現場可編程門陣列(FPGA)是近年來迅速發展起來的新型可編程器件。隨著它的不斷應用和發展，也使電子設計的規模和集成度不斷提高。同時也帶來了電子系統設計方法和設計思想的不斷推陳出新。 隨著數字電子技術的發展，數字信號處理的理論和技術廣泛的應用于通訊、語音處理、計算機和多媒體等領域。快速傅里葉變換(FFT)作為數字信號處理的核心技術之一，是離散傅里葉變換的運算時間縮短了幾個數量級。FFT已經成為現代信號處理的重要理論之一。 該文的目的就是研究如何應用FPGA實現FFT算法，研制具有自己知識產權的FFT信號處理器具有重要的理論意義和實用意義。 設計采用基4算法設計了一個具有實用價值的FFT實時硬件處理器。其中使用了改進的CORDIC流水線結構設計了FFT的蝶型運算單元，將硬件不易于實現、運算緩慢的乘法單元轉換成硬件易于實現、運算快捷的加法單元。并根據基4算法的尋址特點設計了簡單快速的地址發生器。整體采用流水線的工作方式，并將雙端口RAM、只讀ROM全部內置在FPGA芯片內部，使整個系統的數據交換和處理速度得以提高。 整個設計利用ALTERA公司提供的QUARTUSⅡ4.0開發軟件，采用先進的層次化設計思想，使用一片FPGA芯片完成了整個FFT處理器的電路設計。整體設計經過時序仿真和硬件仿真，運行速度達到100MHz以上。
上傳時間： 2013-07-01
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從制成世界上第一臺激光器開始，激光優異的單色性、方向性和高亮度特點引起了各界的關注。激光測距技術是目前應用較為廣泛的一種激光技術，它與一般測距方法相比，具有操作方便，精度高和晝夜可用的優點。目前激光測距技術分成脈沖式和連續式兩種類型，連續式測距系統隨著近年來激光技術的發展逐漸引起人們的關注，在民用領域，尤其是在一些對數據的實時性要求不很高的系統中得到普遍應用。 小型化、智能化、高精度、對人眼安全是激光測距的發展方向，但是目前的測距儀普遍存在元器件較多、功耗相對較高、靈活性不夠、適應能力不強、抗干擾能力不強等缺點，不利于整機的一體化和小型化設計。 基于上述局限性，本文提出一種新的思想，將數字信號處理技術應用到連續式相位激光測距技術中，具體是利用DDS(直接數字頻率合成)技術產生用于調制激光器的正弦信號，利用FPGA與DSP技術實現高速數字化處理。該方法不僅克服了上面所述的缺點，而且還具有以下的優點：可以通過軟件的方法改變調制頻率，大大簡化了測相電路，提高了使用的方便性：解決了激光連續測距中頻率輸出不穩定和相位抖動的問題，使測距儀的穩定性更高；采用DSP處理芯片對信號進行處理，處理速度更快，提高了實時性；采用FFT技術測相，不僅精度高，而且隨著微電子技術的不斷發展，精度還有上升的空間。 本文從理論和實驗上驗證了該測距方案的可行性。在采用實時取樣補償技術的情況下，該測距方案的測距精度可達到毫米量級，該測距方案設計新穎，系統受環境因素影響較小，可在惡劣環境下進行短距離(一般小于15米)的測量。實驗結果表明，該設計方案基本上達到預期的指標要求。
上傳時間： 2013-06-08
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本文在深入研究MIL-STD-1553B總線傳輸協議以及國外協議芯片設計方法的基礎上，結合目前較流行的EDA技術，基于Xilinx公司Virtex-II系列FPGA完成了1553B總線接口協議設計實現，并自行設計實驗板將所做的設計進行了驗證。論文從專用芯片實現的具體功能出發，結合自頂向下的設計思想，給出基于FPGA的總線接口協議設計的總體方案，并根據功能的需求完成了模塊化設計。文章重點介紹基于FPGA的總線控制器(BC)、遠程終端(RT)、總線監視器(MT)三種類型終端設計，詳細給出其設計邏輯框圖、引腳說明及關鍵模塊的仿真結果，最終通過工作方式選擇信號以及其它控制信號將三種終端結合起來以達到通用接口的功能。本設計使用硬件描述語言(VHDL)進行描述，在此基礎上使用Xilinx專用開發工具對設計進行綜合、布局布線等，最終下載到FPGA芯片XC2V2000中進行實現。 文章最后通過自行搭建的硬件平臺對所做的設計進行詳細的測試驗證，選擇ADSP21161作為主處理器，對。FPGA芯片進行初始化配置以及數據的輸入輸出控制，同時利用示波器觀測FPGA的輸出，完成系統的硬件測試。測試結果表明本文的設計方案是合理、可行的。
