基于FPGA的FIR數(shù)字濾波器算法實(shí)現(xiàn)
標(biāo)簽： FPGA FIR 數(shù)字濾波器 算法
上傳時(shí)間： 2013-11-12
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波長(zhǎng)信號(hào)的解調(diào)是實(shí)現(xiàn)光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵，基于現(xiàn)有的光纖光柵傳感器解調(diào)方法，提出一種基于FPGA的雙匹配光纖光柵解調(diào)方法，此系統(tǒng)是一種高速率、高精度、低成本的解調(diào)系統(tǒng)，并且通過引入雙匹配光柵有效地克服了雙值問題同時(shí)擴(kuò)大了檢測(cè)范圍。分析了光纖光柵的測(cè)溫原理并給出了該方案軟硬件設(shè)計(jì)，綜合考慮系統(tǒng)的解調(diào)精度和FPGA的處理速度給出了基于拉格朗日的曲線擬合算法。 Abstract: Sensor is one of the most important application of the fiber grating. Wavelength signal demodulating is the key techniques to carry out fiber grating sensing network， based on several existing methods of fiber grating sensor demodulation inadequate， a two-match fiber grating demodulation method was presented. This system is a high-speed， high precision， low-cost demodulation system. And by introducing a two-match grating effectively overcomes the problem of double value while expands the scope of testing. This paper analyzes the principle of fiber Bragg grating temperature and gives the software and hardware design of the program. Considering the system of demodulation accuracy and processing speed of FPGA，this paper gives the curve fitting algorithm based on Lagrange.
標(biāo)簽： FPGA 光纖光柵 解調(diào)系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2014-07-24
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設(shè)計(jì)了一個(gè)基于FPGA的單精度浮點(diǎn)數(shù)乘法器.設(shè)計(jì)中采用改進(jìn)的帶偏移量的冗余Booth3算法和跳躍式Wallace樹型結(jié)構(gòu),并提出對(duì)Wallace樹產(chǎn)生的2個(gè)偽和采用部分相加的方式,提高了乘法器的運(yùn)算速度;加入對(duì)特殊值的處理模塊,完善了乘法器的功能.本設(shè)計(jì)在Altera DE2開發(fā)板上進(jìn)行了驗(yàn)證.
標(biāo)簽： FPGA 精度 浮點(diǎn)數(shù) 乘法器設(shè)計(jì)
上傳時(shí)間： 2013-10-09
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在充分研究了原有的二值圖像加密算法的基礎(chǔ)上，結(jié)合混沌序列的特性提出了一種基于位擴(kuò)展的灰度圖像加密算法,并作了對(duì)比試驗(yàn)
上傳時(shí)間： 2014-01-11
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數(shù)字圖像處理技術(shù)是信息科學(xué)中近幾十年來發(fā)展最為迅速的學(xué)科之一。目前，數(shù)字圖像處理技術(shù)被廣泛應(yīng)用于航空航天、通信、醫(yī)學(xué)及工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域中。數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)是處理的數(shù)據(jù)量大，處理非常耗時(shí)，本文研究了在FPGA上用硬件描述語言實(shí)現(xiàn)圖像處理算法，通過功能模塊的硬件化，解決了視頻圖像處理的速度問題。隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展，F(xiàn)PGA為數(shù)字圖像信號(hào)處理在算法、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上帶來了新的方法和思路。 本文設(shè)計(jì)的基于FPGA的圖像處理系統(tǒng)，是一個(gè)具有視頻圖像采集、圖像處理、圖像顯示功能的圖像處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用Altera公司FPGA芯片作為中央處理器，由視頻解碼模塊、圖像處理模塊、視頻編碼模塊組成。模擬視頻信號(hào)由CCD傳感器送入，經(jīng)視頻解碼芯片SAA7113轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻信號(hào)后，圖像處理模塊完成中值濾波和邊緣檢測(cè)這兩種圖像處理算法，視頻編碼芯片SAA7121將數(shù)字視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬視頻信號(hào)輸出。 整個(gè)設(shè)計(jì)及各個(gè)模塊都在Altera公司的開發(fā)環(huán)境QuartusⅡ以及第三方仿真軟件Modelsim上進(jìn)行了仿真及邏輯綜合。仿真結(jié)果表明，使用FPGA硬件處理圖像數(shù)據(jù)不僅能夠獲得良好的處理效果，處理速度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于軟件法處理的方法。
標(biāo)簽： FPGA 數(shù)字圖像處理
