頻率合成技術廣泛應用于通信、航空航天、儀器儀表等領域。目前，常用的頻率合成技術有直接式頻率合成、鎖相頻率合成和直接數字頻率合成(DDS)。DDS系統可以很方便地獲得頻率分辨率很精細且相位連續的信號，也可以通過改變相位字改變信號的相位，因此也廣泛用于數字通信領域。 本論文是利用FPGA完成一個DDS系統。DDS是把一系列數字量形式的信號通過D/A轉換形成模擬量形式的信號的合成技術。主要是利用高速存儲器作查尋表，然后通過高速D/A轉換器產生已經用數字形式存入的正弦波(或其他任意波形)。一個典型的DDS系統應包括：相位累加器，可在時鐘的控制下完成相位的累加(一般由ROM實現)；DA轉換電路，將數字形式的幅度碼轉換成模擬信號。 本文根據設計指標，進行了DDS系統分析和設計，包括DDS系統框圖的設計，相位控制字和頻率控字的設計，以及軟件和硬件設計，重點在于利用FPGA改進設計，包括控制系統(頻率控制器和初始相位控制器)，尋址系統(相位累加器和數據存儲器)，以及轉換系統(D/A轉換器和濾波器)的設計。介紹了利用現場可編程邏輯門陣列(FPGA)實現數控振蕩器(DNO，即DDS)的原理、電路結構，重點介紹了DDS技術在FPGA中的實現方法，給出了采用ALTERA公司的FIEX1OK系列FPGA芯片EPF10K20TC144-4芯片進行直接數字頻率合成的VHDL源程序。
上傳時間： 2013-04-24
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頻率合成技術廣泛應用于通信、航空航天、儀器儀表等領域，目前，常用的頻率合成技術有直接頻率合成、鎖相頻率合成和直接數字頻率合成(DDS)等。其中DDS是一種新的頻率合成方法，是頻率合成的一次革命。全數字化的DDS技術由于具有頻率分辨率高、頻率切換速度快、相位噪聲低和頻率穩定度高等優點而成為現代頻率合成技術中的佼佼者。隨著數字集成電路、微電子技術和EDA技術的深入研究，DDS技術得到了飛速的發展。 DDS是把一系列數字量化形式的信號通過D/A轉換形成模擬量形式的信號的合成技術。主要是利用高速存儲器作查尋表，然后通過高速D/A轉換產生已經用數字形式存入的正弦波(或其它任意波形)。一個典型的DDS系統應包括以下三個部分：相位累加器可以時鐘的控制下完成相位的累加；相位一幅度碼轉換電路一般由ROM實現；D/A轉換電路，將數字形式的幅度碼轉換成模擬信號。 現場可編程門陣列(FPGA)設計靈活、速度快，在數字專用集成電路的設計中得到了廣泛的應用。本論文主要討論了如何利用FPGA來實現一個DDS系統，該DDS系統的硬件結構是以FPGA為核心實現的，使用Altera公司的Cyclone系列FPGA。 文章首先介紹了頻率合成器的發展，闡述了基于FPGA實現DDS技術的意義；然后介紹了DDS的基本理論；接著介紹了FPGA的基礎知識如結構特點、開發流程、使用工具等；隨后介紹了利用FPGA實現直接數字頻率合成(DDS)的原理、電路結構、優化方法等。重點介紹DDS技術在FPGA中的實現方法，給出了部分VHDL源程序。采用該方法設計的DDS系統可以很容易地嵌入到其他系統中而不用外接專用DDS芯片，具有高性能、高性價比，電路結構簡單等特點；接著對輸出信號頻譜進行了分析，特別是對信號的相位截斷誤差和幅度量化誤差進行了詳細的討論，由此得出了改善系統性能的幾種方法；最后給出硬件實物照片和測試結果，并對此作了一定的分析。
上傳時間： 2013-04-24
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Integrating A/D converters have two characteristics incommon. First, as the name implies, their
上傳時間： 2013-04-24
