐng)域，多種現(xiàn)場總線標準共存的局面從客觀上促進了工業(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)上能夠達到亞微秒級的同步精度。
上傳時間： 2013-08-04
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目前，數(shù)字信號處理廣泛應(yīng)用于通信、雷達、聲納、語音與圖像處理等領(lǐng)域，信號處理算法理論己趨于成熟，但其具體硬件實現(xiàn)方法卻值得探討。FPGA是近年來廣泛應(yīng)用的超大規(guī)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(yōu)點，大大推動了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的單片化、自動化，縮短了單片數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計周期、提高了設(shè)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(yīng)用。本文對FPGA的數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)進行研究，基于FPGA在數(shù)據(jù)采樣控制和信號處理方面的高性能和單片系統(tǒng)發(fā)展的新熱點，把FPGA作為整個數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的控制核心。主要研究內(nèi)容如下： FPGA的單片系統(tǒng)研究。針對數(shù)據(jù)采集與處理，對FPGA進行選型，設(shè)計了基于FPGA的單片系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。把整個控制系統(tǒng)分為三個部分：多通道采樣控制模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，存儲控制模塊。 多通道采樣控制模塊的設(shè)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(shè)計了通道選擇控制模塊和A/D轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)處理模塊的設(shè)計。FFT算法在數(shù)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(xiàn)結(jié)構(gòu)，提出了用FPGA實現(xiàn)FFT的一種設(shè)計思想，給出了總體實現(xiàn)框圖。分別設(shè)計了旋轉(zhuǎn)因子復(fù)數(shù)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(shè)計實現(xiàn)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(shè)計實現(xiàn)了蝶形處理單元中的旋轉(zhuǎn)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(fù)雜度。理論分析和仿真結(jié)果表明，狀態(tài)機控制器成功地對各個模塊進行了有序、協(xié)調(diào)的控制。 存儲控制模塊的設(shè)計。利用閃存芯片K9K1G08UOA對采集處理后的數(shù)據(jù)進行存儲，設(shè)計了FPGA與閃存的硬件連接，設(shè)計了存儲控制模塊。 本文對FFT算法的硬件實現(xiàn)進行了研究，結(jié)合單片系統(tǒng)的特點，把整個系統(tǒng)分為多通道采樣控制模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，存儲控制模塊進行設(shè)計和仿真。設(shè)計采用VHDL編寫程序的源代碼。仿真測試結(jié)果表明，此FPGA單片系統(tǒng)可完成對實時信號的高速采集與處理。
標簽： FPGA 數(shù)據(jù)采集 處理技術(shù)
上傳時間： 2013-04-24
