數據采集系統是信號與信息處理系統中不可缺少的重要組成部分，同時也是軟件無線電系統中的核心模塊，在現代雷達系統以及無線基站系統中的應用越來越廣泛。為了能夠滿足目前對軟件無線電接收機自適應性及靈活性的要求，并充分體現在高性能FPGA平臺上設計SOC系統的思路，本文提出了由高速高精度A/D轉換芯片、高性能FPGA、PCI總線接口、DB25并行接口組成的高速數據采集系統設計方案及實現方法。其中FPGA作為本系統的控制核心和傳輸橋梁，發揮了極其重要的作用。通過FPGA不僅完成了系統中全部數字電路部分的設計，并且使系統具有了較高的可適應性、可擴展性和可調試性。 在時序數字邏輯設計上，充分利用FPGA中豐富的時序資源，如鎖相環PLL、觸發器，緩沖器FIFO、計數器等，能夠方便的完成對系統輸入輸出時鐘的精確控制以及根據系統需要對各處時序延時進行修正。 在存儲器設計上，采用FPGA片內存儲器。可根據系統需要隨時進行設置，并且能夠方便的完成數據格式的合并、拆分以及數據傳輸率的調整。 在傳輸接口設計上，采用并行接口和PCI總線接口的兩種數據傳輸模式。通過FPGA中的宏功能模塊和IP資源實現了對這兩種接口的邏輯控制，可使系統方便的在兩種傳輸模式下進行切換。 在系統工作過程控制上，通過VB程序編寫了應用于PC端的上層控制軟件。并通過并行接口實現了PC和FPGA之間的交互，從而能夠方便的在PC機上完成對系統工作過程的控制和工作模式的選擇。 在系統調試方面，充分利用QuartuslI軟件中自帶的嵌入式邏輯分析儀SignalTaplI，實時準確的驗證了在系統整個傳輸過程中數據的正確性和時序性，并極大的降低了用常規儀器觀測FPGA中眾多待測引腳的難度。 本文第四章針對FPGA中各功能模塊的邏輯設計進行了詳細分析，并對每個模塊都給出了精確的仿真結果。同時，文中還在其它章節詳細介紹了系統的硬件電路設計、并行接口設計、PCI接口設計、PC端控制軟件設計以及用于調試過程中的SignalTapⅡ嵌入式邏輯分析儀的使用方法，并且也對系統的仿真結果和測試結果給出了分析及討論。最后還附上了系統的PCB版圖、FPGA邏輯設計圖、實物圖及注釋詳細的相關源程序清單。
上傳時間： 2013-07-09
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H.264作為新一代視頻編碼標準，相比上一代視頻編碼標準MPEG2，在相同畫質下，平均節約64﹪的碼流。該標準僅設定了碼流的語法結構和解碼器結構，實現靈活性極大，其規定了三個檔次，每個檔次支持一組特定的編碼功能，并支持一類特定的應用，因此。H.264的編碼器的設計可以根據需求的不同而不同。 H.264雖然具有優異的壓縮性能，但是其復雜度卻比一般編碼器高的多。本文對H.264進行了編碼復雜度分析，并統計了整個軟件編碼中計算量的分布。H.264中采用了率失真優化算法，提高了幀內預測編碼的效率。在該算法下進行幀內預測時，為了得到一個宏塊的預測模式，需要進行592次率失真代價計算。因此為了降低幀內預測模式選擇的計算復雜度，本文改進了幀內預測模式選擇算法。實踐證明，在PSNR值的損失可以忽略不計的情況下，該算法相比原算法，幀內編碼時間平均節約60﹪以上，對編碼的實時性有較大幫助。 為了實現實時編碼，考慮到FPGA的高效運算速度和使用靈活性，本文還研究了H.264編碼器基本檔次的FPGA實現。首先研究了H.264編碼器硬件實現架構，并對影響編碼速度，且具有硬件實現優越性的幾個重要部分進行了算法研究和FPGA.實現。本文主要研究了H.264編碼器中整數DCT變換、量化、Zig-Zag掃描、CAVLC編碼以及反量化、逆整數DCT變換等部分。分別對這些模塊進行了綜合和時序仿真，并將驗證后通過的系統模塊下載到Xilinx virtex-Ⅱ Pro的FPGA中，進行了在線測試，驗證了該系統對輸入的殘差數據實時壓縮編碼的功能。 本文對H.264編碼器幀內預測模式選擇算法的改進，算法實現簡單，對軟件編碼的實時性有很大幫助。本文對在單片FPGA上實現H.264編碼器做出了探索性嘗試，這對H.264編碼器芯片的設計有著積極的借鑒性。
上傳時間： 2013-06-13