上傳時間： 2013-08-03
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當前，片上系統(SOC)已成為系統實現的主流技術。流片風險與費用增加、上市時間壓力加大、產品功能愈加復雜等因素使得SOC產業逐漸劃分為IP提供者、SOC設計服務者和芯片集成者三個層次。SOC設計已走向基于IP集成的平臺設計階段，經過嚴格驗證質量可靠的IP核成為SOC產業中的重要一環。 GPIB控制器芯片是組建自動測試系統的核心，在測試領域應用廣泛。本人通過查閱大量的技術資料，分析了集成電路在國內外發展的最新動態，提出了基于FPGA的自主知識產權的GPIB控制器IP核的設計和實現。 本文首先討論了基于FPGA的GPIB控制器的背景意義，接著對FPGA開發所具備的基本知識作了簡要介紹。文中對GPIB總線進行了簡單的描述，根據芯片設計的主要思想，重點在于論述怎樣用FPGA來實現IEEE-488.2協議，并詳細闡述了GPIB控制器的十種接口功能及其狀態機的IP核實現。同時，對數據通路也進行了較為細致的說明。在設計的時候采用基于模塊化設計思想，用VerilogHDL語言完成各模塊功能描述，通過Synplifv軟件的綜合，用Modelsim對設計進行了前、后仿真。最后利用生成的模塊符號采取類似畫電路圖的方法完成整個系統芯片的lP軟核設計，并用EDA工具下載到了FPGA上。 為了更好地驗證設計思想，借助EDA工具對GPIB控制器的工作狀態進行了軟件仿真，給出仿真結果，仿真波形驗證了GPIB控制器的工作符合預想。最后，本文對基于FPGA的GPIB控制器的IP核設計過程進行了總結，展望了當前GPIB控制器設計的發展趨勢，指出了開展進一步研究需要做的工作。
上傳時間： 2013-04-24
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基于彩色路徑識別的視覺導航方法是當前自動導航小車領域的研究熱點和方向。視覺導航是指根據地面路徑和被控對象之間的位置偏差控制其運行的方向，因此，地面彩色路徑圖像的攝取及其識別處理就成為視覺導航系統中的基礎和關鍵。在當前的視覺導航系統設計中，圖像處理的硬件平臺都是基于通用微處理器，嵌入式微處理器或者DSP進行設計的。這些處理器一個共同的特點就是數據串行處理，而圖像處理過程涉及大量的并行處理操作，因此傳統的串行處理方式滿足不了圖像處理的實時性要求。 鑒于微處理器這方面的不足，作者提出一種使用FPGA實現圖像識別的并行處理方案，并據此設計一個智能圖像傳感器。該傳感器采用先進的FPGA技術，將圖像采集及其顯示，路徑的識別處理以及通信控制等模塊集成在一個芯片上，形成一個片上系統(SOC)。其主要功能是對所采集的彩色路徑圖像進行識別處理，獲得彩色路徑的坐標及其方向角，并將處理結果發送給上位機，為自動導航提供控制依據。 本文將彩色路徑的識別處理過程劃分為三個階段，第一階段為顏色聚類識別，以獲得二值路徑圖像，第二階段為數學形態學運算，用于對第一階段中獲得的二值圖像進行去斑處理，第三階段為路徑中心線的定位及其方向角的測量。圖像傳感器與上位機的通信采用異步串行方式，由于上位機需要控制該傳感器執行多種任務，作者定義一種基于異步串行通信的應用層協議，用于上位機對傳感器的控制。在圖像的顯示中，為了彌補圖像采集的速率和VGA顯示速率的不匹配，作者提出一種基于單端口存儲器的圖像幀緩沖機制，通過VGA接口將采集的圖像實時地顯示出來。 根據上述思想，作者完成了系統的硬件電路設計，并對整個系統進行了現場調試。調試結果表明，傳感器系統的各個模塊都能正常工作，FPGA中的數字邏輯電路能夠實時地將路徑從圖像中準確地識別出來，.充分體現了FPGA對路徑圖像的高速處理優勢，達到了設計預期目標，在一定程度上豐富了路徑圖像識別處理的技術和方法。