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隨著移動終端、多媒體、通信、圖像掃描技術(shù)的發(fā)展，圖像應(yīng)用日益廣泛，壓縮編碼技術(shù)對圖像處理中大量數(shù)據(jù)的存儲和傳輸至關(guān)重要。同時， FPGA單片規(guī)模的不斷擴大，在FPGA芯片內(nèi)實現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)字信號處理系統(tǒng)也成為現(xiàn)實，因此采用FPGA實現(xiàn)圖像壓縮已成為一種必然趨勢。JPEG靜態(tài)圖像壓縮標準應(yīng)用非常廣泛，是圖像壓縮中主要的標準之一。研究JPEG圖像壓縮在FPGA上的實現(xiàn)，具有廣闊的應(yīng)用背景。 論文從實際工程應(yīng)用出發(fā)，通過設(shè)計圖像壓縮的IP核，完成JPEG壓縮算法在FPGA上的實現(xiàn)。首先闡述JPEG基本模式的壓縮編碼的標準，然后在設(shè)計規(guī)劃過程中，采用SOC的設(shè)計思想，給出整個系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、層次劃分，對各個模塊的HDL實現(xiàn)進行詳細的描述，最后完成整體驗證。方案采用了IP核復(fù)用的設(shè)計技術(shù)，基于Xilinx公司本身的IP核，進行了再次開發(fā)。在研究JPEG標準的核心算法DCT的基礎(chǔ)上，加以改進，設(shè)計了適合器件結(jié)構(gòu)的基于DA算法的DCT變換的IP核。通過結(jié)構(gòu)和算法的優(yōu)化，提高了速度，減少占用過多的片內(nèi)資源。 設(shè)計基于Xilinx的Virtex- II系列的FPGA的硬件平臺,在ISE7.1中編譯綜合，最后通過Modelsim仿真驗證。分辨率為352×288大小的源圖像，在不同的壓縮等級設(shè)置下，均測試通過。仿真驗證的結(jié)果表明：基于FPGA的JPEG壓縮編碼占用較少的硬件資源，可在較高的工作頻率下運行，設(shè)計在速度和資源利用率方面達到了較優(yōu)的狀態(tài)，能夠滿足一般圖像壓縮的要求。 整個設(shè)計可以作為單獨的JPEG編碼芯片也可以作為IP核添加到其他系統(tǒng)中去，具有一定的使用價值。
上傳時間： 2013-04-24
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當前我國正處在從模擬電視系統(tǒng)向數(shù)字電視系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型期，數(shù)字電視用戶數(shù)量激增，其趨勢是在未來的幾年內(nèi)數(shù)字電視將迅速普及。在應(yīng)用逐漸廣泛的數(shù)字電視系統(tǒng)中，監(jiān)控數(shù)字電視服務(wù)正成為一種越來越迫切的需要。然而，目前對于數(shù)字電視并沒有合適的監(jiān)測儀器，因此無法及時方便地診斷出現(xiàn)問題的信號以及隔離需要維修的數(shù)字化設(shè)備。通常只有當電視屏幕上的圖像消失時我們才知道數(shù)字信號系統(tǒng)出了問題。幾乎沒有任何線索可以用來找到問題的所在或原因，碼流分析儀器在這種情況下應(yīng)運而生。目前在數(shù)字電視系統(tǒng)的前端，通過監(jiān)控了解數(shù)字視頻廣播(DVB)信號和服務(wù)的狀況從而采取措施比通過觀眾的反映而采取措施要主動和及時得多。傳輸流(TS)的測試設(shè)備可使技術(shù)人員分析碼流的內(nèi)部情況，它們在決定未來服務(wù)質(zhì)量和客戶滿意度方面將扮演更重要的角色。 本文著重研究了在DVB廣播電視系統(tǒng)中，DVB-ASI信號的解碼、MPEG-2TS的實時檢錯原理和基于現(xiàn)場可編輯門陣列(FPGA)的實現(xiàn)方法。文章首先闡述了數(shù)字電視系統(tǒng)的一些基本概念，介紹了MPEG-2/DVB標準、ETR101 290標準、異步串行接口(ASI)。然后介紹了FPGA的基本概念與開發(fā)FPGA所使用的軟件工具。最后根據(jù)DVB-ASI接收系統(tǒng)的解碼規(guī)則與MPEG-2TS碼流的結(jié)構(gòu)提出了一套基于FPGA的MPEG-2TS碼流實時分析與檢測系統(tǒng)設(shè)計方案并予以了實現(xiàn)。 在本系統(tǒng)中，F(xiàn)PGA起著核心的作用，主要完成DVB-ASI的解碼、MPEG-2TS碼流檢錯、以及數(shù)字電視節(jié)目專有信息(PSI)提取等功能。本文實現(xiàn)的系統(tǒng)與傳統(tǒng)的碼流分析儀相比具有集成度較高、易擴展、便于攜帶、穩(wěn)定性好、性價比高等優(yōu)點。
上傳時間： 2013-06-04
