軟件無(wú)線電DDC(數(shù)字下變頻)系統(tǒng)作為前端ADC與后端通用DSP器件之間的橋梁，通過(guò)降低數(shù)據(jù)流的速率，把低速數(shù)據(jù)送給后端通用DSP器件進(jìn)行處理，其性能的優(yōu)劣將對(duì)整個(gè)軟件無(wú)線電系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生直接影響。采用專用DDC芯片完成數(shù)字下變頻，雖然具有抽取比大、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格昂貴，靈活性不強(qiáng)，不能充分體現(xiàn)軟件無(wú)線電的優(yōu)勢(shì)。FPGA工藝發(fā)展迅速，處理能力大大增強(qiáng)，相對(duì)于ASIC、DSP來(lái)說(shuō)具有吞吐量高、開發(fā)周期短、可實(shí)現(xiàn)在線重構(gòu)等諸多優(yōu)勢(shì)。正因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)，使得FPGA在軟件無(wú)線電的研究和開發(fā)中起著越來(lái)越重要的作用。 本次設(shè)計(jì)的目標(biāo)是在一塊FPGA芯片上實(shí)現(xiàn)單通道數(shù)字下變頻系統(tǒng)。現(xiàn)階段主要對(duì)軟件無(wú)線電數(shù)字下變頻器的FPGA實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了研究分析，重點(diǎn)完成了其主要模塊的設(shè)計(jì)和仿真以及初步的系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證。 論文首先對(duì)軟件無(wú)線電數(shù)字下變頻的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，然后對(duì)FPGA實(shí)現(xiàn)數(shù)字下變頻設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)作了闡述。在對(duì)軟件無(wú)線電理論基礎(chǔ)、數(shù)字信號(hào)處理的相關(guān)知識(shí)深入研究的基礎(chǔ)上重點(diǎn)研究軟件無(wú)線電數(shù)字下變頻技術(shù)。對(duì)數(shù)字下變頻的NCO、混頻、CIC、HB、FIR模塊的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行深入研究，在：MATLAB中設(shè)定整體系統(tǒng)方案、完成模塊劃分和接口定義，并對(duì)部分模塊建立數(shù)學(xué)模型并仿真、對(duì)模塊的性能進(jìn)行優(yōu)化。從數(shù)字下變頻的系統(tǒng)層次上考慮了各模塊彼此問(wèn)的性能制約，從而選擇合理配置、優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以獲得模塊間的性能均衡和系統(tǒng)性能的最優(yōu)化。最后通過(guò)使用編寫'Verilog程序和調(diào)用部分lP Core相結(jié)合的方法完成數(shù)字下變頻各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)并完成仿真和調(diào)試。結(jié)果表明設(shè)計(jì)的思想和結(jié)構(gòu)是正確的，在下一步工作中主要完成系統(tǒng)的板級(jí)調(diào)試。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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在視頻傳輸系統(tǒng)中，最大障礙是視頻數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)量傳輸。故壓縮就顯得尤為必要。MJPEG是以25幀每秒傳輸?shù)腏PEG圖像。本文根據(jù)JPEG基本壓縮模式，通過(guò)前端圖像采集芯片輸出標(biāo)準(zhǔn)的4：2：2格式的圖像流，在XILINX公司的SPARTAN IIE芯片下壓縮，獲得了良好效果，壓縮比達(dá)到10：1。中間的各個(gè)環(huán)節(jié)同MATLAB下同等壓縮相比，除了精度上有點(diǎn)差別外，基本一致。同專用芯片相比，比專用芯片靈活得多，F(xiàn)PGA內(nèi)部全部是可編程，燒寫不同的程序便可實(shí)現(xiàn)不同的壓縮。同DSP相比，壓縮時(shí)間極大的提高，同周霖的“基于DSP技術(shù)的靜態(tài)圖像壓縮編碼”一文中編碼所需的時(shí)間進(jìn)行比較(DCT變換消耗4224個(gè)指令，量化Z排序耗960指令，huffman編碼至少耗1400指令)，假設(shè)令其采用6000系列DSP，指令周期為6ns，運(yùn)算速度為1336MIPS。壓縮一個(gè)8*8DCT塊，采用高檔的DSP，消耗39tJs，而采用27M的FPGA只需6us，若采用FPGA內(nèi)部自帶的DLL將時(shí)鐘倍頻到54M，則只需要3us．本設(shè)計(jì)同傳統(tǒng)的壓縮實(shí)現(xiàn)方式相比，在速度和靈活性上有了極大的提高。