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隨著科學技術的發展與公共安全保障需求的提高，視頻監控系統在工業生產、日常生活、警備與軍事方面的應用越來越廣泛。采用基于 FPGA 的SOPC技術、H．264壓縮編碼技術和網絡傳輸控制技術實現網絡視頻監控系統，在穩定性、功能、成本與擴展性等方面都有著突出的優勢，具有重要的學術意義與實用意義， 本課題所設計的網絡視頻監控系統由以Nios Ⅱ為核心的嵌入式圖像服務器、相關網絡設備與若干PC機客戶端組成。嵌入式圖像服務器實時采集圖像，采用H．264 編碼算法進行壓縮，并持續監聽網絡。PC機客戶端可通過網絡對服務器進行遠程訪問，接收編碼數據，使用H．264解碼算法重建圖像并實時顯示，使監控人員有效地掌握現場情況， 在嵌入式圖像服務器設計階段，本文首先進行了芯片選型與開發平臺選擇。然后構建圖像采集子系統，采用雙緩存乒乓交換的方法設計圖像采集用戶自定義模塊。接著設計雙Nios Ⅱ架構的SOPC系統，闡述了雙軟核設計中定制連接、內存芯片共享、數據搬移、通信與互斥的解決方法。同時完成了網絡服務器的設計，采用μC/OS-Ⅱ進行多任務的管理與調度， H．264視頻壓縮編解碼算法設計與實現是本文的重點。文中首先分析H．264．標準，規劃編解碼器結構。接著設計了16×16幀內預測算法，并設計宏塊掃描方式，采用兩次判決策略進行預測模式選擇。然后設計4×4子塊掃描方式，編寫整數變換與量化算法程序。熵編碼采用Exp-Golomb編碼與CAVLC相結合的方案，針對除拖尾系數之外的非零系數值編碼子算法，實現了一種基于表示范圍判別的編碼方法。最后設計了網絡傳輸的碼流組成格式，并針對編碼算法設計相應解碼算法。使用VC++完成算法驗證，并進行測試，觀察不同參數下壓縮率與失真度的變化。 算法驗證完成后，本文進行了PC機客戶端設計，使其具有遠程訪問、H．264解碼與實時顯示的功能。同時將H．264 編碼算法程序移植到NiosⅡ中，并將嵌入式圖像服務器與若干客戶端接入網絡進行聯合調試，構建完整的網絡視頻監控系統， 實驗結果表明，本系統視頻壓縮率高，監控圖像質量良好，充分證明了系統軟硬件與圖像編解碼算法設計成功。本系統具有成本低、擴展性好及適用范圍廣等優點，發展前景十分廣闊。
上傳時間： 2013-04-24
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用C寫的PID模塊，以簡潔的代碼量完成了PID算法，提高了速度。
上傳時間： 2013-06-07
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C語言寫的12864液晶驅動程序，具有顯示漢字，動畫顯示，畫任意坐標的點，畫任意兩點直間的直線，畫任意大小圓等功能，程序都是本人自己開發的，有問題可以問我。
上傳時間： 2013-05-18
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建立在數據率轉換技術之上的寬帶數字偵察接收機要求能夠實現高截獲概率、高靈敏度、近乎實時的信號處理能力。雙信號數據率轉換技術是寬帶數字偵察接收機關鍵技術之一，是解決寬帶數字接收機中前端高速ADC采樣的高速數據流與后端DSP處理速度之間瓶頸問題的可行方案。測頻技術以及帶通濾波，即寬帶數字下變頻技術，是實現數據率轉換系統的關鍵技術。本文首先介紹了寬帶數字偵察接收關鍵技術之一的數據率轉換技術，著重研究了快速、高精度雙信號測頻算法以及實驗系統硬件實現。論文主要工作如下： (1)分析了現代電子偵察環境下的信號特征，指出寬帶數字接收機必須滿足寬監視帶寬、流水作業以及近實時的響應時間。給出了一種頻率引導式的數字接收機方案，簡要介紹這種接收機的關鍵技術——快速、高精度頻率估計以及高效的數據率轉換。 (2)介紹了FFT技術在測頻算法中的應用，比較了FFT專用芯片及其優點和缺點，指出為了滿足實時處理要求，必須選用FPGA設計FFT模塊。 (3)在分析常規的插值算法基礎上，提出了一種單信號的快速插值頻率估計方法，只需三個FFT變換系數的實部構造頻率修正項，計算量低。該方法具有精度高、測頻速率快的特點。 (4)基于DFT理論和自相關理論，提出了結合FFT和自相關的雙信號頻率估計算法。