圖像是人類智能活動(dòng)重要的信息來(lái)源之一，是人類相互交流和認(rèn)識(shí)世界的主要媒體。隨著信息高速公路、數(shù)字地球概念的提出，人們對(duì)圖像處理技術(shù)的需求與日劇增，同時(shí)VLSI技術(shù)的發(fā)展給圖像處理技術(shù)的應(yīng)用提供了廣闊的平臺(tái)。圖像處理技術(shù)是圖像識(shí)別和分析的基礎(chǔ)，所以圖像處理技術(shù)對(duì)整個(gè)圖像工程來(lái)說(shuō)就非常重要，對(duì)圖像處理技術(shù)的實(shí)現(xiàn)的研究也就具有重要的理論意義與實(shí)用價(jià)值，包括對(duì)傳統(tǒng)算法的改進(jìn)和硬件實(shí)現(xiàn)的研究。仿生算法的興起為圖像處理問(wèn)題的解決提供了一條十分有效的新途徑；FPGA技術(shù)的發(fā)展為圖像處理的硬件實(shí)現(xiàn)提供了有效的平臺(tái)。 @@ 本文在詳細(xì)介紹鄰域圖像處理算法及其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、遺傳算法和蟻群算法基本原理的基礎(chǔ)上，將其應(yīng)用于圖像增強(qiáng)和圖像分割的圖像處理問(wèn)題之中，并將其用FPGA技術(shù)實(shí)現(xiàn)。論文中采用遺傳算法自適應(yīng)的確定非線性變換函數(shù)的參數(shù)對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)，在采用FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模塊劃分，主要分為初始化模塊、選擇模塊、適應(yīng)度模塊、控制模塊等，然后利用VHDL語(yǔ)言描述各個(gè)功能模塊，為了提高設(shè)計(jì)效率，利用IP核進(jìn)行存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)，利用DSP Builder進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算處理。時(shí)序控制是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，為盡量避免毛刺現(xiàn)象，各模塊的時(shí)序控制都是采用單進(jìn)程的Moore狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)的。在圖像分割環(huán)節(jié)中，圖像分割問(wèn)題轉(zhuǎn)換為求圖像的最大熵問(wèn)題，采用蟻群算法對(duì)改進(jìn)的最大熵確定的適應(yīng)度函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)基于FPGA和蟻群算法實(shí)現(xiàn)圖像分割的各個(gè)模塊設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。 @@ 對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析表明遺傳算法和蟻群算法在數(shù)字圖像處理中的使用明顯改善了處理的效果，在利用FPGA實(shí)現(xiàn)遺傳算法和蟻群算法的整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中由于充分發(fā)揮了FPGA的并行計(jì)算能力及流水線技術(shù)的應(yīng)用，大大提高算法的運(yùn)行速度。 @@關(guān)鍵詞：圖像處理；遺傳算法；蟻群算法；FPGA
標(biāo)簽： FPGA 數(shù)字圖像處理
上傳時(shí)間： 2013-06-03
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通用異步收發(fā)器(Universal Asynchronous Receiver Transmitter，UART)是一種能同時(shí)支持短距離和長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇型ㄐ沤涌?，被廣泛應(yīng)用于微機(jī)和外設(shè)之間的數(shù)據(jù)交換。像8251、NS8250、NS16550等都是常用的UART芯片，但是這些專用的串行接口芯片的缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸速率比較慢，難以滿足高速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱?chǎng)合，而更重要的就是它們都具有不可移植性，因此要利用這些芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)PC機(jī)和FPGA芯片之間的通信，勢(shì)必會(huì)增加接口連線的復(fù)雜程度以及降低整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和有效性。 本課題就是針對(duì)UART的特點(diǎn)以及FPGA設(shè)計(jì)具有可移植性的優(yōu)勢(shì)，提出了一種基于FPGA芯片的嵌入式UART設(shè)計(jì)方法，其中主要包括狀態(tài)機(jī)的描述形式以及自頂向下的設(shè)計(jì)方法，利用硬件描述語(yǔ)言來(lái)編制UART的各個(gè)子功能模塊以及頂層模塊，之后將其集成到FPGA芯片的內(nèi)部，這樣不僅能解決傳統(tǒng)UART芯片的缺點(diǎn)而且同時(shí)也使整個(gè)系統(tǒng)變得更加具有緊湊性以及可靠性。 