隨著圖像處理技術的不斷發展，圖像處理技術在國民經濟和社會生活的各個方面都得到了廣泛的運用。與此同時，人們對圖像處理的要求也越來越高。傳統的數字圖像處理器件主要有專用集成芯片（Application Specific Integrated Circuit）和數字信號處理器（Digital Signal Process）。進入20世紀以來，伴隨著半導體技術的發展，現場可編程門陣列FPGA以其應用靈活、集成度高、功能強大、設計周期短、開發成本低的特點，越來越多地被應用在圖像處理領域。大量實踐證明，FPGA的并行處理能力與流水線作業能顯著地提高圖像處理的速度，因此基于FPGA的圖像處理系統有著廣闊的發展前景。 本文研究的是一個在嵌入式視頻監控系統下的圖像預處理子系統。首先實現了一個通用可重復配置的圖像處理算法研究硬件平臺，完成圖像的采集、接收、處理、存儲、輸出等功能。由于FPGA本身具有完全的可重復配置性，所以該架構的硬件平臺可以很方便的升級和重復配置。其次在該平臺上，本文使用Verilog HDL硬件語言在FPGA芯片上實現了多種圖像預處理算法。在實現過程中，為了充分發揮FPGA在并行處理方面的強大功能，本文對算法做了一定的改進，使其盡量能使用并行處理的方式來完成。實驗結果表明，本圖像預處理系統能在毫秒級高速地完成多種圖像算法，完全能夠滿足視頻監控系統50幀/秒的輸出要求。 最后根據視頻監控系統在實際運用中出現的噪聲類型多樣化的情況，我們設計了一種基于反饋理論的圖像處理效果控制模塊。該模塊能通過對處理后圖像峰值信噪比（PSNR）的分析，控制FPGA對下一幅圖像的噪聲采用更有針對性的圖像處理方法。
上傳時間： 2013-05-20
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隨著無線通信技術的不斷發展和社會需求的日益增長，對通信系統的傳輸質量和容量的要求也越來越大。現代通信系統為了追求更高的數據速率和頻譜效率，更趨向于采用非恒定包絡的調制方式，而非恒定包絡調制方式對功率放大器的非線性非常敏感，加上現代通信系統對功率放大器的效率提出了更高的要求，以及功率放大器本身有限的線性度，這就使功率放大器線性化技術成為無線通信系統的關鍵技術之一。 本文對功率放大器的線性化技術進行了系統的研究。首先，介紹功率放大器的非線性特性、記憶效應產生原理和常見的各種線性化技術，重點研究了目前流行的自適應數字預失真技術原理。其次，介紹了功率放大器的無記憶模型和有記憶模型，以及兩種實用的預失真實現方法--查表法和多項式法，在此基礎上重點研究了基于QRD_RLS自適應算法的記憶多項式法預失真技術，對該算法進行了Matlab仿真分析，為后面的FPGA實現奠定基礎。最后，確定了數字預失真實現的架構，介紹了與QRD_RLS算法實現相關的CORDIC技術、復數Givens旋轉及Systolic陣等原理，詳細闡述了基于CORDIC技術的復數QRD_RLS算法的Systolic實現，從而在FPGA上實現了數字預失真。 在軟件無線電思想的指導下，本文利用System Generator軟件完成了基于QRD_RLS算法的記憶多項式法的數字預失真的FPGA設計，并且在硬件平臺上檢驗了預失真效果。
上傳時間： 2013-04-24
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互聯網、移動通信、星基導航是21世紀信息社會的三大支柱產業，而GPS系統的技術水平和發展歷程代表著全世界衛星導航系統的發展狀況。目前，我國已經成為GPS的使用大國，衛星導航產業鏈也已基本形成。然而，我們對GPS核心技術(即如何捕獲衛星信號并保持對信號的跟蹤)的研究還不夠深入，我國GPS產品的核心部分多數還是靠進口。因此，對GPS核心技術的研究是非常緊迫的。 本文首先介紹了GPS的定位原理，之后闡述了GPS接收機的基本原理一直接擴頻通信和GPS信號的結構與特性。從這些方面出發研究接收機基帶處理器的捕獲與跟蹤設計方案。 設計過程中，先詳細分析了滑動相關的捕獲算法和基于FFT的快速捕獲算法，并利用matlab進行了驗證。