上傳時間： 2013-04-24
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現場可編程門陣列(FPGA)是一種現場可編程專用集成電路，它將門陣列的通用結構與現場可編程的特性結合于一體，如今，FPGA系列器件已成為最受歡迎的器件之一。隨著FPGA器件的廣泛應用，它在數字系統中的作用日益變得重要，它所要求的準確性也變得更高。因此，對FPGA器件的故障測試和故障診斷方法進行更全面的研究具有重要意義。隨著FPGA器件的迅速發展，FPGA的密度和復雜程度也越來越高，使大量的故障難以使用傳統方法進行測試，所以人們把視線轉向了可測性設計(DFT)問題。可測性設計的提出為解決測試問題開辟了新的有效途徑，而邊界掃描測試方法是其中一個重要的技術。 本文對FPGA的故障模型及其測試技術和邊界掃描測試的相關理論與方法進行了詳細的探討，給出了利用布爾矩陣理論建立的邊界掃描測試過程的數學描述和數學模型。論文中首先討論邊界掃描測試中的測試優化問題，總結解決兩類優化問題的現有算法，分別對它們的優缺點進行了對比，進而提出對兩種現有算法的改進思想，并且比較了改進前后優化算法的性能。另外，本文還對FPGA連線資源中基于邊界掃描測試技術的自適應完備診斷算法進行了深入研究。在研究過程中，本文基于自適應完備診斷的思想對原有自適應診斷算法的性能進行了分析，并將獨立測試集和測試矩陣的概念引入原有自適應診斷算法中，使改進后的優化算法能夠簡化原算法的實現過程，并實現完備診斷的目標。最后利用測試仿真模型證明了優化算法能夠更有效地實現完備診斷的目標，在緊湊性指標與測試復雜性方面比現在算法均有所改進，實現了算法的優化。
上傳時間： 2013-06-30
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隨著科技的發展，電子電路的設計正逐漸擺脫傳統的設計模式。可編程邏輯器件及硬件描述語言的出現與發展從根本上改變了數字系統設計與實現的技術與方法，越來越多的數字信號處理系統采用可編程邏輯器件來實現。 數字濾波技術作為數字信號處理的基本分支之一，在各種數字信號處理中起著重要作用，被廣泛應用于很多領域。其中有限長沖激響應（FIR）濾波器，只有零點、系統穩定、運算速度快、具有線性相位的特性，設計靈活，在工程實際中獲得廣泛應用。 本文以數字濾波器的基本理論為依據，通過對現場可編程門陣列（FPGA）內部結構的研究，結合軟件工程學中結構化設計思想和硬件描述語言的特點，以9階FIR低通數字濾波器為例，采用Altera公司的EPIK30TC144-3器件完成了FIR數字濾波器的軟硬件設計。我們在設計中采用了層次化、模塊化的設計思想，將整個濾波器劃分為多個功能模塊，利用VHDL語言進行了各個功能模塊的設計。 為了使設計的過程和結果更為直觀，文中詳細介紹了核心及外圍硬件電路的設計過程，最終達到了基于FPGA硬件實現參數化FIR數字濾波器的目的。實驗測試表明，本論文所設計的基于FPGA的9階FIR低通數字濾波器基本達到了設計指標。依照此方法，只要修改參數，升級相關硬件，便可以更改濾波器性能，實現高通、帶通FIR數字濾波器，說明本設計具有普遍指導意義。
上傳時間： 2013-05-24
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在傳統的數字傳輸系統中，糾錯編碼與調制是各自獨立設計并實現的，譯碼與解調也是如此。80年代初，Ungerboeck根據調制解調與糾錯編碼的特點，提出了一種新的思想，稱作網格編碼調制，記為TCM。它是將調制解調與糾錯編碼當成一個整體來設計。它的中心思想是：采用編碼方法將信號空間做最佳分割，使已調信號矢量端點間有最大的距離。這樣就可以在相同發射功率、相同有效性的條件下提高信息傳輸的可靠性，特別適用于頻帶受限和功率受限信道。它在衛星通信和移動通信中的應用又使它成為研究熱點。 本文介紹了TCM編碼調制的基本原理，在此基礎上提出了一種新的TCM編碼的方法；介紹了卷積碼Viterbi譯碼的基本原理和步驟，在此基礎上分析了TCM的Viterbi譯碼的特點；研究了TCM在高斯白噪聲條件下的誤碼性能及其編碼增益，并在MATLAB上仿真來進行驗證；介紹了數字邏輯設計的基本方法和流程，在此基礎上介紹了基于FPGA的TCM系統的各個模塊。