本課題所設(shè)計(jì)的LIART支持標(biāo)準(zhǔn)的RS-232C傳輸協(xié)議，主要設(shè)計(jì)有發(fā)送模塊、接收模塊、線路控制與中斷仲裁模塊、Modem控制模塊以及兩個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)FIFO模塊。該模塊具有可變的波特率、數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度以及奇偶校驗(yàn)方式，還有多種中斷源、中斷優(yōu)先級(jí)、較強(qiáng)的抗干擾數(shù)據(jù)接收能力以及芯片內(nèi)部自診斷的能力，模塊內(nèi)分開的接收和發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖寄存器能實(shí)現(xiàn)全雙工通信。除此之外最重要的是利用IP模塊復(fù)用技術(shù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)FIFO，采用兩種可選擇的數(shù)據(jù)緩沖模式。這樣既可以應(yīng)用于高速的數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境，也能適合低速的數(shù)據(jù)傳輸場(chǎng)合，因此可以達(dá)到資源利用的最大化。 在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，利用Synplify Pro綜合工具、ModelSim仿真工具、ISE集成的軟件開發(fā)環(huán)境中對(duì)各個(gè)功能模塊進(jìn)行綜合優(yōu)化、仿真驗(yàn)證以及下載實(shí)現(xiàn)。各項(xiàng)數(shù)據(jù)結(jié)果表明，本課題中所設(shè)計(jì)的UART滿足預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。
上傳時(shí)間： 2013-08-02
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擴(kuò)頻通信技術(shù)因?yàn)榫哂休^強(qiáng)的抗干擾、抗噪聲、抗多徑衰落能力、較好的保密性、較強(qiáng)的多址能力和高精度測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，在軍事抗干擾和個(gè)人通信業(yè)務(wù)中得到了很大的發(fā)展。尤其是基于擴(kuò)頻理論的CDMA通信技術(shù)成為國(guó)際電聯(lián)規(guī)定的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要標(biāo)準(zhǔn)化建議后，標(biāo)志著擴(kuò)頻通信技術(shù)在民用通信領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)入了新階段。 近年來(lái)，隨著微電子技術(shù)和電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)技術(shù)的迅速發(fā)展，以FPGA和CPLD為代表的可編程邏輯器件憑借其設(shè)計(jì)方便靈活等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域。 本論文正是采用基于FPGA硬件平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)直接序列擴(kuò)頻通信基帶系統(tǒng)，該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)涉及擴(kuò)頻通信和有關(guān)FPGA的相關(guān)知識(shí)，以及實(shí)現(xiàn)這些模塊的VHDL硬件描述語(yǔ)言和QuartusⅡ開發(fā)平臺(tái)，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)一個(gè)集成度高、靈活性強(qiáng)、并具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力的擴(kuò)頻通信基帶系統(tǒng)。 本論文中首先對(duì)擴(kuò)頻通信的基礎(chǔ)理論做了探討，著重對(duì)直序擴(kuò)頻的理論進(jìn)行了分析；其次根據(jù)理論分析，設(shè)計(jì)了全數(shù)字直接序列擴(kuò)頻基帶系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，完成了擴(kuò)頻序列的產(chǎn)生、信息碼的輸入和擴(kuò)頻。重點(diǎn)完成了對(duì)基帶擴(kuò)頻信號(hào)的相關(guān)解擴(kuò)和幾種同步捕獲電路的設(shè)計(jì)，將多種專用芯片的功能集成在一片大規(guī)模FPGA芯片上。在論文中列出了部分模塊的VHDL程序，并在QuartusⅡ仿真平臺(tái)上完成各部分模塊的功能仿真。