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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矩陣運(yùn)算是描述許多工程問題中不可缺少的數(shù)學(xué)關(guān)系，矩陣運(yùn)算具有執(zhí)行效率好、速度快、集成度高等優(yōu)點(diǎn)，并且隨著動(dòng)態(tài)可配置技術(shù)的發(fā)展，靈活性也有了很大的提高。因此，尋找矩陣運(yùn)算的高速實(shí)現(xiàn)方法是具有很大的現(xiàn)實(shí)意義，能夠?yàn)楦咚龠\(yùn)算應(yīng)用提供技術(shù)支持。 為了提高研究成果的實(shí)用性與商用性，本文主要針對(duì)某種體積小、運(yùn)算速度和性能要求很高的特殊場(chǎng)合設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)基于FPGA的矩陣運(yùn)算功能。通過系統(tǒng)地研究FPGA功能結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)原理、DSP接口、IEEE-754標(biāo)準(zhǔn)，深入學(xué)習(xí)浮點(diǎn)數(shù)及矩陣的基礎(chǔ)運(yùn)算以及硬件編程語言等內(nèi)容，根據(jù)矩陣運(yùn)算的特點(diǎn)和原理，討論了硬件設(shè)計(jì)方面重點(diǎn)對(duì)具體核心器件結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)以及有關(guān)FPGA的設(shè)計(jì)流程和控制器Verilog HDL硬件編程語言代碼方面內(nèi)容，確定了基于FPGA浮點(diǎn)運(yùn)算及矩陣運(yùn)算單元的Verilog HDL設(shè)計(jì)方法，在Quartus II平臺(tái)上對(duì)其仿真、記錄運(yùn)算結(jié)果，并對(duì)采集到的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行了深入分析與總結(jié)。 本設(shè)計(jì)通過幾種矩陣算法利用FPGA和MATLAB分別進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)測(cè)試，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)結(jié)果的正確性，證明了本設(shè)計(jì)中矩陣運(yùn)算速率的實(shí)用性與高效性，提高了系統(tǒng)資源利用率和系統(tǒng)可靠性，為今后在工程、軍事、通訊等生產(chǎn)生活各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)。
上傳時(shí)間： 2013-07-07
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近年來，大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備主要是機(jī)械硬盤，機(jī)械硬盤采用機(jī)械馬達(dá)和磁片作為載體，存在抗震性能低、高功耗和速度提升難度大等缺點(diǎn)。固態(tài)硬盤是以半導(dǎo)體作為存儲(chǔ)介質(zhì)及控制載體，無機(jī)械裝置，具有抗震、寬溫、無噪、可靠和節(jié)能等特點(diǎn)，是目前存儲(chǔ)領(lǐng)域所存在問題的解決方案之一。本文針對(duì)這一問題，設(shè)計(jì)基于FPGA的固態(tài)硬盤控制器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的固態(tài)存儲(chǔ)。 文章首先介紹硬盤技術(shù)的發(fā)展，分析固態(tài)硬盤的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，闡述課題研究意義，并概述了本文研究的主要內(nèi)容及所做的工作。然后從分析固態(tài)硬盤控制器的關(guān)鍵技術(shù)入手，研究了SATA接口協(xié)議和NANDFLASH芯片特性。整體設(shè)計(jì)采用SOPC架構(gòu)，所有功能由單片F(xiàn)PGA完成。移植MicroBlaze嵌入式處理器軟核作為主控制器，利用Verilog HDL語言描述IP核形式設(shè)計(jì)SATA控制器核和NAND FLASH控制器核。SATA控制器核作為高速串行傳輸接口，實(shí)現(xiàn)SATA1.0協(xié)議，根據(jù)協(xié)議劃分四層模型，通過狀態(tài)機(jī)和邏輯電路實(shí)現(xiàn)協(xié)議功能。NAND FLASH控制器核管理NANDFLASH芯片陣列，將NAND FLASH接口轉(zhuǎn)換成通用的SRAM接口，提高訪問效率。控制器完成NAND FLASH存儲(chǔ)管理和糾錯(cuò)算法，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和讀取。最后完成固態(tài)硬盤控制器的模塊測(cè)試和整體測(cè)試，介紹了測(cè)試方法、測(cè)試工具和測(cè)試流程，給出測(cè)試數(shù)據(jù)和結(jié)果分析，得出了驗(yàn)證結(jié)論。 本文設(shè)計(jì)的固態(tài)硬盤控制器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，易于升級(jí)和二次開發(fā)，是實(shí)現(xiàn)固態(tài)硬盤和固態(tài)存儲(chǔ)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。
標(biāo)簽： FPGA 固態(tài)硬盤 制器設(shè)計(jì)
上傳時(shí)間： 2013-05-28