由于前者靈活性好且可捕獲到高精度的碼相位和載波頻率，適合于本文的硬件接收機，所以本文確定了滑動相關的捕獲方案。 接著分析了跟蹤環路的特點，跟蹤模塊采用碼跟蹤環和載波跟蹤環耦合的方法實現。由于GPS系統通常工作在非常低的信噪比環境中，而非相干環在低信噪比下環路跟蹤性能較好，所以碼跟蹤環采用非相干(DDLL)環實現。這種跟蹤環路采用的鑒相器是能量鑒相器，對數據的調制和載波相位都不敏感，鑒相器不會產生不確定量。由于輸入信號存在180°相位翻轉，而COSTAS鎖相環允許數據調制，對I支路和Q支路信號的180°相位翻轉不敏感，所以載波跟蹤環采用COSTAS鎖相環實現。上述算法在matlab環境下得到了驗證。 基帶處理器電路的主要模塊在Quartus II8.0開發平臺上利用VHDL硬件描述語言實現。然后利用EDA仿真工具ModelSim-Altera6.1g進行了邏輯仿真。本設計滿足系統功能和性能的要求，可以直接用于實時GPS接收機系統的設計中，為自主設計GPS接收機奠定了基礎。 最后，由于在弱電磁環境下，捕獲失鎖后32PPS信號會丟失。所以設計了一個能授時和守時的算法去得到與GPS時同步的精確授時秒信號。并且實現了這個算法。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著圖像分辨率的越來越高，軟件實現的圖像處理無法滿足實時性的需求；同時FPGA等可編程器件的快速發展使得硬件實現圖像處理變得可行。如今基于FPGA的圖像處理研究成為了國內外的一個熱門領域。 本文在FPGA平臺上，用Verilog HDL實現了一個研究圖像處理算法的可重復配置的硬件模塊架構，架構包括PC機預處理和通信軟件，控制模塊，計算單元，存儲器模塊和通信適配模塊五個部分。其中的計算模塊負責具體算法的實現，根據不同的圖像處理算法可以獨立實現。架構為計算模塊實現了一個可添加、移出接口，不同的算法設計只要符合該接口就可以方便的加入到模塊架構中來進行調試和運行。 在硬件架構的基礎上本文實現了排序濾波，中值濾波，卷積運算及高斯濾波，形態學算子運算等經典的圖像處理算法。討論了FPGA的圖像處理算法的設計方法及優化策略，通過性能分析，FPGA實現圖像處理在時間上比軟件處理有了很大的提高；通過結果的比較，發現FPGA的處理結果達到了軟件處理幾乎同等的效果水平。最后本文在實現較大圖片處理和圖像處理窗口的大小可配置性方面做了一定程度的討論和改進，提高了算法的可用性，同時為進一步的研究提供了更加便利的平臺。 整個設計都是在ISE8.2和ModelSim第三方仿真軟件環境下開發的，在xilinx的Spartan-3E XC3S500E硬件平臺上實現。在軟件仿真過程中利用了ISE8.2自帶仿真工具和ModelSim結合使用。 本課題為制造FPGA的專用圖像處理芯片做了有益的探索性研究，為實現FPGA為核心處理芯片的實時圖像處理系統有著積極的作用。
上傳時間： 2013-07-29
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超聲波電機(Ultrasonic motors，簡稱USM)是一種全新原理的直接驅動電機，它利用壓電陶瓷逆壓電效應激發的超聲振動作為驅動力，通過定轉子間的摩擦力來驅動轉子運動。與傳統的電磁電機相比，它具有低速大轉矩、無電磁干擾、動作響應快、運行無噪聲、無輸入自鎖等卓越特性，在非連續運動領域、精密控制領域比傳統的電磁電機性能優越得多。超聲波電機在工業控制系統、汽車專用電器、精密儀器儀表、辦公自動化設備、智能機器人等領域有廣闊的應用前景，近年來倍受科技界和工業界的重視，成為當前機電控制領域的一個研究熱點。 本文主要以行波型超聲波電機的驅動控制技術為研究對象，引入嵌入式系統理念，設計并制作了超聲波電機的驅動控制系統，并對超聲波電機的速度與定位控制做了深入的研究。本文主要研究內容及成果如下： 介紹了超聲波電機的工作原理、特點及其應用前景，總結了國內外超聲波電機驅動控制技術的發展歷史和研究現狀，以及今后我國超聲波電機驅動控制技術的發展方向，明確了本文的研究內容。 