標(biāo)簽： FPGA 直擴(kuò)通信 同步設(shè)計(jì)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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本課題是在課題組已實(shí)現(xiàn)的高速串行通信平臺(tái)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步引伸，設(shè)計(jì)開源的PCI軟核通信模塊替代Xilinx公司提供的LogiCORE PCI核，力求在從模式下，做到占用資源更少，傳輸速度更快，也為以后實(shí)現(xiàn)更完整的功能提供平臺(tái)。 本文以此為背景，基于FPGA平臺(tái)，搭建以開源的PCI軟核為核心的串行通信接口平臺(tái)，使其成為PCI總線與用戶邏輯之間的橋梁，使用戶邏輯避開與復(fù)雜的PCI總線協(xié)議。本課題采用Spartan-II FPGA芯片XC2S200-6FG456C系統(tǒng)開發(fā)板作為串行通信接口的硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了支持配置讀/寫交易、單數(shù)據(jù)段讀/寫、突發(fā)模式讀/寫、命令/地址譯碼功能和數(shù)據(jù)傳送錯(cuò)誤檢測(cè)與處理功能的PCI軟核。 本文主要闡述了以PCI軟核為核心的串行通信平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)，首先介紹了PCI軟核的編程語(yǔ)言、軟件工具和硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)Spartan-II FPGA芯片XC2S200-6FG456C系統(tǒng)開發(fā)板。然后，介紹了PCI總線命令、PCI軟核所支持的功能、PCI軟核兩側(cè)信號(hào)的定義、PCI軟核配置模塊以及探討了PCI軟核的狀態(tài)機(jī)接收、發(fā)送數(shù)據(jù)等過(guò)程，分析了PCI軟核的數(shù)據(jù)收發(fā)功能仿真，主要包括配置讀/寫交易、單數(shù)據(jù)段模式讀/寫和突發(fā)模式讀/寫的仿真圖形，并闡述了管腳約束的操作流程。最后介紹PCI軟核模塊的WDM驅(qū)動(dòng)，內(nèi)容包括驅(qū)動(dòng)程序簡(jiǎn)介、驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)、中斷處理、驅(qū)動(dòng)程序與應(yīng)用程序之間的通信以及應(yīng)用程序操作。最后，對(duì)PCI軟核的各種性能進(jìn)行了比較分析。整個(gè)模塊設(shè)計(jì)緊湊，完成在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的數(shù)據(jù)發(fā)送。 設(shè)計(jì)選用硬件描述語(yǔ)言VerilogHDL，在開發(fā)工具Xilinx ISE7.1中完成整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、綜合、布局布線，利用Modelsim進(jìn)行功能及時(shí)序仿真，使用DriverWorks為PCI軟核編寫WinXP下的驅(qū)動(dòng)程序，用VC++6.0編寫相應(yīng)的測(cè)試應(yīng)用程序。之后，將FPGA設(shè)計(jì)下載到Spanan-II FPGA芯片XC2S200-6FG456C系統(tǒng)開發(fā)板中運(yùn)行。 文章最后指出工作中的不足之處和需要進(jìn)一步完善的地方。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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通信與信息技術(shù)行業(yè)飛速發(fā)展，已成為我國(guó)支柱產(chǎn)業(yè)之一。隨著該行業(yè)的迅速發(fā)展，社會(huì)對(duì)具備實(shí)際動(dòng)手能力人才的需求也不斷增加，高校通信教學(xué)改革勢(shì)在必行。在最初的通信原理實(shí)驗(yàn)設(shè)備中每個(gè)實(shí)驗(yàn)獨(dú)立占用一塊硬件資源，隨著EDA技術(shù)的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠商將CPLD/FPGA技術(shù)作為獨(dú)立的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，加入到通信原理實(shí)驗(yàn)設(shè)備中。FPGA技術(shù)具備集成度高、速度快和現(xiàn)場(chǎng)可編程的優(yōu)勢(shì)，適合高集成度和高速的時(shí)序運(yùn)算。本文總結(jié)現(xiàn)有通信原理實(shí)驗(yàn)設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)，采用FPGA技術(shù)設(shè)計(jì)出集驗(yàn)證性和設(shè)計(jì)性于一體，具備較高的綜合性和系統(tǒng)性的通信原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。 本系統(tǒng)提供了一個(gè)開放性的硬件、軟件平臺(tái)，從培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力出發(fā)，利用FPGA在通用的硬件上實(shí)現(xiàn)所有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。