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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本文對(duì)基于脈動(dòng)陣列結(jié)構(gòu)的RSA公鑰密碼協(xié)處理器進(jìn)行了深入的研究，通過(guò)對(duì)Montgomery模乘思想的深入分析，確定了免減基2算法作為模乘運(yùn)算實(shí)現(xiàn)算法，同時(shí)系統(tǒng)的研究了脈動(dòng)陣列結(jié)構(gòu)這一專用處理器設(shè)計(jì)模型，結(jié)合器件特性設(shè)計(jì)出一種適于在FPGA上實(shí)現(xiàn)的模乘運(yùn)算電路結(jié)構(gòu)，通過(guò)引入流水線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了兩次模乘運(yùn)算并行處理。在此基礎(chǔ)上，引入可變參數(shù)的設(shè)計(jì)理念，完成了可變參數(shù)模冪運(yùn)算電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)工作，有效的提高了算法硬件實(shí)現(xiàn)的靈活性。
標(biāo)簽： FPGA RSA 加密 芯片設(shè)計(jì)
上傳時(shí)間： 2013-07-16
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隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)和視頻技術(shù)的廣泛發(fā)展,數(shù)字圖像采集在電子通信與信息處理領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,例如廣播電視的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)視頻、監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)等. 視頻圖像采集卡作為計(jì)算機(jī)視頻應(yīng)用的前端設(shè)備,承擔(dān)著模擬視頻信號(hào)向數(shù)字視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換的任務(wù),在多媒體時(shí)代占據(jù)著重要的位置.設(shè)計(jì)一種功能靈活,使用方便,便于嵌入到系統(tǒng)中的視頻信號(hào)采集電路具有重要的實(shí)用意義. 本文首先介紹數(shù)字圖像采集系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和前景,提出了本次設(shè)計(jì)的目標(biāo): 完成基于PCI總線的高分辨率圖像采集卡設(shè)計(jì).然后簡(jiǎn)單介紹了本次設(shè)計(jì)用到的基本理論:數(shù)據(jù)采集理論,特別說(shuō)明了采樣和量化的定義與區(qū)別,以及量化的幾種方式和量化與AD技術(shù)之間的關(guān)系. 圖像采集系統(tǒng)的基本構(gòu)成,是以數(shù)字信號(hào)處理器為核心,控制外圍的A/D、D/A轉(zhuǎn)換器和外圍存儲(chǔ)器.本文對(duì)比了當(dāng)下流行的DSP芯片和IFPGA芯片作為數(shù)字處理核心的優(yōu)缺點(diǎn),并根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際需要,選用FPGA作為數(shù)字信號(hào)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(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案. 圖像采集卡的硬件設(shè)計(jì)分為A/D前端模擬通道設(shè)計(jì)和FPGA數(shù)字信號(hào)傳輸及外圍電路設(shè)計(jì).本文重點(diǎn)介紹了A/D芯片外圍電路連接和使用方法,對(duì)PCI總線和它的控制電路也做了詳細(xì)闡述.對(duì)圖像采集卡的PCB布局布線也有詳細(xì)說(shuō)明. 圖像采集卡FPGA內(nèi)部程序構(gòu)成也是本文的一個(gè)重點(diǎn).本次的程序設(shè)計(jì)主要分為數(shù)據(jù)采集模塊,即與A/D接口模塊,數(shù)據(jù)暫存模塊,即SDRAM讀寫控制模塊,數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊,即PCI控制模塊.重點(diǎn)在于對(duì)的SDRAM的連續(xù)讀寫控制和各個(gè)模塊間的協(xié)調(diào)工作.說(shuō)明了.A/D采集數(shù)據(jù)從接收到存儲(chǔ)詳細(xì)過(guò)程,以及對(duì)SDRAM讀寫狀態(tài)機(jī)和PCI總線的操控. 最后介紹了硬件調(diào)試和FPGA程序驗(yàn)證結(jié)果.詳細(xì)說(shuō)明了以Modelsim為平臺(tái)的前端功能仿真和后端時(shí)序仿真,以及以SignalTapⅡ?yàn)槠脚_(tái),程序下載到FPGA中進(jìn)行的實(shí)時(shí)驗(yàn)證.結(jié)果表明整個(gè)圖像采集系統(tǒng)基本達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所給出的性能指標(biāo),證明了整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性和合理性.