該方法先用DFT估計其中一個信號的頻率和幅度，以此頻率對信號解調并對消該頻率成分，最后利用自相關理論估計出另一個信號的頻率。 (5)基于DFT理論和FFT技術，研究了信號平方與FFT結合的雙信號頻率估計算法。根據信號中兩頻率分量的幅度比，只需一次一維平方信號譜峰搜索，就可以得到雙信號的和頻與差頻分量的估計值，并利用插值技術提高測頻精度。該算法能夠精確地估計頻率間隔小的雙信號頻率，且容易地擴展到復信號，FPGA硬件實現容易。 (6)基于現代譜分析理論，研究了基于AR(2)模型的雙信號頻率估計算法。方法在利用AR(2)模型系數估計雙正弦信號頻率之和的同時，利用FFT快速測頻算法估計其中強信號分量的頻率值。算法仿真驗證和性能分析表明了提出的算法能快速高精度地估計雙信號頻率。 (7)給出了基于頻譜重心算法的雷達雙信號頻率估計的FPGA硬件實現架構，并進行了時序仿真。 (8)討論了雙信號帶寬匹配接收系統的硬件設計方案，給出了快速測頻及帶寬估計模塊設計。
上傳時間： 2013-06-02
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本課題完成了基于FPGA的數據采集器以及IIC總線的模數轉換器部分、通訊部分的電路設計。其中FPGA采用Xilinx公司Spartan-Ⅱ系列的XC2S100芯片，在芯片中嵌入32位軟處理器MicroBlaze;ⅡC總線的模數轉換采用Microchip公司的MCP3221芯片，通訊部分則在FPGA片內用VHDL語言實現。通過上述設計實現了“準單片化”的模擬量和數字量的數據采集和處理。 所設計的數據采集器可以和結構類似的上位機通訊，本課題完成了在上位機中用VHDL語言實現的通信電路模塊。通過上述兩部分工作，將微處理器、數據存儲器、程序存儲器等數字邏輯電路均集成在同一個FPGA內部，形成一個可編程的片上系統。FPGA片外僅為模擬器件和開關量驅動芯片。FPGA內部的硬件電路采用VHDL語言編寫；MCU軟核工作所需要的程序采用C語言編寫。多臺數據采集器與服務器構成數據采集系統。服務器端軟件用VB開發，既可以將實時采集的數據以數字方式顯示，也可以用更加直觀的曲線方式顯示。 由于數據采集器是所有自控類系統所必需的電路模塊，所以一個通用的片上系統設計可以解決各類系統的應用問題，達到“設計復用”(DesignReuse)的目的。采用基于FPGA的SOPC設計的更加突出的優點是不必更換芯片就可以實現設計的改進和升級，同時也可以降低成本和提高可靠性。
上傳時間： 2013-07-12
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在衛星遙感設備中，隨著遙感技術的發展和對傳輸式觀測衛星遙感圖像質量要求的不斷提高，航天遙感圖像的分辨率和采樣率也越來越高，由此引起高分辨率遙感圖像數據存儲量和傳輸數據量的急劇增長，然而衛星信道帶寬有限。為了盡量保持高分辨率遙感圖像所具有的信息，必須解決輸入數據碼率和傳輸信道帶寬之間的矛盾。所以星載高分辨率遙感圖像數據的高保真、實時、大壓縮比壓縮技術就成了解決這一矛盾的關鍵技術。FPGA器件為實現數據壓縮提供了一種壓縮算法的硬件實現的一個理想的平臺。FPGA器件集成度高，體積小，通過用戶編程實現專門應用的功能。它允許電路設計者利用基于計算機的開發平臺，經過設計輸入，仿真，測試和校驗，直到達到預期的結果，減少了開發周期。小波變換能夠適應現代圖像壓縮所需要的如多分辨率、多層質量控制等要求，在較大壓縮比下，小波圖像壓縮質量明顯好于DCT變換，因此小波變換成為新一代壓縮標準JPEG2000的核心算法。同時，小波變換的提升算法結構簡單，能夠實現快速算法，有利于硬件實現，因此提升小波變換對于采用FPGA或ASIC來實現圖像變換來說是很好的選擇。本文針對衛星遙感圖像的數據流，主要研究可以對衛星圖像進行實時二維小波變換的方案。針對提升小波變換的VLSI結構和FPGA設計中的關鍵技術，從邊界延拓、濾波器結構、整數小波、定點運算、原位運算等方面進行了研究和討論，并且完成了針對衛星遙感圖像的分塊二維9/7提升小波變換的FPGA實現。采用VerIlog語言對設計進行了仿真驗證，并將仿真結果同matlab仿真結果進行了比較，比較結果表明該方案能實現對衛星遙感圖像數據流的二維提升小波變換的功能。同時QuartusII綜合結果也表明，系統時鐘能夠工作在很高的頻率，可以滿足高速實時對衛星圖像的小波變換處理。