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隨著圖像處理技術和投影技術的不斷發展，人們對高沉浸感的虛擬現實場景提出了更高的要求，這種虛擬顯示的場景往往由多通道的投影儀器同時在屏幕上投影出多幅高清晰的圖像，再把這些單獨的圖像拼接在一起組成一幅大場景的圖像。而為了給人以逼真的效果，投影的屏幕往往被設計為柱面屏幕，甚至是球面屏幕。當圖像投影在柱面屏幕的時候就會發生幾何形狀的變化，而避免這種幾何變形的就是圖像拼接過程中的幾何校正和邊緣融合技術。 一個大場景可視化系統由投影機、投影屏幕、圖像融合機等主要模塊組成。在虛擬現實應用系統中，要實現高臨感的多屏幕無縫拼接以及曲面組合顯示，顯示系統還需要運用幾何數字變形及邊緣融合等圖像處理技術，實現諸如在平面、柱面、球面等投影顯示面上顯示圖像。而關鍵設備在于圖像融合機，它實時采集圖形服務器，或者PC的圖像信號，通過圖像處理模塊對圖像信息進行幾何校正和邊緣融合，在處理完成后再送到顯示設備。 本課題提出了一種基于FPGA技術的圖像處理系統。該系統實現圖像數據的AiD采集、圖像數據在SRAM以及SDRAM中的存取、圖像在FPGA內部的DSP運算以及圖像數據的D/A輸出。系統設計的核心部分在于系統的控制以及數字信號的處理。本課題采用XilinxVirtex4系列FPGA作為主處理芯片，并利用VerilogHDL硬件描述語言在FPGA內部設計了A/D模塊、D/A模塊、SRAM、SDRAM以及ARM處理器的控制器邏輯。 本課題在FPGA圖像處理系統中設計了一個ARM處理器模塊，用于上電時對系統在圖像變化處理時所需參數進行傳遞，并能實時從上位機更新參數。該設計在提高了系統性能的同時也便于系統擴展。 本文首先介紹了圖像處理過程中的幾何變化和圖像融合的算法，接著提出了系統的設計方案及模塊劃分，然后圍繞FPGA的設計介紹了SDRAM控制器的設計方法，最后介紹了ARM處理器的接口及外圍電路的設計。
上傳時間： 2013-04-24
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在傳統的電力電子電路中，DC/DC變換器通常采用模擬電路實現電壓或電流的控制。數字控制與模擬控制相比，有著顯著的優點，數字控制可以實現復雜的控制策略，同時大大提高系統的可靠性和靈活性，并易于實現系統的智能化。但目前數字控制基本上限于電力傳動領域，DC/DC變換器由于其開關頻率較高，一般其外圍功能由DSP或微處理器完成，而控制的核心，如PWM發生等大多采用專用控制芯片實現。FPGA由于其快速性、靈活性及保密性等優點，近年來在數字控制領域受到越來越多的關注。基于FPGA的DC/DC變換器是電力電子領域重要的研究方向之一。本文研究了同步Buck變換器的建模、設計及仿真，采用Xinlix的VIRTEX-Ⅱ PRO FPGA開發板實現了Buck變換器的全數字控制。 論文首先從Buck變換器的理論分析入手，根據它的物理特性，研究了該變換器的狀態空間平均模型和小信號分析。為了獲得高性能的開關電源，提出并分析了混雜模型設計方案，然后進行了控制器設計。并采用MATLAB/SIMULINK建立了同步Buck電路的仿真模型，并進行仿真研究。浮點仿真的運算精度與溢出問題，影響了仿真的精度。為了克服這些不足，作者采用了定點仿真方法，得到了滿意的仿真結果。論文還著重論述了開關電源的數字控制器部分，數字控制器一般由三個主要功能模塊組成：模數轉換器、數字脈寬調制器(Digital PulseWidth Modulation：DPWM)和數字補償器。文中重點研究了DPWM和數字補償器，闡述了目前高頻數字控制變換器中存在的主要問題，特別是高頻狀態下DPWM分辨率較低，影響控制精度，甚至引起極限環(Limit Cycling)現象，對DPWM分辨率的提高與系統硬件工作頻率之間的矛盾、DPWM分辨率與A/D分辨率之間的關系等問題作了全面深入的分析。