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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隨著電子科學(xué)、圖像傳輸處理技術(shù)與理論的迅速發(fā)展，機(jī)器人視頻監(jiān)控技術(shù)的實(shí)際研究與應(yīng)用曰益得到重視，并不斷地在許多領(lǐng)域取得驕人的成果。特別是近年來(lái)，機(jī)器人視頻監(jiān)控技術(shù)已成為高技術(shù)領(lǐng)域一個(gè)重要的研究課題。 本論文詳細(xì)介紹了一種機(jī)器人視頻監(jiān)視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了具有前端視頻采集、圖像傳輸處理功能的FPGA系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用Altera公司的FPGA芯片作為中央處理器，由視頻采集模塊、異步FIFO模塊、I
標(biāo)簽： FPGA 機(jī)器人 視頻監(jiān)視系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-07-21
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隨著集成電路的設(shè)計(jì)規(guī)模越來(lái)越大，F(xiàn)PGA為了滿足這種設(shè)計(jì)需求，其規(guī)模也越做越大，傳統(tǒng)平面結(jié)構(gòu)的FPGA無(wú)法滿足實(shí)際設(shè)計(jì)需求。首先是硬件設(shè)計(jì)上的很難控制，其次就是計(jì)算機(jī)軟件面臨很大挑戰(zhàn)，所有復(fù)雜問(wèn)題全部集中到布局布線(P&R)這一步，而實(shí)際軟件處理過(guò)程中，P&R所占的時(shí)間比例是相當(dāng)大的。為了緩解這種軟件和硬件的設(shè)計(jì)壓力，多層次化結(jié)構(gòu)的FPGA得以采用。所謂層次化就是可配置邏輯單元內(nèi)部包含多個(gè)邏輯單元(相對(duì)于傳統(tǒng)的單一邏輯單元)，并且內(nèi)部的邏輯單元之間共享連線資源，這種結(jié)構(gòu)有利于減少芯片面積和提高布通率。與此同時(shí)，F(xiàn)PGA的EDA設(shè)計(jì)流程也多了一步，那就是在工藝映射和布局之間增加了基本邏輯單元的裝箱步驟，該步驟既可以認(rèn)為是工藝映射的后處理，也可認(rèn)為是布局和布線模塊的預(yù)處理，這一步不僅需要考慮打包，還要考慮布線資源的問(wèn)題。裝箱作為連接軟件前端和后端之間的橋梁，該步驟對(duì)FPGA的性能影響是相當(dāng)大的。 本文通過(guò)研究和分析影響芯片步通率的各種因素，提出新的FPGA裝箱算法，可以同時(shí)減少裝箱后可配置邏輯單元(CLB)外部的線網(wǎng)數(shù)和外部使用的引腳數(shù)，從而達(dá)到減少布線所需的通道數(shù)。該算法和以前的算法相比較，無(wú)論從面積，還是通道數(shù)方面都有一定的改進(jìn)。算法的時(shí)間復(fù)雜度仍然是線性的。與此同時(shí)本文還對(duì)FPGA的可配置邏輯單元內(nèi)部連線資源做了分析，如何設(shè)計(jì)可配置邏輯單元內(nèi)部的連線資源來(lái)達(dá)到即減少面積又保證芯片的步通率，同時(shí)還可以提高運(yùn)行速度。 另外，本文還提出將電路分解成為多塊，分別下載到各個(gè)芯片的解決方案。以解決FPGA由于容量限制，而無(wú)法實(shí)現(xiàn)某些特定電路原型驗(yàn)證。該算法綜合考慮影響多塊芯片性能的各個(gè)因數(shù)，采用較好的目標(biāo)函數(shù)來(lái)達(dá)到較優(yōu)結(jié)果。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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基于微處理器的數(shù)字PID控制器改變了傳統(tǒng)模擬PID控制器參數(shù)整定不靈活的問(wèn)題。但是常規(guī)微處理器容易在環(huán)境惡劣的情況下出現(xiàn)程序跑飛的問(wèn)題，如果實(shí)現(xiàn)PID軟算法的微處理器因?yàn)閺?qiáng)干擾或其他原因而出現(xiàn)故障，會(huì)引起輸出值的大幅度變化或停止響應(yīng)。而FPGA的應(yīng)用可以從本質(zhì)上解決這個(gè)問(wèn)題。