在航空航天，遙感測量，安全防衛以及家用影視娛樂等領域，要求能及時保存高清晰度的視頻信號供后期分析、處理、研究和欣賞。因此，研究一套處理速度快，性能可靠，使用方便，符合行業相關規范的高清視頻編解碼系統是十分必要的。 本文首先介紹了高清視頻的發展歷史。并就當前相關領域的發展闡述了高清視頻編解碼系統的設計思路，提出了可行的系統設計方案。基于H.264的高清視頻編碼系統對處理器的要求非常高，一般的DSP和通用處理器難以達到性能要求。本系統選擇富士通公司最新的專用視頻編解碼芯片MB86H51，實時編解碼分辨率達到1080p的高清視頻。芯片具有壓縮率高，功耗低，體積小等優點。系統的控制設備由三塊FPGA芯片和ARM控制器共同完成。FPGA芯片分別負責視頻輸入輸出，碼流輸入輸出和主編解碼芯片的控制。ARM作為上層人機交互的控制器，向系統使用者提供操作界面，并與主控FPGA相連。方案實現了高清視頻的輸入，實時編碼和碼流存儲輸出等功能于一體，能夠編碼1080p的高清視頻并存儲在硬盤中。系統開發的工作難點在于FPGA的程序設計與調試工作。其次，詳細介紹了FPGA在系統中的功能實現，使用的方法和程序設計。使用VHDL語言編程實現I2C總線接口和接口控制功能，利用stratix系列FPGA內置的M4K快速存儲單元實現128K的命令存儲ROM，并對設計元件模塊化，方便今后的功能擴展。編程實現了PIO模式的硬盤讀寫和SDRAM接口控制功能，實現高速的數據存儲功能。利用時序狀態機編程實現主芯片編解碼控制功能，完成編解碼命令的發送和狀態讀取，并對設計思路，調試結果和FPGA資源使用情況進行分析。著重介紹設計中用到的最新芯片及其工作方式，分析設計過程中使用的最新技術和方法。有很強的實用價值。最后，論文對系統就不同的使用情況提出了可供改進的方案，并對與高清視頻相關的關鍵技術作了分析和展望。
上傳時間： 2013-07-26
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隨著數字電子技術的發展，數字信號處理廣泛應用于聲納、雷達、通訊語音處理和圖像處理等領域。快速傅立葉變換(Fast Fourier Transform，FFT)在數字信號處理系統中起著很重要的作用，FFT 有效地提高了離散傅立葉變換(Discret Fourier Transform，DFT)的運算效率。 處理器一般要求具有高速度、高精度、大容量和實時處理的性能，而現場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)是近年來迅速發展起來的新型可編程器件，在處理大規模數據方面，有極大的優勢。論文采用了在FPGA中實現FFT算法的方案。 數字信號處理板的硬件電路設計是本論文的重要部分之一。在介紹了FFT以及波束形成的基本原理和基本方法的基礎上，根據實時處理的要求，給出了數字信號處理板的硬件設計方案并對硬件電路的實現進行了分析和說明。 依據數字系統的設計方法，分別采用基二按時間抽取FFT算法、基四按時間抽取FFT算法以及FFT兆核函數三種方法利用硬件描述語言(VHSICHardware Description Language，VHDL)實現了1024點的FFT，接著對三種方法進行了評估，得出了FPGA完全能滿足處理器的實時處理的要求的結論。然后根據通用串行總線(Universial Serial Bus，USB)協議，利用VHDL語言編寫了USB接口芯片ISP1581的固件程序，實現了設備的枚舉過程。
上傳時間： 2013-08-01
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激光測距是隨著激光技術的出現而發展起來的一種精密測量技術，因其良好的精確度特性廣泛地應用在軍事和民用領域。但傳統的激光測距系統大多采用分立的單元電路搭建而成，不僅造成了開發成本較高，電路較復雜，調試困難等諸多問題，而且這種系統體積和重量較大，嚴重阻礙了激光測距系統的普及應用，因此近年來激光測距技術向著小型化和集成化的方向發展。本文就旨在找出一種激光測距的集成化方案，將激光接收電路部分集成為一個專用集成電路，使傳統的激光測距系統簡化成三個部分，激光器LD、接收PD和一片集成電路芯片。 本文設計的激光測距系統基于相位差式激光測距原理，綜合當前所有的測相技術，提出了一種基于FPGA的芯片運用DCM的動態移相功能實現相位差測量的方法。