論文提出了一種新的提高DPWM分辨率的方法，該方法在不提高系統硬件頻率的前提下，采用軟件使DPWM的分辨率大大提高。作者還設計了兩種數字補償器，并進行了分析比較，選擇了合適的補償算法，達到了改善系統性能的目的。 設計完成后，作者使用ISE 9.1i軟件進行了FPGA實現的前、后仿真，驗證了所提出理論及控制算法的正確性。作者完成了Buck電路的硬件制作及基于FPGA的軟件設計，采用32MHz的硬件晶振實現了11-bit的DPWM分辨率，開關頻率達到1MHz，得到了滿意的系統性能，論文最后給出了仿真和實驗結果。
上傳時間： 2013-07-23
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在雷達信號偵察中運用寬帶數字接收技術是電子偵察的一個重要發展方向。數字信號處理由于其精度高、靈活性強、以及易于集成等特點而應用廣泛。電子系統數字化的最大障礙是寬帶高速A/D變換器的高速數據流與通用DSP處理能力的不匹配。而FPGA的廣泛應用，為解決上述矛盾提供了一種有效的方法。 本文利用FPGA技術，設計了具備高速信號處理能力的寬帶數字接收機平臺，并提出了數字接收機實現的可行性方法，以及對這些方法的驗證。具體來說就是如何利用單片的FPGA實現對雷達信號并行地實時檢測和參數估計。所做工作主要分為兩大部分： 1、適合于FPGA硬件實現的算法的確定及仿真：對A/D采樣信號采用自相關累加算法進行信號檢測，利用信號的相關性和噪聲的獨立性提高信噪比，通過給出檢測門限來估計信號的起止點。對于常規信號的頻率估計，采用Rife算法。通過Matlab仿真，表明上述算法在運算量和精度方面均有良好性能，適合用作FPGA硬件實現。 2、算法的FPGA硬件實現：針對原算法中極大消耗運算量的相關運算，考慮到FPGA并行處理的特點，將原算法修改為并行相關算法，并加入流水線，這樣處理極大地提高了系統的數據吞吐率。采用Xilinx公司的Virtex-4系列中的XC4VSX55芯片作為開發平臺完成設計，系統測試結果表明，本設計能正常工作，滿足系統設計要求。 文章的最后，結合系統設計給出幾種VHDL優化方法，主要圍繞系統的速度、結構和面積等問題展開討論。
上傳時間： 2013-06-25
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LED顯示屏作為一項高新科技產品正引起人們的高度重視，它以其動態范圍廣，亮度高，壽命長，工作性能穩定而日漸成為顯示媒體中的佼佼者，現已廣泛應用于廣告、證券、交通、信息發布等各方面，且隨著全彩屏顯示技術的日益完善，LED顯示屏有著廣闊的市場前景。 本文主要研究的對象為全彩色LED同步顯示屏控制系統，提出了一個系統實現方案，整個系統分三部分組成：DVI解碼電路、發送系統以及接收系統。DVI解碼模塊用于從顯卡的DVI口獲取視頻源數據，經過T.D.M.S.解碼恢復出可供LED屏顯示的紅、綠、藍共24位像素數據和一些控制信號。發送系統用于將收到的數據流進行緩存，經處理后發送至以太網芯片進行以太網傳輸。接收系統接收以太網上傳來的視頻數據流，經過位分離操作后存入SRAM進行緩存，再串行輸入至LED顯示屏進行掃描顯示。然后，從多方面論述了該方案的可行性，仔細推導了LED顯示屏各技術參數之間的聯系及約束關系。 本課題采用可編程邏輯器件來完成系統功能，可編程邏輯器件具有高集成度、高速度、在線可編程等特點，不僅可以滿足高速圖像數據處理對速度的要求，而且增加了設計的靈活性，不需修改電路硬件設計，縮短了設計周期，還可以進行在線升級。
上傳時間： 2013-06-22