因此，利用FPGA開發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能控制器算法的芯片化，使之能夠廣泛的用于各種場(chǎng)合，具有很大的應(yīng)用意義。 首先分析FPGA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，總結(jié)FPGA設(shè)計(jì)技術(shù)及開發(fā)流程，指出實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低設(shè)計(jì)難度，是擴(kuò)展設(shè)計(jì)功能、提高芯片性能和產(chǎn)品性價(jià)比的關(guān)鍵。控制系統(tǒng)由四個(gè)模塊組成，主要包括核心控制器模塊、輸入輸出模塊以及人機(jī)接口。其中控制器部分為系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。在分析FPGA設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)類型和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出一種基于FPGA改進(jìn)型并行結(jié)構(gòu)的PID溫度控制器設(shè)計(jì)方法。在PID算法與FPGA的運(yùn)算器邏輯映像過(guò)程中，采用將補(bǔ)碼的加法器代替減法器設(shè)計(jì)，增加整數(shù)運(yùn)算結(jié)果的位擴(kuò)展處理，進(jìn)行不同數(shù)據(jù)類型的整數(shù)歸一化等不同角度的處理方法融合為一體，可以有效地減少邏輯運(yùn)算部件。應(yīng)用Ouartus Ⅱ圖形輸入與Verilog HDL語(yǔ)言相結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了PID控制器，用Modelsim仿真驗(yàn)證了設(shè)計(jì)結(jié)果的正確性，用Synplify Pro進(jìn)行電路綜合，在Quaitus Ⅱ軟件中實(shí)現(xiàn)布局布線，最后生成FPGA的編程文件。根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，論文設(shè)計(jì)完成了12位模數(shù)AD轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)顯示器、按鍵等相關(guān)外圍接口電路。 將一階、純滯后、大慣性電阻爐溫作為控制對(duì)象，以EP1C3T144 FPGA為核心，構(gòu)建PID控制系統(tǒng)。在采用Pt100溫度傳感器、分辨率為2℃、最大溫度控制范圍0～400℃的條件下，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，達(dá)到無(wú)超調(diào)的穩(wěn)定控制要求，為降低FPGA實(shí)現(xiàn)PID控制器的設(shè)計(jì)難度提供了有效的方法。
上傳時(shí)間： 2013-05-24
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本文分析了當(dāng)代高精度地震勘探數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，研究了數(shù)據(jù)采集的A/D方法及理論、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(Field Programmable GateArray，F(xiàn)PGA)技術(shù)的發(fā)展及原理，串口通信的原理及實(shí)現(xiàn)。在此基礎(chǔ)上，探討了采用FPGA控制24位△∑模數(shù)轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度地震勘探數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)思路，對(duì)探測(cè)傳感器或檢波器后端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換、FPGA與外部接口設(shè)計(jì)、串口數(shù)據(jù)通信做了詳細(xì)的研究，尤其是在用FPGA來(lái)完成與外部ADC的接口控制上做了深入的開發(fā)和設(shè)計(jì)，整個(gè)接口控制模塊采用VHDL語(yǔ)言編寫，并同時(shí)將ROM、FIFO等數(shù)字邏輯模塊一起集成到一片F(xiàn)PGA芯片當(dāng)中，并在Quartus Ⅱ6.0的開發(fā)平臺(tái)上通過(guò)了軟件仿真，時(shí)序仿真結(jié)果達(dá)到了系統(tǒng)要求。