該方法實現起來方便快捷，無需復雜的過程計算，不僅能夠達到較高的測距精度，同時可以大大簡化外圍電路的設計，使測距系統達到最大程度的集成化，滿足了近年來激光測距系統向小型化和集成化方向發展的要求，除此，該方法還可以減少環境因素對測距誤差的影響，降低測距系統對測試環境的要求。本論文的創新點有： 1.基于方波實現激光的調制和發射，簡化了復雜的外圍電路設計； 2.激光測距的數據處理系統在一片FPGA芯片上實現，便于系統的集成。 在基于DCM的激光測距方案中，本文詳細的敘述了利用DCM測相的基本原理，并給出了由相位信息得到距離信息的計算過程，然后將利用不同測尺測得的結果進行合成，并最終將距離的二進制信息轉換成十進制顯示出來。本文以Xilinx公司Virtex-II Pro開發板做為開發平臺，通過編程和仿真驗證了該測距方案的可行性。在采用多次測量求平均值的情況下，該測距方案的測距精度可以達到3mm，測距量程可達100m。該方案設計新穎，可將整個的數據處理系統在FPGA芯片中實現，為最終的專用集成芯片的設計打下了基礎，有利于測距系統的集成單片化。
上傳時間： 2013-06-20
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信號發生器是控制系統的重要組成部分。研制出較高精度、可靠性、可調參數的數字量信號發生器，對于促進我國航空、航天、國防以及工業自動化等領域的發展均有重要意義。本文以直接頻率合成和偽隨機碼的設計與實現為中心，對擴頻通信的基本理論、信號源的結構、載波調制等問題進行了深入的分析和研究，并給出了模塊的硬件實現方案。 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。論文介紹了FPGA技術的發展和應用，包括VHDL語言的基本語法結構和FPGA器件的開發設計流程等等。詳細地分析了各類頻率合成器的基礎上提出采用直接數字式頻率合成原理(DDS)實現低相位噪聲、高分辨率、高精度和高穩定度的信號源。研究了測距偽隨機碼的原理，確定選用移位序列作為系統的擴頻碼序列，并選取了符合本系統使用的移位序列擴頻碼。分別給出并分析了相應的FPGA硬件實現電路。 對于載波調制這一關鍵技術，提出了采用二進制相移鍵控相位選擇法并相應作了硬件實現。最后給出具體設計實現了的信號發生器的輸出波形。經實驗室測試，設計的信號發生器滿足要求，且結構簡單、工作可靠、重量輕、體積小，具有良好的應用前景。
上傳時間： 2013-04-24
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擴頻通信技術是信息時代的三大高技術通信傳輸方式之一，與常規的通信技術相比。具有低截獲率、強抗噪聲、抗干擾性，具有信息隱蔽和多址通信等特點，目前已從軍事領域向民用領域迅速發展。在民用化之后，它被迅速推廣到各種公用和專用通信網絡之中，如衛星通信、數據傳輸、定位、測距等系統中。 擴頻通信技術中，最常見的是直接序列擴頻通信(DSSS)系統，然而目前專用擴頻芯片大部分功能都已固化。缺少產品開發的靈活性。其次，目前用FPGA與DSP相結合實現的直接序列擴頻的收發系統比較多，系統復雜且成本高。另外，現代擴頻通信系統在接收和發送端需要完成許多快速復雜的信號處理，這對電路的可靠性和處理速度提出了更高的要求。因此，設計一個全部用FPGA技術實現的擴頻通信收、發系統具有較強的實際應用價值。 根據FPGA的高速并行處理能力和全硬件實現的特點，采用直接序列擴頻技術，借助QuartusⅡ6.0及Protel99se工具，完成了系統的軟件仿真和硬件電路設計。實驗結果表明，比用傳統的FPGA與DSP相結合實現方式，提高了處理速度，減少了硬件延時。同時采用了流水線技術，提高了系統并行處理的能力。并且系統功能可以通過程序來修改和升級，與專用擴頻芯片相比，具有很大的靈活性。所有模塊都集成在一個芯片中，提高了系統的穩定性和可靠性。
上傳時間： 2013-05-18