結合嵌入式系統特點及其開發方法，詳細介紹了超聲波電機嵌入式驅動控制系統的硬件和軟件設計過程，并總結了硬件、軟件的調試過程。最后，對所設計系統性能進行了實驗測試和數據分析。 采用DDS技術解決超聲波電機所需要的高頻驅動電源和數字控制的問題。本文設計的以ARM控制器為核心，頻率、相位、幅值均可調的雙通道信號發生器，具有頻率和相位差控制精度高的特點。 本文介紹了速度與位置的常用控制策略。設計并搭建了基于增量式PID的速度和基于模糊PID的位置控制系統。速度控制采用增量式PID調節，其控制策略簡單、易行，通過實驗選擇合適的參數能適應一般的控制精度要求。定位控制則采用模糊PID控制策略，該策略將模糊控制不需要精確的數學模型、收斂速度快的特點與PID簡單易行、能消除穩態誤差的優點相結合，改善了模糊控制器穩態性能，使電機定位控制精度達到0.0880。
上傳時間： 2013-07-16
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隨著電子技術的快速發展，嵌入式系統已經成為熱點。嵌入式系統大量應用在自動控制、工業設備和家用電器當中。當前應用的產品常以嵌入式處理器的形式出現，常用的如PDA、交換機、路由器等。嵌入式的廣泛應用大大提高了人們的生活水平。位置敏感探測器（Position Sensible Detector）是一種基于半導體PN結橫向光電效應的光電器件。它具有分辨率高、響應速度快、信號處理電路相對簡單等優點。我們經常將PSD應用在與位置、距離、位移、角度的微小測量有關的場合。本文選用了一維PSD作為系統的探測器，結合嵌入式技術，將PSD應用于微小位移測量，實現了對微小位移的檢測。 本研究以PSD、ARM、PC機為核心完成了對位移測量系統的設計。以PSD為核心實現了對信號的轉換，利用PSD結合光學三角測量法將位移信號轉換成電壓信號，然后對電壓信號進行放大、濾波等處理之后交由A/D器件進行模數轉換。以ARM為核心，主要實現了對數據的處理，存儲和通信等功能。將取得的數字量信號通過特定的軟件程序編程得到位移信號。以PC機為核心，利用VB6.0實現了對實驗數據的顯示。PC根據得到的值與設定值進行比較，根據這個差值我們可以對系統進行進一步的完善。分析了位移傳感器技術、微處理器ARM和嵌入式操作系統的特點、優勢和國內外的研究現狀；而后介紹了微小位移測量系統的總體功能、系統的總體硬件框架；敘述了位置敏感探測器PSD的原理和結構，介紹了將PSD應用于位移測量的設計過程；在ARM最小系統的硬件平臺下，結合PSD實現了整個系統的硬件設計；軟件設計上，以uClinux操作系統作為軟件平臺，利用內核裁剪技術，移植了BOOTLOADER，設計了Linux驅動程序和應用程序；最后在系統進行調試的時候，對系統進行了必要的改進，主要是設計了相應的非線性補償電路，利用MATLAB對實驗數據進行了擬合與分析。通過實驗數據表明，基于ARM和PSD的微小位移測量系統具有精度高，響應速度快，并且成本低等優點。
上傳時間： 2013-04-24
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目前在各行各業中應用種類繁多的測量儀器隨著儀器性能指標要求的逐漸提升以及功能的不斷拓展，對儀器控制系統的實時性和集成化程度等性能的要求也越來越高。目前發展的趨勢是開放式、集成度向芯片級靠攏的高實時性儀器。針對目前傳統的系統設計存在著功能簡單、速度慢、實時性差、對數據的再加工處理能力極為有限等問題，本文根據課題需要提出了一種基于ARM+FPGA架構的高速實時數據采集嵌入式系統方案，應用在小功率半導體測量儀器上。方案采用三星S3C2410的ARM處理器進行管理控制，處理數據，界面顯示；Altera公司的Cyclone系列的1C12 FPGA器件用來進行高速數據采集，提高了系統的實時性和集成化程度。 本文首先給出了ARM+FPGA架構的總體設計。硬件方面，簡要討論了ARM處理器的特點和優勢，FPGA在高速采集和并行性上的優勢，給出了硬件的總體結構和主要部件及相關接口。