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交流電源供電方式正在由集中式向分布式、全功能式發(fā)展，而實現(xiàn)分布式電源的核心就是模塊的并聯(lián)技術(shù)。多臺逆變器并聯(lián)可以實現(xiàn)大容量供電和冗余供電，可大大提高系統(tǒng)的靈活性，使電源系統(tǒng)的體積重量大為降低，同時其主開關(guān)器件的電流應(yīng)力也可大大減少，從根本上提高了可靠性、降低成本和提高功率密度。本文主要研究逆變器并聯(lián)技術(shù)。 本文首先對電壓、電流雙閉環(huán)逆變器控制系統(tǒng)進行了研究。通過對傳遞函數(shù)的分析，得到了基于等效輸出阻抗的雙閉環(huán)控制的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)模型。在分析逆變器模型的基礎(chǔ)上設(shè)計了各控制器參數(shù)，并通過MATLAB仿真進行了驗證。根據(jù)上述模型，分析了逆變器并聯(lián)的環(huán)流特性，以及基于有功和無功功率的并聯(lián)控制方案。 隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，F(xiàn)PGA技術(shù)正在越來越多地用于工程實踐中。本文在研究SPWM控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用FPGA芯片EP1C12Q240C8實現(xiàn)了SPWM數(shù)字控制器，用于多模塊逆變器并聯(lián)控制系統(tǒng)。文中給出了仿真結(jié)果和芯片的測試結(jié)果。 基于FPGA的三相逆變器并聯(lián)數(shù)字控制器的研究具有現(xiàn)實意義，設(shè)計具有創(chuàng)新性。仿真和芯片的初步測試結(jié)果表明：本文設(shè)計的基于FPGA的逆變器并聯(lián)數(shù)字控制器能夠滿足逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的要求。
上傳時間： 2013-08-05
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正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)是一種多載波數(shù)字調(diào)制技術(shù)，具有頻譜利用率高、抗多徑干擾能力強、成本低等特點，適合無線通信的高速化、寬帶化及移動化的需求，將成為下一代無線通信系統(tǒng)(4G)的核心調(diào)制傳輸技術(shù)。 本文首先描述了OFDM技術(shù)的基本原理。對OFDM的調(diào)制解調(diào)以及其中涉及的特性和關(guān)鍵技術(shù)等做了理論上的分析，指出了OFDM區(qū)別于其他調(diào)制技術(shù)的巨大優(yōu)勢；然后針對OFDM中的信道估計技術(shù)，深入分析了基于FFT級聯(lián)的信道估計理論和基于聯(lián)合最大似然函數(shù)的半盲分組估計理論，在此基礎(chǔ)上詳細研究描述了用于OFDM系統(tǒng)的迭代的最大似然估計算法，并利用Matlab做了相應(yīng)的仿真比較，驗證了它們的有效性。 而后，在Matlab中應(yīng)用Simulink工具構(gòu)建OFDM系統(tǒng)仿真平臺。在此平臺上，對OFDM系統(tǒng)在多徑衰落、高斯白噪聲等多種不同的模型參數(shù)下進行了仿真，并給出了數(shù)據(jù)曲線，通過分析結(jié)果可正確評價OFDM系統(tǒng)在多個方面的性能。 在綜合了OFDM的系統(tǒng)架構(gòu)和仿真分析之后，設(shè)計并實現(xiàn)了基于FPGA的OFDM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)。首先根據(jù)802.16協(xié)議和OFDM系統(tǒng)的具體要求，設(shè)定了合理的參數(shù)；然后從調(diào)制器和解調(diào)器的具體組成模塊入手，對串/并轉(zhuǎn)換，QPSK映射，過采樣處理，插入導(dǎo)頻，添加循環(huán)前綴，IFFT/FFT，幀同步檢測等各個模塊進行硬件設(shè)計，詳細介紹了各個模塊的設(shè)計和實現(xiàn)過程，并給出了相應(yīng)的仿真波形和參數(shù)說明。