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激光測距是一種非接觸式的測量技術，已被廣泛使用于遙感、精密測量、工程建設、安全監測以及智能控制等領域。早期的激光測距系統在激光接收機中通過分立的單元電路處理激光發、收信號以測量光脈沖往返時間，使得開發成本高、電路復雜，調試困難，精度以及可靠性相對較差，體積和重量也較大，且沒有與其他儀器相匹配的標準接口，上述缺陷阻礙了激光測距系統的普及應用。 本文針對激光測距信號處理系統設計了一套全數字集成方案，除激光發射、接收電路以外，將信號發生、信號采集、綜合控制、數據處理和數據傳輸五個部分集成為一塊專用集成電路。這樣就不再需要DA轉換和AD轉換電路和濾波處理等模塊，可以直接對信號進行數字信號處理。與分立的單元電路構成的激光測距信號處琿相比，可以大大降低激光測距系統的成本，縮短激光測距的研制周期。并且由于專用集成電路帶有標準的RS232接口，可以直接與通信模塊連接，構成激光遙測實時監控系統，通過LED實時顯示測距結果。這樣使得激光測距系統只需由激光器LD、接收PD和一片集成電路組成即可，提出了橋梁的位移監測技術方法，并設計出一種針對橋梁的位移監測的具有既便攜、有效又經濟實用的監測樣機。 本文基于xil inx公司提供的開發環境(ise8.2)、和Virtex2P系列XC2VP30的開發版來設計的，提出一種基于方波的利用DCM(數字時鐘管理器)檢相的相位式測距方法；采用三把側尺頻率分別是30MHz、3MHz、lOkHz，對應的測尺長度分別為5米、50米和15000米，對應的精度分別為±0.02米、±0.5米和±5米。設計了一套激光測距全數字信號處理系統。為了證明本系統的準確性，另外設計了一套利用延時的方法來模擬激光光路，經過測試，證明利用DCM檢相的相位式測距方法對于橋梁的位移監測是可行的，測量精度和測量結果也滿足設計方案要求。
上傳時間： 2013-06-12
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正交頻分復用(OFDM)技術是一種多載波數字調制技術，具有頻譜利用率高、抗多徑干擾能力強、成本低等特點，適合無線通信的高速化、寬帶化及移動化的需求，將成為下一代無線通信系統(4G)的核心調制傳輸技術。 本文首先描述了OFDM技術的基本原理。對OFDM的調制解調以及其中涉及的特性和關鍵技術等做了理論上的分析，指出了OFDM區別于其他調制技術的巨大優勢；然后針對OFDM中的信道估計技術，深入分析了基于FFT級聯的信道估計理論和基于聯合最大似然函數的半盲分組估計理論，在此基礎上詳細研究描述了用于OFDM系統的迭代的最大似然估計算法，并利用Matlab做了相應的仿真比較，驗證了它們的有效性。 而后，在Matlab中應用Simulink工具構建OFDM系統仿真平臺。在此平臺上，對OFDM系統在多徑衰落、高斯白噪聲等多種不同的模型參數下進行了仿真，并給出了數據曲線，通過分析結果可正確評價OFDM系統在多個方面的性能。 在綜合了OFDM的系統架構和仿真分析之后，設計并實現了基于FPGA的OFDM調制解調系統。首先根據802.16協議和OFDM系統的具體要求，設定了合理的參數；然后從調制器和解調器的具體組成模塊入手，對串/并轉換，QPSK映射，過采樣處理，插入導頻，添加循環前綴，IFFT/FFT，幀同步檢測等各個模塊進行硬件設計，詳細介紹了各個模塊的設計和實現過程，并給出了相應的仿真波形和參數說明。其中，針對定點運算的局限性，為系統設計并自定義了24位的浮點運算格式，參與傅立葉反變換和傅立葉變換的運算，在系統參數允許的范圍內，充分利用了有限資源，提高了系統運算精度；然后重點描述了基于FPGA的快速傅立葉變換算法的改進、優化和設計實現，針對原始快速傅立葉變換FPGA實現算法運算空閑時間過多，資源占用較大的問題，提出了帶有流水作業功能、資源占用較少的快速傅立葉變換優化算法設計方案，使之運用于OFDM基帶處理系統當中并加以實現，結果滿足系統參數的需求。最后以理論分析為依據，對整個OFDM的基帶處理系統進行了系統調試與性能分析，證明了設計的可行性。 綜上所述，本文完成了一個基于FPGA的OFDM基帶處理系統的設計、仿真和實現。本設計為OFDM通信系統的進一步改進提供了大量有用的數據。
上傳時間： 2013-04-24