學(xué)生在本系統(tǒng)上除了能完成已固化的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，還可以實(shí)現(xiàn)電子設(shè)計(jì)開發(fā)和驗(yàn)證。這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力大有裨益。 本文結(jié)合數(shù)字通信系統(tǒng)基本模型，把基于FPGA的通信原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)劃分為信號(hào)源模塊、發(fā)送端模塊、信道仿真模塊、接收端模塊和同步模塊幾部分。其中，模擬信號(hào)源采用DDS技術(shù)，能夠生成非常高的頻率精度，可作為任意波形發(fā)生器。發(fā)送端和接收端模塊結(jié)合到一起組成多體制調(diào)制解調(diào)器，形成多頻段、多波形的軟件無(wú)線電系統(tǒng)。載波同步采用全數(shù)字COSTAS環(huán)提取技術(shù)，具備良好的載波跟蹤特性，利用對(duì)載波相位不敏感 的Gardner算法跟蹤位同步信號(hào)。 本文首先介紹了通信原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和意義；然后根據(jù)通信系統(tǒng)模型從《通信原理》各個(gè)章節(jié)中提煉出各模塊的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，分別列出各實(shí)驗(yàn)的數(shù)字化實(shí)現(xiàn)模型；繼而根據(jù)各模塊資源需求選取合適FPGA芯片，并給出硬件設(shè)計(jì)方案；最后，給出各模塊在FPGA上具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程、系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果及分析。測(cè)試和實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明設(shè)計(jì)方法正確，且功能和技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。 關(guān)鍵詞：通信原理，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，F(xiàn)PGA，DDS，多體制調(diào)制解調(diào)，全數(shù)字COSTAS環(huán)，位同步
標(biāo)簽： FPGA 通信原理 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-07-07
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PID算法自從問(wèn)世以來(lái)，一直受到廣泛的關(guān)注。隨著現(xiàn)代控制理論及智能控制技術(shù)的發(fā)展，PID算法也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。結(jié)合傳統(tǒng)的PID控制算法，針對(duì)特定的控制領(lǐng)域，出現(xiàn)了一些新的控制算法，模糊PID控制算法就是在此基礎(chǔ)上漸漸形成并凸顯其控制特色。 同時(shí)隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件FPGA的發(fā)展及其EDA技術(shù)的日漸成熟，為集成控制芯片開拓了廣闊的發(fā)展空間。FPGA的發(fā)展為基于硬件的算法模塊的實(shí)現(xiàn)提供了可能性，同時(shí)節(jié)省了外圍的電路，使算法模塊的集成度大大提高。 本文針對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外在算法研究方面的熱點(diǎn)問(wèn)題，對(duì)模糊PID算法進(jìn)行了深入的分析和研究。通過(guò)對(duì)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析，對(duì)其進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模。采用某汽輪機(jī)的實(shí)際設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)，利用Matlab仿真軟件，對(duì)該汽輪機(jī)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了甩負(fù)荷動(dòng)態(tài)特性仿真。仿真結(jié)果表明，模糊PID可以更好地解決汽輪發(fā)電機(jī)組在甩負(fù)荷過(guò)程中由于機(jī)組轉(zhuǎn)子飛升量太大而導(dǎo)致危急保安裝置動(dòng)作，使得汽輪發(fā)電機(jī)組意外停機(jī)的問(wèn)題，能夠保證汽輪發(fā)電機(jī)組在意外甩負(fù)荷時(shí)機(jī)組正常的機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)模糊控制理論的特點(diǎn)及EDA技術(shù)和FPGA可編程邏輯器件的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了在FPGA上實(shí)現(xiàn)模糊PID算法的具體實(shí)現(xiàn)方案。