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《計算機組成原理》是計算機系的一門核心課程。但是它涉及的知識面非常廣，內容包括中央處理器、指令系統、存儲系統、總線和輸入輸出系統等方面，學生在學習該課程時，普遍覺得內容抽象難于理解。但借助于該計算機組成原理實驗系統，學生通過實驗環節，可以進一步融會貫通學習內容，掌握計算機各模塊的工作原理，相互關系的來龍去脈。 為了增強實驗系統的功能，提高系統的靈活性，降低實驗成本，我們采用FPGA芯片技術來徹底更新現有的計算器組成原理實驗平臺。該技術可根據用戶要求為芯片加載由VHDL語言所編寫出的不同的硬件邏輯，FPGA芯片具有重復編程能力，使得系統內硬件的功能可以像軟件一樣被編程，這種稱為“軟”硬件的全新系統設計概念，使實驗系統具有極強的靈活性和適應性。它不僅使該系統性能的改進和擴充變得十分簡易和方便，而且使學生自己設計不同的實驗變為可能。計算機組成原理實驗的最終目的是讓學生能夠設計CPU，但首先，學生必須知道CPU的各個功能部件是如何工作，以及相互之間是如何配合構成CPU的。因此，我們必須先設計出一個教學用的以FPGA芯片為核心的硬件平臺，然后在此基礎上開發出VHDL部件庫及主要邏輯功能，并設計出一套實驗。 本文重點研究了基于FPGA芯片的VHDL硬件系統，由于VHDL的高標準化和硬件描述能力，現代CPU的主要功能如計算，存儲，I/O操作等均可由VHDL來實現。同時設計實驗內容，包括時序電路的組成及控制原理實驗、八位運算器的組成及復合運算實驗、存儲器實驗、數據通路實驗、浮點運算器實驗、多流水線處理器實驗等，這些實驗形成一個相互關聯的系統。每個實驗先由教師講解原理及原理圖，學生根據教師提供的原理圖，自己用MAX+PLUSII完成電路輸入，學生實驗實際上是編寫VHDL，不需要寫得很復雜，只要能調用接口，然后將程序燒入平臺，這樣既不會讓學生花太多的時間在畫電路圖上，又能讓學生更好的理解每個部件的工作原理和工作過程。 論文首先研究分析了FPGA硬件實驗平臺，即實驗系統的硬件組成。系統采用FPGA-XC4010EPC84，62256CPLD以及其他外圍芯片(例如74LS244，74LS275)組成。根據不同的實驗要求，規劃不同實驗控制邏輯。用戶可選擇不同的實驗邏輯，通過把實驗邏輯下載到FPGA芯片中構成自己的實驗平臺。 其次，論文詳細的闡述了VHDL模塊化設計，如何運用VHDL技術來依次實現CPU的各個功能部件。VHDL語言作為一種國際標準化的硬件描述語言，自1987年獲得IEEE批準以來，經過了1993年和2001年兩次修改，至今已被眾多的國際知名電子設計自動化(EDA)工具研發商所采用，并隨同EDA設計工具一起廣泛地進入了數字系統設計與研發領域，目前已成為電子業界普遍接受的一種硬件設計技術。再次，論文針對實驗平臺中遇到的較為棘手的多流水線等問題，也進行了深入的闡述和剖析。學生需要什么樣的實驗條件，實驗內容及步驟才能了解當今CPU所采用的核心技術，才能掌握CPU的設計，運行原理。另外，本論文的背景是需要學生熟悉基本的VHDL知識或技能，因為實驗是在編寫VHDL代碼的前提下完成的。 本文在基于實驗室的環境下，基本上較為完整的實現了一個基于FPGA的實驗平臺方案。在此基礎上，進行了部分功能的測試和部分性能方面的分析。本論文的研究，為FPGA在實際系統中的應用提供研究思路和參考方案。論文的研究結果將對FPGA與VHDL標準的進一步發展具有重要的理論和現實意義。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著計算機科學和視頻技術的廣泛發展,數字圖像采集在電子通信與信息處理領域得到了廣泛的應用,例如廣播電視的數字化、網絡視頻、監視監控系統等. 視頻圖像采集卡作為計算機視頻應用的前端設備,承擔著模擬視頻信號向數字視頻信號轉換的任務,在多媒體時代占據著重要的位置.