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本文以Turbo碼編譯碼器的FPGA實現為目標，對Turbo碼的編譯碼算法和用硬件語言將其實現進行了深入的研究。 首先，在理論上對Turbo碼的編譯碼原理進行了介紹，確定了Max-log-MAF算法的譯碼算法，結合CCSDS標準，在實現編碼器時，針對標準中給定的幀長、碼率與交織算法，以及偽隨機序列模塊與幀同步模塊，提出了相應解決方案；而在相應的譯碼器設計中，采用了FPGA設計中“自上而下”的設計方法，權衡硬件實現復雜度與處理時延等因素，優先考慮面積因素，提高元件的重復利用率和降低電路復雜度，來實現Turbo碼的Max-log-MAP算法譯碼。把整個系統分割成不同的功能模塊，分別闡述了實現過程。 然后，基于Verilog HDL 設計出12位固點數據的Turbo編譯碼器以及仿真驗證平臺，與用Matlab語言設計的相同指標的浮點數據譯碼器進行性能比較，得到該設計的功能驗證。 最后，研究了Tuxbo碼譯碼器幾項最新技術，如滑動窗譯碼，歸一化處理，停止迭代技術結合流水線電路設計，將改進后的譯碼器與先前設計的譯碼器分別在ISE開發環境中針對目標器件xilinx Virtex-Ⅱ500進行電路綜合，證實了這些改進技術能有效地提高譯碼器的吞吐量，減少譯碼時延和存儲器面積從而降低功耗。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著技術的飛速發展，電力電子裝置如變頻設備、變流設備等容量日益擴大，數量日益增多。由于非線性器件的廣泛使用，使得電網中的諧波污染日益嚴重，給電力系統和各類用電設備帶來危害，輕則增加能耗，縮短設備使用壽命，重則造成用電事故，影響安全生產，電力諧波已經成為電力系統的公害。除了傳統的濾波方法，例如，無源濾波、改變系統的拓補結構來抑制諧波外，人們已廣泛應用有源濾波器(APF)來消除注入電網的諧波，而實現有源濾波策略的前提就是能夠實時、精確地檢測出諧波電流。諧波檢測是諧波研究中的一個重要的分支，是解決其他相關諧波問題的基礎，因此進行諧波檢測的研究具有重要的理論意義和實用價值。設計一種精度高、實時性好且適用范圍寬的諧波電流檢測方法是國內外眾多學者致力研究的目標。 本文主要從諧波檢測理論和實現方法上探討了高精度、高實時性諧波檢測數字系統的相關問題。論文中闡述了電力系統諧波的相關概念和產生原理，并分析了電力諧波的特點，對國內外各種諧波檢測方法進行了分析和研究。在檢測理論上，本文采用FFT理論來計算諧波含量，研究了Radix-2 FFT在諧波檢測中的應用，綜述了可編程元器件的發展過程、工藝發展及目前的應用情況，并介紹了一種主流硬件描述語言VHDL。最后以FPGA芯片XC2S200為硬件平臺，以ISE6.0為軟件平臺，利用VHDL語言描述的方式實現了512點16Bit的快速傅立葉變換系統，并進行了仿真、綜合等工作。仿真結果表明其計算結果達到了一定的精度，運行速度可以滿足一般實時信號處理的要求。
上傳時間： 2013-06-02
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在衛星通信、移動通信技術快速發展的今天，短波這一最古老和傳統的通信方式不僅沒有被淘汰，還在快速發展。其通信距離遠、設備簡單以及移動方便等優點被廣泛應用于無線通信領域。 數字調制技術作為通信領域中極為重要的一個方面，也得到了迅速發展。全數字調制解調技術的使用使各類現代調制解調技術融合一體，目前國內多速率/多制式調制解調大多基于通用．DSP實現，支持的速率比較低。由于運算量大和硬件參數的限制，采用通用DSP無法勝任高速率調制解調的任務。現代FPGA可以提供支持以低系統丌銷、低成本實現高速乘．累加超前進位鏈的DSP算法。本文采用理論與實踐相結合的方式研究基于FPGA技術來實現短波數字信號的調制解調。通過對具體的FPGA系統設計與調試，將理論應用到實際中。 本文通過具體的EPlC60240C8芯片作為處理器的FPGA實驗板，研究了短波數字信號調制解調的設計與丌發過程。分析了現代通信的各種調制方式．誤碼率。得出了不同的調制方式的優劣性。最后重點提出了QPSK的調制解調方法。給出了Qf'SK的調制解調框圖、QPSK的SystemView系統仿真、VHDL程序進行調制解調，在OUARTUS上進行仿真。然后設計AD/DA輸入輸出電路，對短波數字信號進行調制解調。通過設計的AD/DA電路輸入短波數字信號進行調制解調，然后輸出原始的模擬信號。文中還對比了其他的調制解調方式，通過對比，發現不同的調制解調方式對短波信號的影響。最后，通過比較FPGA與DSP在處理高速率、大容量的數字信號，得出不同的結論。展示了FPGA在這方面的優越性。
上傳時間： 2013-06-05
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