在綜合分析算法特性的基礎(chǔ)上，選擇Altera公司生產(chǎn)的CycloneⅡ系列中的EP2C35F672C6作為目標(biāo)芯片，利用分層模塊化設(shè)計(jì)思想，在Altera公司提供的QuartusⅡ開發(fā)環(huán)境中，利用原理圖設(shè)計(jì)輸入和VHDL設(shè)計(jì)輸入相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)了模糊PID控制算法，同時(shí)分別對(duì)實(shí)現(xiàn)的各個(gè)功能模塊和整個(gè)算法模塊進(jìn)行了功能時(shí)序仿真。根據(jù)仿真結(jié)果分析，該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了的模糊PID控制功能。 該控制算法模塊的FPGA實(shí)現(xiàn)很好的避免了因CPU或者其它問(wèn)題導(dǎo)致算法程序跑飛、程序死循環(huán)、復(fù)位不可靠等問(wèn)題，提高了控制的可靠性。同時(shí)加強(qiáng)了模塊的通用性，減少了系統(tǒng)硬件開發(fā)周期，節(jié)省了外圍設(shè)備的電路，降低了設(shè)計(jì)開發(fā)成本。
上傳時(shí)間： 2013-07-21
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圖像顯示器是人類接受外部信息的重要手段之一。而立體顯示則能再現(xiàn)場(chǎng)景的三維信息，提供場(chǎng)景更為全面、詳實(shí)的信息，在醫(yī)學(xué)、軍事、娛樂(lè)具有廣泛的應(yīng)用前景。而現(xiàn)有的3D立體顯示設(shè)備價(jià)格都比較貴，基于此，本人研究了基于SDRAM存儲(chǔ)器和FPGA處理器的3D頭盔顯示設(shè)備并且設(shè)計(jì)出硬件和軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)圖像效果好，并且價(jià)格成本便宜，從而具有更大的實(shí)用性。本文完成的主要工作有三點(diǎn)： 1.設(shè)計(jì)了基于FPGA處理器和SDRAM存儲(chǔ)器的3D頭盔顯示器。該方案有別于現(xiàn)有的基于MCU、DSP和其它處理芯片的方案。本方案能通過(guò)線性插值算法把1024×768的分辨率變成800×600的分辨率，并能實(shí)現(xiàn)120HZ圖像刷新率，采用SDRAM作為高速存儲(chǔ)器，并且采用乒乓操作，有別于其它的開關(guān)左右眼視頻實(shí)現(xiàn)立體圖像。在本方案中每時(shí)每刻都是左右眼視頻同時(shí)輸出，使得使用者感覺(jué)不到視頻圖像有任何閃爍，減輕眼睛疲勞。本方案還實(shí)現(xiàn)了圖像對(duì)比對(duì)度調(diào)節(jié)，液晶前照光調(diào)節(jié)(調(diào)節(jié)輸出脈沖的占空比)，立體圖像源自動(dòng)識(shí)別，還有人性化的操作界面(OSD)功能。 2.完成了該系統(tǒng)的硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。從便攜性角度考慮，盡量減小PCB板面積，給出了它們?cè)敿?xì)的硬件設(shè)計(jì)電路圖。完成了FPGA系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)整體分析，各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)原理和具體實(shí)現(xiàn)的方法。完成了單片機(jī)對(duì)AD9883的配置設(shè)計(jì)。 3.完成了本方案的各項(xiàng)測(cè)試和調(diào)試工作，主要包括：數(shù)據(jù)采集部分測(cè)試、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分測(cè)試、FPGA器件工作狀態(tài)測(cè)試、以電腦顯示器作為顯示器的聯(lián)機(jī)調(diào)試和以HX7015A作為顯示器的聯(lián)機(jī)調(diào)試，并且最終調(diào)試通過(guò)，各項(xiàng)功能都滿足預(yù)期設(shè)計(jì)的要求。實(shí)驗(yàn)和分析結(jié)果論證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性和使用價(jià)值。 本文的研究與實(shí)現(xiàn)工作通過(guò)實(shí)驗(yàn)和分析得到了驗(yàn)證。結(jié)果表明，本文提出的由FPGA和SDRAM組成的3D頭盔顯示系統(tǒng)完全可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的立體視覺(jué)效果，從而可以將該廉價(jià)的3D頭盔顯示系統(tǒng)用于我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)中所需要的領(lǐng)域。
上傳時(shí)間： 2013-07-16
上傳用戶：xiaoxiang