標(biāo)簽： 高精度 地震勘探 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-05-21
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本文分析了 T EXAS 儀器公司新推出的串行10 位數(shù)/ 模轉(zhuǎn)換器(DAC) TL C5615 的功能、特點(diǎn)、工作原理及其與A T89C52 單片機(jī)的硬件接口和軟件編程, 提供了一個(gè)新穎實(shí)用的數(shù)/
標(biāo)簽： 5615 TLC 串行 中的應(yīng)用
上傳時(shí)間： 2013-05-20
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圖像采集和處理技術(shù)在機(jī)器視覺(jué)和圖像分析等諸多領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，大部分情況下，采集卡只需將前端相機(jī)捕獲的圖像信息正確地傳回計(jì)算機(jī)即可。但是在要求較高的應(yīng)用場(chǎng)合需要采集卡能準(zhǔn)確控制外部光源和相機(jī)，完成圖像采集，預(yù)處理，數(shù)據(jù)傳輸。只有這樣，用戶才可以根據(jù)不同的興趣和需求對(duì)特定的某些圖像進(jìn)行采集、傳輸以及處理，以達(dá)到某種分析目的。 本文根據(jù)國(guó)家985二期項(xiàng)目“三維粒子圖像測(cè)速系統(tǒng)”的圖像采集與處理需要，設(shè)計(jì)開發(fā)了一款以FPGA為核心控制芯片的嵌入式圖像采集卡。采集卡以FPGA為邏輯和算法實(shí)現(xiàn)的核心器件，不僅實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)意義上的圖像采集，而且實(shí)現(xiàn)了CCD相機(jī)控制和激光器同步曝光功能，打破了以往單純靠增加硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)同步控制的方法，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)并節(jié)約系統(tǒng)成本。此外，在系統(tǒng)中嵌入了圖像增強(qiáng)算法和采用PCI接口與計(jì)算機(jī)連接滿足了高速采集的要求。同時(shí)，采用市場(chǎng)上廣泛應(yīng)用的Camera Link作為采集卡的圖像輸入接口，提高了系統(tǒng)的通用性、傳輸速率和抗干擾能力，簡(jiǎn)化圖像獲取設(shè)備和模擬攝像頭之間需要視頻解碼等連接。具有嵌入式處理功能，光源同步和相機(jī)控制的采集卡將使機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，圖像測(cè)速等諸多領(lǐng)域的圖像采集應(yīng)用變得更為便捷。 論文首先對(duì)圖像采集卡系統(tǒng)的組成、整體方案和可行性進(jìn)行了論證。然后給出了圖像采集卡的硬件設(shè)計(jì)。在此部分結(jié)合整體設(shè)計(jì)方案，討論芯片的選型問(wèn)題。根據(jù)所選芯片的本身特點(diǎn)，分模塊地對(duì)圖像采集卡的硬件設(shè)計(jì)原理進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。接下來(lái)是圖像采集卡的軟件設(shè)計(jì)部分。用VHDL和原理圖結(jié)合的方法對(duì)FPGA進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)了圖像采集系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊。根據(jù)圖像采集系統(tǒng)的要求用DriverWorks軟件設(shè)計(jì)了圖像采集卡的WDM底層驅(qū)動(dòng)程序和上層應(yīng)用程序。最后是用FPGA實(shí)現(xiàn)了帶修改參數(shù)的硬件嵌入式圖像處理算法——圖像增強(qiáng)。論文中使用QUARTUS軟件嵌入的邏輯分析儀SignalTap對(duì)FPGA設(shè)計(jì)的模塊進(jìn)行了硬件調(diào)試，給出了調(diào)試的時(shí)序圖和調(diào)試結(jié)果，經(jīng)測(cè)試分析該采集卡滿足“三維粒子圖像測(cè)速系統(tǒng)”的要求，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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