上傳時間： 2013-07-26
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本文完成了一種高速高性能數字脈沖壓縮處理器的設計和FPGA實現，包括系統架構設計、方案論證及仿真、算法實現、結果的測試等。 緒論部分首先闡明了本課題研究的背景和意義，概述了雷達數字脈沖壓縮系統的主要研究內容，關鍵技術及其發展趨勢，然后介紹了數字脈沖壓縮系統設計與實現的要求，最后給出了本文的主要研究內容。 第二章敘述了線性調頻信號脈沖壓縮的基本原理，對系統設計的實現方法進行了實時性方面的論證，并基于MATLAB做了仿真分析。 第三章從數字系統結構化設計方面將本系統劃分為三個部分：輸入部分、脈壓計算部分、輸出部分，并在流程圖中對各部分所要實現的功能做了介紹。 第四章首先總結了數字脈沖壓縮的實現途徑；提出了基于自定制浮點數據格式和分時復用蝶型結構的數字脈沖壓縮系統設計思想，對其關鍵技術進行了深入的研究。 第五章對輸入輸出模塊的功能做了詳細的描述，設計了具體的結構和電路。 第六章針對系統的測試驗證，提出面向SOC的模塊驗證和系統軟硬協同驗證的驗證策略。通過Link for Modelsim工具，實現MATAB與Modelsim之間對VHDL代碼的聯合仿真測試，通過在線邏輯分析工具ChipScope，完成系統的片上測試，并分析系統的性能，證明系統的可實用性。滿足設計的要求。 本文研制的數字脈沖壓縮處理器具有動態范圍大、處理精度高、處理能力強、體積小、重量輕、實時性好的優點，為設計高性能的現代雷達信號處理系統提供了可靠的保證。
上傳時間： 2013-07-01
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PROFIBUS現場總線技術是當今控制領域的一個熱點。目前國內對于PROFIBUS-DP的應用和研究主要以西門子等國外大公司的成套設備為主，用單片機+固態程序的方法做PROFIBUS-DP接口控制器的技術比較成熟，而自主開發PROFIBUS-DP通用接口的研究卻比較少。針對這一現狀，本論文采用FPGA做控制器，提出了基于FPGA技術的從站接口通信模塊的設計方案，使具有RS-232接口的從站可以通過該接口通信模塊與PROFIBUS-DP主站進行通訊連接。 論文首先對PROFIBUS現場總線技術進行概述，主要從現場總線的技術特點、協議結構、傳輸技術、存取協議等方面進行介紹。對PROFIBUS-DP系統組成和配置、工作方式及數據傳遞、DP的功能和從站狀態機制等進行研究和分析。然后詳細論述了基于PROFIBUS-DP的通信接口的硬件及軟件實現。 在硬件設計中，本文從PROFIBUS協議芯片SPC3實現的具體功能出發，結合EDA(Electronic Design Amomation)設計自項向下的設計思想，給出了總線接口的總體設計方案。同時給出其設計邏輯框圖、算法流程圖、引腳說明以及部分模塊的仿真結果。并充分考慮了硬件的通用性及將來的擴展。 本設計使用VHDL描述，在此基礎之上采用專門的綜合軟件對設計進行了綜合優化，最后在FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片EP1C6上得以實現。在軟件設計中，詳細介紹了通信接口的軟件設計實現，包括狀態機的實現、各種通信報文的實現、GSD文件的編寫等。 再通過Siemens公司的CP5611網絡接口卡和PC機做主站，使用COMPROFIBUS組態軟件，組建系統進行通訊測試，得到良好結果。
標簽： PROFIBUSDP FPGA 接口
上傳時間： 2013-05-25
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