軟件無(wú)線電思想的出現(xiàn)帶來(lái)了接收機(jī)實(shí)現(xiàn)方式的革新。隨著近年來(lái)軟件無(wú)線電理論和應(yīng)用趨于成熟與完善，軟件無(wú)線電技術(shù)已經(jīng)被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于無(wú)線通信系統(tǒng)和電子測(cè)量測(cè)試儀器中。數(shù)字下變頻技術(shù)作為軟件無(wú)線電的核心技術(shù)之一，在頻譜分析儀中也得到了越來(lái)越普遍的應(yīng)用。 本人參與的手持式頻譜分析儀項(xiàng)目采用的是中頻數(shù)字化實(shí)現(xiàn)方式，可滿足輕巧，可重配置和低功耗的需求。數(shù)字化中頻的關(guān)鍵部件數(shù)字下變頻器DDC采用的是Intersil公司的ISL5216，這個(gè)器件和高性能FPGA共同組成手持頻譜儀的數(shù)字信號(hào)處理前端。這個(gè)數(shù)字前端就手持頻譜分析儀來(lái)說(shuō)存在一定的局限性，ISL5216的信號(hào)處理帶寬單通道為1 MHz，4個(gè)通道級(jí)聯(lián)為3MHz，未能滿足譜儀分析帶寬日益增加的需求；系統(tǒng)集成度不高，ISL5216的功能要是集成到FPGA，可進(jìn)一步提高系統(tǒng)集成度，降低物料成本和系統(tǒng)功耗?；谝陨蟽蓚€(gè)方面的考慮，現(xiàn)正以手持頻譜分析儀項(xiàng)目為依托，基于Xilinx Spartan3A-DSP系列FPGA實(shí)現(xiàn)高速高處理帶寬的DDC。 本論文首先描述了數(shù)字下變頻基本理論和結(jié)構(gòu)，對(duì)完成各級(jí)數(shù)字信號(hào)處理所涉及的數(shù)字正交變換、CORDIC算法、CIC、HB、多相濾波等關(guān)鍵算法做了適當(dāng)介紹；然后介紹了當(dāng)前主流FPGA的數(shù)字信號(hào)處理特性和其內(nèi)部的DSP資源。接著詳細(xì)描述了數(shù)控振蕩器NCO、復(fù)數(shù)數(shù)字混頻器MIXER、5級(jí)CIC濾波器、5級(jí)HB濾波器和255階可編程FIR的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，并對(duì)各個(gè)模塊的不同實(shí)現(xiàn)方式作了對(duì)比和仿真測(cè)試數(shù)據(jù)作了分析。最后介紹了所設(shè)計(jì)DDC在手持頻譜分析儀中的主要應(yīng)用。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
上傳用戶：a155166
隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化測(cè)量技術(shù)的日益發(fā)展，測(cè)量?jī)x器和計(jì)算機(jī)的關(guān)系日益密切。計(jì)算機(jī)的很多成果很快就應(yīng)用到測(cè)量和儀器領(lǐng)域，與計(jì)算機(jī)相結(jié)合已經(jīng)成為測(cè)量?jī)x器和自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。高度集成的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）是超大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的結(jié)果，由于FPGA器件具備集成度高、體積小、可以利用基于計(jì)算機(jī)的開發(fā)平臺(tái)，用編寫軟件的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)專門硬件的功能等優(yōu)點(diǎn)，大大推動(dòng)了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的單片化、自動(dòng)化，縮短了單片數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期、提高了設(shè)計(jì)的靈活性和可靠性。 本文研究基于網(wǎng)絡(luò)的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)問(wèn)題。論文完成了以FPGA結(jié)構(gòu)為系統(tǒng)硬件平臺(tái)，uClinux為核心的系統(tǒng)的軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)，進(jìn)行信號(hào)的采集和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)的功能。 論文從軟硬件兩方面入手，闡述了基于FPGA器件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，以及基于uClinux操作系統(tǒng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)和應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。 硬件方面，F(xiàn)PGA采用Xilinx公司Spartan系列的XC3S500芯片，用verilog HDL硬件描述語(yǔ)言在Xilinx公司提供的ISE輔助設(shè)計(jì)軟件中實(shí)現(xiàn)FPGA編程。將微處理器MicroBlaze、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、以太網(wǎng)控制器、數(shù)模轉(zhuǎn)換控制器等數(shù)字邏輯電路通過(guò)CoreConnect技術(shù)用OPB總線集成在同一個(gè)FPGA內(nèi)部，形成一個(gè)可編程的片上系統(tǒng)（SOPC）。采用基于FPGA的SOPC設(shè)計(jì)的突出優(yōu)點(diǎn)是不必更換芯片就可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的改進(jìn)和升級(jí)，同時(shí)也可以降低成本和提高可靠性。 