上傳時間： 2013-06-15
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數字超聲診斷設備在臨床診斷中應用十分廣泛，研制全數字化的醫療儀器已成為趨勢。盡管很多超聲成像儀器設計制造中使用了數字化技術，但是我們可以說現代VLSI 和EDA 技術在其中并沒有得到充分有效的應用。隨著現代電子信息技術的發展，PLD 在很多與B 型超聲成像或多普勒超聲成像有關的領域都得到了較好的應用，例如數字通信和相控雷達領域。 在研究現代超聲成像原理的基礎上，我們首先介紹了常見的數字超聲成像儀器的基本結構和模塊功能，同時也介紹了現代FPGA 和EDA 技術。隨后我們詳細分析討論了B 超中，全數字化波束合成器的關鍵技術和實現手段。我們設計實現了片內高速異步FIFO 以降低采樣率，仿真結果表明資源使用合理且訪問時間很小。正交檢波方法既能給出灰度超聲成像所需要的回波的幅值信息，也能給出多普勒超聲成像所需要的回波的相移信息。我們設計實現了基于直接數字頻率合成原理的數控振蕩器，能夠給出一對幅值和相位較平衡的正交信號，且在FPGA 片內實現方案簡單廉價。數控振蕩器輸出波形的頻率可動態控制且精度較高，對于隨著超聲在人體組織深度上的穿透衰減，導致回波中心頻率下移的聲學物理現象，可視作將回波接收機的中心頻率同步動態變化進行補償。 還設計實現了B 型數字超聲診斷儀前端發射波束聚焦和掃描控制子系統。在單片FPGA 芯片內部設計實現了聚焦延時、脈寬和重復頻率可動態控制的發射驅動脈沖產生器、線掃控制、探頭激勵控制、功能碼存儲等功能模塊，功能仿真和時序分析結果表明該子系統為設計實現高速度、高精度、高集成度的全數字化超聲診斷設備打下了良好的基礎，將加快其研發和制造進程，為生物醫學電子、醫療設備和超聲診斷等方面帶來新思路。
上傳時間： 2013-06-18
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在機器人學的研究領域中，如何有效地提高機器人控制系統的控制性能始終是研究學者十分關注的一個重要內容。在分析了工業機器人的發展歷程和機器人控制系統的研究現狀后，本論文的主要目標是針對四關節實驗室機器人特有的機械結構和數學模型，建立一個新型全數字的基于DSP和FPGA的機器人位置伺服控制系統的軟、硬件平臺，實現對四關節實驗室機器人的精確控制。 本論文從實際情況出發，首先分析了所研究的四關節實驗室機器人的本體結構，并對其抽象簡化得到了它的運動學數學模型。在明確了實現機器人精確位置伺服控制的控制原理后，我們對機器人控制系統的諸多可行性方案進行了充分論證，并最終決定采用了三級CPU控制的控制體系結構：第一級CPU為上位計算機，它實現對機器人的系統管理、協調控制以及完成機器人實時軌跡規劃等控制算法的運算；第二級CPU為高性能的DSP處理器，它輔之以具有高速并行處理能力的FPGA芯片，實現了對機器人多個關節的高速并行驅動；第三級CPU為交流伺服驅動處理器，它實現了機器人關節伺服電機的精確三閉環誤差驅動控制，以及電機的故障診斷和自動保護等功能。此外，我們采用比普通UART速度快得多的USB來實現上位計算機．與下位控制器之間的數據通信，這樣既保證了兩者之間連接方便，又有效的提高了控制系統的通信速度和可靠性。 機器人系統的軟件設計包括兩個部分：一是采用VC++實現的上位監控軟件系統，它主要負責機器人實時軌跡規劃等控制算法的運算，同時完成用戶與機器人系統之間的信息交互；二是采用C語言實現的下位DSP控制程序，它主要負責接收上位監控系統或者下位控制箱發送的控制信號，實現對機器人的實時驅動，同時還能夠實時的向上位監控系統或者下位控制箱反饋機器人的當前狀態信息。 研究開發出來的四關節實驗室機器人控制器具有控制實時性好、定位精度高、運行穩定可靠的特點，它允許用戶通過上位控制計算機實現對機器人的各種設定作業的控制，也可以讓用戶通過機器人控制箱現場對機器人進行回零、示教等各項操作。
上傳時間： 2013-06-11
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