其中，針對定點運算的局限性，為系統(tǒng)設(shè)計并自定義了24位的浮點運算格式，參與傅立葉反變換和傅立葉變換的運算，在系統(tǒng)參數(shù)允許的范圍內(nèi)，充分利用了有限資源，提高了系統(tǒng)運算精度；然后重點描述了基于FPGA的快速傅立葉變換算法的改進、優(yōu)化和設(shè)計實現(xiàn)，針對原始快速傅立葉變換FPGA實現(xiàn)算法運算空閑時間過多，資源占用較大的問題，提出了帶有流水作業(yè)功能、資源占用較少的快速傅立葉變換優(yōu)化算法設(shè)計方案，使之運用于OFDM基帶處理系統(tǒng)當中并加以實現(xiàn)，結(jié)果滿足系統(tǒng)參數(shù)的需求。最后以理論分析為依據(jù)，對整個OFDM的基帶處理系統(tǒng)進行了系統(tǒng)調(diào)試與性能分析，證明了設(shè)計的可行性。 綜上所述，本文完成了一個基于FPGA的OFDM基帶處理系統(tǒng)的設(shè)計、仿真和實現(xiàn)。本設(shè)計為OFDM通信系統(tǒng)的進一步改進提供了大量有用的數(shù)據(jù)。
標簽： FPGA OFDM 調(diào)制解調(diào)器
上傳時間： 2013-07-25
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眾所周知，信息傳輸?shù)暮诵膯栴}是有效性和可靠性，調(diào)制解調(diào)技術(shù)的發(fā)展正是體現(xiàn)了這一思想。從最早的模擬調(diào)幅調(diào)頻技術(shù)的日益完善，到現(xiàn)在數(shù)字調(diào)制技術(shù)的廣泛運用，使得信息的傳輸更為有效和可靠。QAM調(diào)制作為一種新的調(diào)制技術(shù)，因其具有很高的頻帶利用率而得到了廣泛的應(yīng)用。 本文對基于FPGA的16QAM調(diào)制解調(diào)進行了討論和研究。首先對16QAM調(diào)制解調(diào)原理進行了闡述，建立了16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的數(shù)學模型，然后通過分析提出了基于FPGA的16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計方案。最后編寫Verilog代碼實現(xiàn)了算法仿真。 FPGA芯片采用的是Altera公司的大規(guī)模集成電路芯片Cyclone系列的EPlC20F32417，并通過軟件編程對其進行了相關(guān)調(diào)試。文中詳細介紹了基帶成形濾波器、載波恢復(fù)和定時同步的基本原理及其設(shè)計方法。首先用Matlab對整個16QAM系統(tǒng)進行了軟件仿真；然后用硬件描述語言Verilog HDL在QuartusⅡ環(huán)境下完成了系統(tǒng)關(guān)鍵算法的編寫、行為仿真和綜合，最后詳細闡述了異步串口(UART)的FPGA實現(xiàn)，把我們編寫的Verilog程序下載到EPlC20F32417芯片上效果很好。
標簽： FPGA QAM 調(diào)制解調(diào)
上傳時間： 2013-04-24
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本文對基于FPGA的液晶顯示控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)進行了研究。設(shè)計中從LCD技術(shù)參數(shù)著手，通過對顯示驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理的研究，設(shè)計出顯示控制系統(tǒng)的框圖及各功能模塊的VHDL程序，通過單片機系統(tǒng)配置FPGA芯片，控制LCD顯示相應(yīng)的漢字和圖形。LCD顯示控制系統(tǒng)由顯示控制電路、顯示驅(qū)動電路和相關(guān)外圍輔助電路組成。顯示控制電路從電路中各個功能模塊所需要的控制時序信號出發(fā)，通過對其工作過程的研究，設(shè)計出控制器、RAM控制器等各功能模塊。顯示驅(qū)動電路從LCD工作所需要的掃描時序信號出發(fā)，設(shè)計出時序發(fā)生電路等各功能模塊。所有的VHDL程序通過了MAX+PLUS—II軟件實現(xiàn)編譯及仿真后，在實際的硬件中調(diào)試通過。
標簽： FPGA 液晶顯示 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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