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工業(yè)生產(chǎn)過程往往具有非線性、不確定性，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型。應(yīng)用常規(guī)的PID控制器難以達(dá)到理想的控制效果。作為的重要分支，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有良好的非線性映射能力和高度的并行信息處理能力，已成為非線性系統(tǒng)建模、辨識(shí)和控制中常用的理論和方法。其中，神經(jīng)元具有很強(qiáng)的信息綜合、學(xué)習(xí)記憶、自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力，可以處理那些難以用模型和規(guī)則描述的過程，將神經(jīng)元與PID結(jié)合，應(yīng)用到實(shí)際的控制中，可以在線調(diào)整PID的參數(shù)，使系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力、自適應(yīng)能力和較好的魯棒性。 目前，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究主要是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理論研究、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用研究和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究，這三方面是相互依賴和相互促進(jìn)的關(guān)系。本文主要側(cè)重的是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究方面，創(chuàng)新性地利用FPGA嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)單神經(jīng)元PID智能控制器的研究與設(shè)計(jì)，并將其封裝成為一個(gè)專用的IP核供其他的控制系統(tǒng)使用。 首先，對(duì)單神經(jīng)元PID智能控制器的設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)算法進(jìn)行了深入的研究與分析；其次，利用MATLAB設(shè)計(jì)單神經(jīng)元PID智能控制器，針對(duì)特定的被控對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，獲得比較理想的系統(tǒng)輸出；然后，研究基于FPGA的單神經(jīng)元智能控制算法的實(shí)現(xiàn)，對(duì)控制器進(jìn)行VHDL語言分層設(shè)計(jì)，使用Altera公司的軟件QuartusⅡ6.1進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。兩個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于FPGA的單神經(jīng)元智能控制器比MATLAB設(shè)計(jì)的單神經(jīng)元PID智能控制器性能優(yōu)良。 本文的設(shè)計(jì)模塊主要包括權(quán)值修改模塊、誤差計(jì)算模塊、權(quán)值產(chǎn)生模塊和輸出模塊。在各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)中進(jìn)行了優(yōu)化處理，使本文的設(shè)計(jì)不僅利用的硬件資源少，而且也有很快的運(yùn)行速度，同時(shí)也改善了傳統(tǒng)控制器的控制性能。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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隨著數(shù)碼技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字圖像處理的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，其實(shí)時(shí)處理技術(shù)成為研究的熱點(diǎn)。VLSI技術(shù)的迅猛發(fā)展為數(shù)字圖像實(shí)時(shí)處理技術(shù)提供了硬件基礎(chǔ)。其中FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)的特點(diǎn)使其非常適用于進(jìn)行一些基于像素級(jí)的圖像處理。 傳統(tǒng)的圖像顯示系統(tǒng)必須連接到PC才能觀察圖像視頻，存在著高速實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性問題。本設(shè)計(jì)脫離高清晰工業(yè)相機(jī)必須與PC連接才可以觀看到高清晰圖像的束縛，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的小型化。針對(duì)130萬像素彩色1/2英寸鎂光CMOS圖像傳感器，提出用硬件實(shí)現(xiàn)Bayer格式到RGB格式轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì)方案，完成由黑白圖像到高清彩色圖像的轉(zhuǎn)換，用SDRAM作緩存，輸出標(biāo)準(zhǔn)VGA信號(hào)，可直接連接VGA顯示器、投影儀等設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的視頻圖像觀看，與模擬相機(jī)740X576分辨率(480線)圖像相比，設(shè)計(jì)圖像畫質(zhì)相當(dāng)于1280X1024分辨率(750線)，最高幀率25fps，整個(gè)結(jié)構(gòu)應(yīng)用FPGA作為主控制器，用少量的緩存代替?zhèn)鹘y(tǒng)的大容量存儲(chǔ)，加快了運(yùn)算速率，減小了電路規(guī)模，滿足圖像實(shí)時(shí)處理的要求，使展現(xiàn)出來的視頻圖像得到質(zhì)的飛躍。可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控等領(lǐng)域。 論文研究的重點(diǎn)是采用altera公司EP2C芯片前端驅(qū)動(dòng)CMOS圖像傳感器，實(shí)時(shí)采集Bayer圖像象素，分析研究CFA圖像插值算法，實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的實(shí)時(shí)線性插值算法，能夠?qū)斎胧敲肯袼?bit、分辨率為1280×1204的Bayer模式圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)重構(gòu)，輸出彩色RGB圖像。由端口FIFO作為數(shù)據(jù)緩沖，存儲(chǔ)一幀圖像到高速SDRAM，構(gòu)建VGA顯示控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入是每像素24bit(RGB101010)、分辨率為640×480、幀頻25HZ彩色圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。 整個(gè)模塊結(jié)構(gòu)包括電源模塊單元等、CMOS成像單元、FPGA數(shù)據(jù)處理單元、SDRAM控制單元、VGA顯示接口單元。 最后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，系統(tǒng)達(dá)到了實(shí)時(shí)性，能正確和可靠的工作。整個(gè)設(shè)計(jì)模塊能夠滿足高幀率和高清晰的實(shí)時(shí)圖像處理，占用系統(tǒng)資源很少，用較少的時(shí)間完成了圖像數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，提高了效率。