軟件方面，為了更好更有效地管理和拓展系統(tǒng)功能，移植了uClinux到MicroBlaze軟處理器上，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)上的ADC設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和數(shù)據(jù)采集應(yīng)用程序。并通過(guò)修訂內(nèi)核，實(shí)現(xiàn)了利用以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議來(lái)訪問(wèn)數(shù)據(jù)采集程序獲得的數(shù)據(jù)。
標(biāo)簽： FPGA 以太網(wǎng) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-05-23
上傳用戶：晴天666
近年來(lái)，以FPGA為代表的數(shù)字系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)集成技術(shù)取得了快速的發(fā)展，F(xiàn)PGA不但解決了信號(hào)處理系統(tǒng)小型化、低功耗、高可靠性等問(wèn)題，而且基于大規(guī)模FPGA單片系統(tǒng)的片上可編程系統(tǒng)(SOPC)的靈活設(shè)計(jì)方式使其越來(lái)越多的取代ASIC的市場(chǎng)。傳統(tǒng)的通用信號(hào)處理系統(tǒng)使用DSP作為處理核心，系統(tǒng)的可重構(gòu)型不強(qiáng)，F(xiàn)PGA解決了這一問(wèn)題，并且現(xiàn)有的FPGA中，多數(shù)已集成DSP模塊，結(jié)合FPGA較強(qiáng)的信號(hào)并行處理特性使其與DSP信號(hào)處理能力差距很小。因此，F(xiàn)PGA作為處理核心的通用信號(hào)處理系統(tǒng)具有很強(qiáng)的可實(shí)施性。 @@ 基于上述要求，作者設(shè)計(jì)和完成了一個(gè)基于多FPGA的通用實(shí)時(shí)信號(hào)處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用4片XC3SD1800A作為處理核心，使用DDR2 SDRAM高速存儲(chǔ)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。作者通過(guò)全面的分析，設(shè)計(jì)了核心板、底板和應(yīng)用板分離系統(tǒng)架構(gòu)。該平臺(tái)能夠根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活的搭配，核心板之間的數(shù)據(jù)傳輸采用了LVDS(低電壓差分信號(hào))技術(shù)，從而使得數(shù)據(jù)能夠穩(wěn)定的以非常高的速率進(jìn)行傳輸。 @@ 本系統(tǒng)屬于高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)范疇，因此必須重視信號(hào)完整性的設(shè)計(jì)與分析問(wèn)題，作者根據(jù)高速電路的設(shè)計(jì)慣例和軟件輔助設(shè)計(jì)的方法，在分析和論證了阻抗控制、PCB堆疊、PCB布局布線等約束的基礎(chǔ)上，順利地完成了PCB繪制與調(diào)試工作。 @@ 作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，作者還在文中研究了在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的電源完整性問(wèn)題，并給出了解決辦法。 @@ LVDS高速數(shù)據(jù)通道接口和DDR2存儲(chǔ)器接口設(shè)計(jì)決定本系統(tǒng)的使用性能，本文基于所選的FPGA芯片進(jìn)行了詳細(xì)的闡述和驗(yàn)證。并結(jié)合系統(tǒng)的核心板和底板，完成了應(yīng)用板，視頻圖像采集、USB、音頻、LCD和LED矩陣模塊顯示等接口的設(shè)計(jì)工作，對(duì)其中的部分接口進(jìn)行了邏輯驗(yàn)證。 @@ 經(jīng)過(guò)測(cè)試，該通用的信號(hào)處理平臺(tái)具有實(shí)時(shí)性好、通用性強(qiáng)、可擴(kuò)展和可重構(gòu)等特點(diǎn)，能夠滿足當(dāng)前一些信號(hào)處理系統(tǒng)對(duì)高速、實(shí)時(shí)處理的要求，可以廣泛應(yīng)用于實(shí)時(shí)信號(hào)處理領(lǐng)域。通過(guò)本平臺(tái)的研究和開發(fā)工作，為進(jìn)一步研究和設(shè)計(jì)通用、實(shí)時(shí)信號(hào)處理系統(tǒng)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 @@關(guān)鍵詞：通用實(shí)時(shí)信號(hào)處理；FPGA；信號(hào)完整性；DDR2；LVDS
標(biāo)簽： FPGA 實(shí)時(shí)信號(hào) 處理系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-05-27
上傳用戶：qiaoyue
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