軟件方面，研究了基于嵌入式Linux的嵌入式系統的構建和BootLoader的啟動以及內核和根文件系統的結構，構建了嵌入式Linux系統包括建立交叉開發環境，修改移植BootLoader和裁減移植Linux內核，并且根據課題實際需要精簡建立了根文件系統。 為了滿足測量儀器的實時性，設計了ARM與FPGA的高速數據采集接口。進行了FPGA內部與ARM接口相關部分的硬件電路設計；通過分析ARM與FPGA內部時序的差異，針對ARM與FPGA內部FIFO時序不匹配的問題，解決了測量儀器中高速數據采集與處理速度不匹配的問題。接著，通過研究Linux設備驅動基本原理和驅動程序的開發過程，設計了Linux下的FPGA數據采集接口驅動程序，并且實現了中斷傳輸。使得FPGA芯片通過高效可靠的驅動程序可以很好的與ARM進行通訊。 最后為了方便用戶操作，進行了人機交互系統的設計。為了降低成本和提高實用性利用FPGA芯片剩余的資源實現了對PS/2鍵盤鼠標接口的控制，應用到系統中，大大提高了人機交互能力；通過比較分析目前比較流行的幾種嵌入式GUI圖形設計工具的優缺點，結合課題的實際情況選擇了MiniGUI作為課題圖形界面的開發。根據具體要求設計了適合測量儀器方面上使用的人機交互界面，并且移植到了ARM平臺上，給測量儀器的使用提供了更好的交互操作。 本課題完成了嵌入式Linux開發環境的建立，針對課題實際硬件電路設計修改移植了bootloader，裁減移植了內核以及根文件系統的建立；設計了FPGA內部硬件電路，解決了接口中ARM與FPGA時序不匹配的問題，實現了ARM與FPGA之間的高速數據采集；設計了高速采集接口在嵌入式Linux下的驅動程序以及中斷傳輸和應用程序；合理設計了適合測量儀器使用的人機交互界面，并巧妙設計了PS/2鍵盤鼠標接口，進一步提高了交互操作。
上傳時間： 2013-06-21
上傳用戶：01010101
本論文研究了基于ARM+Linux的嵌入式測控系統。論文闡述了嵌入式測控系統的特點。結合目前比較流行的SOC硬件技術，嵌入式軟件技術，以及目前較前沿的無線傳感器網絡技術，對構建一個既能進行本地多傳感器信息采集又能進行數據處理以及具有人機交互界的嵌入式測控系統進行了架構設計，即采用ARM+Linux架構。 論文詳細介紹了系統的硬件設計，包括核心板設計和應用底板設計。其中核心板又包括微處理器的設計和存儲器的設計；對于應用板，介紹了基于CS8900A的網絡模塊的設計，基于RS232和RS485的串行總線設計，以及基于ZigBee的無線模塊設計。同時，本論文詳細的介紹了系統的軟件設計。結合本系統所采用的U-Boot介紹了嵌入式Bootloader設計，并針對本系統的板級硬件對U-Boot進行了移植。結合本系統采用的Linux操作系統介紹了嵌入式操作系統的概念，并對Linux進行了板級移植。在分析研究嵌入式文件系統的特點的基礎上，確定Cramfs作為本系統的根文件系統，并結合現有的開源軟件Busybox搭建了一個完整的根文件系統命令集。 在本系統硬、軟件平臺上，研究了終端應用層上的開發。并完成了在終端上的嵌入式圖形用戶界面QT的移植，并且為系統開發出相應的I/O和A/D設備驅動驅動程序。 論文在最后介紹了本系統的一個簡單應用，即利用QT圖形庫和多線程編程技術，在現有的硬件平臺上設計出了一個溫度和濕度的無線數據采集程序。顯示直觀，界面友好，體現了本平臺具有一定的應用前景。
上傳時間： 2013-07-06
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心血管系統疾病是現今世界上發病率和死亡率最高的疾病之一。T波交替(T-wavealtemans,TWA)作為一種非穩態的心電變異性現象，是指心電T波段振幅、形態甚至極性逐拍交替變化。大量研究表明，TWA與室性心律失常、心臟性猝死等有直接密切的關系，已成為一種無創獨立性預測指標。隨著數字信號處理技術和計算機技術的迅速發展，微伏級的TWA已經可以被檢出，并且精度越來越高。本文以T波交替檢測為中心，基于ARM給出了T波交替檢測技術原理性樣機的硬件及軟件，實現實時監護的目的。 在TWA檢測研究中，需要對心電信號進行預處理，即信號去噪和特征點檢測。