標(biāo)簽： FPGA 實(shí)時(shí)圖像采集 與處理系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-06-08
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隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)電力需求特別是電能質(zhì)量的要求越來越高。但由于非線性負(fù)荷大量使用，卻帶來了嚴(yán)重的電力諧波污染，給電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行帶來嚴(yán)重影響，給供用電設(shè)備造成危害。如何最大限度的減少諧波造成的危害，是目前電力系統(tǒng)領(lǐng)域極為關(guān)注的問題。諧波檢測(cè)是諧波研究中重要分支，是解決其它相關(guān)諧波問題的基礎(chǔ)。因此，對(duì)諧波的檢測(cè)和研究，具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。 目前使用的電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)裝置，大多基于微處理器設(shè)計(jì)。微處理器是作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，它的性能高低直接決定了產(chǎn)品性能的好壞。而這種微處理器為主體構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)，存在效率低、資源利用率低、程序指針易受干擾等缺點(diǎn)。由于微電子技術(shù)的發(fā)展，特別是專用集成電路ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，使得設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)專用的集成電路成為可能，同時(shí)為諧波檢測(cè)裝置的硬件設(shè)計(jì)提供了一個(gè)新的發(fā)展途徑。本文目標(biāo)就是設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)專用集成電路，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)諧波的高精度檢測(cè)。采用專用集成電路進(jìn)行諧波檢測(cè)裝置的硬件設(shè)計(jì)，具有體積小，速度快，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，由于應(yīng)用范圍廣，需求量大，電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)專用集成電路具有很好的應(yīng)用前景。 本文首先介紹了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行諧波檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)研了電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)；隨后根據(jù)裝置的功能需求，特別是依據(jù)其中諧波檢測(cè)國(guó)標(biāo)參數(shù)的測(cè)量算法，為系統(tǒng)選定了基于FPGA的SOPC設(shè)計(jì)方案。 本文分析了電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)專用集成電路的功能模型，對(duì)專用集成電路進(jìn)行了模塊劃分。定義了各模塊的功能，并研究了模塊間的連接方式，給出了諧波檢測(cè)專用集成電路的并行結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)了基于FPGA的諧波檢測(cè)專用集成電路設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的硬件平臺(tái)。配合專用集成電路的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)工具構(gòu)建了智能監(jiān)控單元專用集成電路的開發(fā)環(huán)境。 在進(jìn)行FPGA具體設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)待實(shí)現(xiàn)功能的不同特點(diǎn)，分為用戶邏輯區(qū)域和Nios處理器模塊兩個(gè)部分。用戶邏輯區(qū)域控制A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模擬信號(hào)的采樣，并對(duì)采樣得到的數(shù)字量進(jìn)行諧波分析等運(yùn)算。然后將結(jié)果存入片內(nèi)的雙口RAM中，等待Nios處理器的訪問。Nios處理器對(duì)數(shù)據(jù)處理模塊的結(jié)果進(jìn)一步處理，得到其各自對(duì)應(yīng)的最終值，并將結(jié)果通過串行通信接口發(fā)送給上位機(jī)。 最后，對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)體進(jìn)行了整體的編譯、綜合與優(yōu)化工作，并通過邏輯分析儀對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了驗(yàn)證。在實(shí)驗(yàn)室條件下，對(duì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)的運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該監(jiān)測(cè)裝置滿足了電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)的總體要求。
標(biāo)簽： FPGA 電力系統(tǒng) 諧波檢測(cè)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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