設計一種功能靈活,使用方便,便于嵌入到系統中的視頻信號采集電路具有重要的實用意義. 本文首先介紹數字圖像采集系統的發展現狀和前景,提出了本次設計的目標: 完成基于PCI總線的高分辨率圖像采集卡設計.然后簡單介紹了本次設計用到的基本理論:數據采集理論,特別說明了采樣和量化的定義與區別,以及量化的幾種方式和量化與AD技術之間的關系. 圖像采集系統的基本構成,是以數字信號處理器為核心,控制外圍的A/D、D/A轉換器和外圍存儲器.本文對比了當下流行的DSP芯片和IFPGA芯片作為數字處理核心的優缺點,并根據系統實際需要,選用FPGA作為數字信號處理器.然后列舉了幾款常用A/D視頻芯片,還介紹了SDRAM控制的基本流程,最后提出了系統的整體設計方案. 圖像采集卡的硬件設計分為A/D前端模擬通道設計和FPGA數字信號傳輸及外圍電路設計.本文重點介紹了A/D芯片外圍電路連接和使用方法,對PCI總線和它的控制電路也做了詳細闡述.對圖像采集卡的PCB布局布線也有詳細說明. 圖像采集卡FPGA內部程序構成也是本文的一個重點.本次的程序設計主要分為數據采集模塊,即與A/D接口模塊,數據暫存模塊,即SDRAM讀寫控制模塊,數據處理模塊和數據傳輸模塊,即PCI控制模塊.重點在于對的SDRAM的連續讀寫控制和各個模塊間的協調工作.說明了.A/D采集數據從接收到存儲詳細過程,以及對SDRAM讀寫狀態機和PCI總線的操控. 最后介紹了硬件調試和FPGA程序驗證結果.詳細說明了以Modelsim為平臺的前端功能仿真和后端時序仿真,以及以SignalTapⅡ為平臺,程序下載到FPGA中進行的實時驗證.結果表明整個圖像采集系統基本達到了系統設計中所給出的性能指標,證明了整個系統設計的正確性和合理性.
上傳時間： 2013-04-24
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數字存儲示波器（DSO）上世紀八十年代開始出現，由于當時它的帶寬和分辨率較低，實時性較差，沒有具備模擬示波器的某些特點，因此并沒有受到人們的重視。隨著數字電路、大規模集成電路及微處理器技術的發展，尤其是高速模/數（A/D）轉換器及半導體存儲器（RAM）的發展，數字存儲示波器的采樣速率和實時性能得到了很大的提高，在工程測量中，越來越多的工程師用DSO來替代模擬示波器。 本文介紹了一款雙通道采樣速率達1GHz，分辨率為8Bits，實時帶寬為200MHz數字存儲示波器的研制。通過對具體功能和技術指標的分析，提出了FPGA＋ARM架構的技術方案。然后，本文分模塊詳細敘述了整機系統中部分模塊，包括前端高速A/D轉換器和FPGA的硬件模塊設計，數據處理模塊軟件的設計，以及DSO的GPIB擴展接口邏輯模塊的設計。 本文在分析了傳統DSO架構的基礎上，提出了本系統的設計思想和實現方案。在高速A/D選擇上，國家半導體公司2005年推出的雙通道采樣速率達500MHz高速A/D轉換器芯片ADC08D500，利用其雙邊沿采樣模式（DES）實現對單通道1GHz的采樣速率，并且用Xilinx公司Spraten-3E系列FPGA作為數據緩沖單元和存儲單元，提高了系統的集成度和穩定性。其中，FPGA緩沖單元完成對不同時基情況下多通道數據的抽取，處理單元完成對數據正弦內插的計算，而DSO中其余數據處理功能包括數字濾波和FFT設計在后端的ARM內完成。DSO中常用的GPIB接口放在FPGA內集成，不僅充分利用了FPGA內豐富的邏輯資源，而且降低了整機成本，也減少了電路規模。 最后，利用ChipscopePro工具對采樣系統進行調試，并分析了數據中的壞數據產生的原因，提出了解決方案, 并給出了FPGA接收高速A/D的正確數據。
上傳時間： 2013-07-07
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