小波分析以其多分辨率的特性和表征時頻兩域信號局部特征的能力成為我們選取的心電信號自動分析手段。文中采用小波變換將原始心電信號分解為不同頻段的細節信號，根據三種主要噪聲的不同能量分布，采用自適應閾值和軟硬閾值折衷處理策略用閾值濾波方法對原始信號進行去噪處理：同時基于心電信號的特征點R峰對應于Mexican-hat小波變換的極值點，因此我們使用Mexican-hat小波檢測R峰，通過附加檢測方案確保了位置的準確性，并根據需要提出了T波矩陣提取方法。 隨后文章介紹了T波交替的產生機理及研究進展，分別從臨床應用和檢測方法上展現了目前TWA的發展進程，并利用了譜分析法、相關分析法和移動平均修正算法分別從時域和頻域對一些樣本數據進行T波交替檢測。在檢測中譜分析法抗噪能力較強，但作為一種頻域檢測方法，無法檢測非穩態TWA信號，而相關分析法受呼吸、噪聲影響較大，數據要求較高，因此可以在譜分析檢測為陽性TWA基礎上，再對信號進行相關分析，從而克服自身算法缺陷，確定交替幅度和時間段。最后對影響檢測結果的因素進行討論研究，從而降低檢測誤差。 文章還設計了T波交替檢測技術原理性樣機的關鍵部分電路和軟件框架。硬件部分圍繞ARM核的Samsung S3C44BOX為核心，設計了該樣機的關鍵電路，包括采集模塊、數據處理模塊(外部存儲電路、通信接口電路等)。其中在采集模塊中針對心電信號是微弱信號并且干擾大的特點，采用了具有高共模抑制比和高輸入阻抗的分級放大電路，有效的提取了信號分量：A/D轉換電路保證了信號量化的高精度。利用USB接口芯片和刪內部異步串行通訊實現系統與外界聯系。系統軟件中首先介紹了系統的軟件開發環境，然后給出了心電信號分析及處理程序設計流程圖及實現，使它們共同完成系統的軟件監護功能。
上傳時間： 2013-07-27
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作為在保障網絡安全方面扮演著至關重要角色的防火墻技術從出現到發展至今一直是網絡安全研究中的關鍵技術之一，隨著互聯網的迅猛發展，它在信息化、網絡化的過程中也變的越來越重要。為了使防火墻能快速且深入地對網絡數據傳輸過程中的海量信息進行安全檢測，并能應對來自各個網絡層的威脅，將傳統的基于軟件的防火墻轉向硬件平臺實現是不可阻擋的發展趨勢。 首先闡述了網絡安全的現狀、網絡安全研究的重大意義、防火墻目前的發展狀況及未來的發展趨勢，然后介紹了防火墻的概念、功能和分類。重點分析了著名的開源入侵檢測系統Snort的功能實現及數據結構，對Linux中自帶的網絡安全工具Iptables/Netfilter的工作原理做了簡要介紹，然后對現在較流行的基于軟件的字符串匹配算法和硬件實現方法進行對比分析，通過對已存在的解決方法的深入研究，提出了基于ARM處理器并采用內容可尋址存儲器(CAM)的硬件防火墻系統設計方案。將Snort中對數據包載荷檢測部分中的順序檢測替換為由CAM結合Wu-Manbcr多模式匹配算法實現，其中CAM完成短模式匹配，Wu-Manber算法完成長模式匹配，并將Snort與Iptables/Netfilter有機結合移植到基于ARM的嵌入式平臺中，系統可以通過主機對防火墻的狀態進行實時監控和規則更新。 設計了防火墻的整個硬件電路，其中重點分析了CAM模塊的設計。通過對Sourcefire的Snort VRT2.4版免費規則庫的統計分析和計算模擬得出了對規則集的最佳劃分長度；在軟件部分研究了Bootloader制作、Linux內核的裁減與移植及根文件系統制作等內容。重點分析了摩托羅拉公司的專用CAM芯片MCM69C432的驅動程序設計和相應的調用方法，并結合主機軟件部分的功能分析了雙方的通信協議及實現，最后通過程序對系統仿真并選用林肯數據集進行模擬測試，測試結果表明系統比以前效率有了大幅提高，過濾速度已達到最初設計目標，證明了此硬件防火墻方案的可行性。 最后總結了本人的工作并指出此種方案的硬件防火墻的不足、需要改進之處和它的良好應用前景。
上傳時間： 2013-07-24
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