隨著網絡技術和通信技術的突飛猛進,人們對通信的保密性能,抗干擾能力的要求越來越高,而且對信息隱蔽、多址保密通信等特性提出了更高的要求。這些要求的實現都離不開擴頻通信技術的應用,而擴頻通信芯片作為擴頻通信網絡的核心器件,自然也成了研究的重點。本論文旨在借鑒國內外相關研究成果,并以家庭電力線通信環境為背景,驗證了一種CDMA碼分多址通信的實現方案,并通過智能家庭系統展示了其應用效果。 本課題以構建家庭電力載波通信網絡為目標,首先,以兩塊Cyclone系列FPGA開發板為基礎,分別作為發送單元和接收單元,構建了系統的硬件開發平臺;以QuartusⅡ 7.2為開發環境,運用Verilog硬件描述語言,編寫擴頻模塊和解擴模塊,并且進行了測試、仿真和綜合,驗證了通過專用芯片實現擴頻通信系統的可行性。應用方面,采用電力線載波通信芯片,提出了一種由智能插線板和嵌入式網關構成的家電控制系統。用戶通過WEB方式登陸嵌入式網關,智能插線板能夠在嵌入式網關的控制下控制電器的電源、發送紅外遙控指令,實現對家電的遠程遙控。使用兩塊FPGA開發板,實現了擴頻通信基本收發是本設計得主要成果;將擴頻通訊技術、嵌入式Web技術引入到智能家庭系統的設計當中是本文的一個特點。 仿真和實驗表明:采用電力線載波通信芯片組建家庭網絡的方案可行,由智能插線板和嵌入式網關構成的家電控制系統能靈活、便捷地實施家電控制,并具有一定的節能效果。
上傳時間: 2013-06-17
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通用異步收發器UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)是廣泛使用的串行傳輸協議。串行外設用到異步串行接口一般采用專用集成電路實現。但是這類芯片一般包含許多輔助模塊,而時常不需要使用完整的UART的功能和輔助功能,或者當在FPGA上設計時,需要將UART功能集成到FPGA內部而不能使用芯片。藍牙主機控制器接口則是實現主機設備與藍牙模塊之間互操作的控制部件。當在使用藍牙設備的時候尤其是在監控場所,接口控制器在控制數據與計算機的傳輸上就起了至關重要的作用。 論文針對信息技術的發展和開發過程中的實際需要,設計了一個藍牙HCI-UART(Host Controller Interface-Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)控制接口的模塊。使用VHDL將其核心功能集成,既可以單獨使用,也可集成到系統芯片中,并且整個設計緊湊、穩定且可靠,其用途廣泛,具有一定的使用價值。 本設計采用TOP-DOWN設計方法,整體上分為UART接口和藍牙主機控制器接口兩部分。首先根據UART和藍牙主機控制器接口的實現原理和設計指標要求進行系統設計,對系統劃分模塊以及各個模塊的信號連接;然后進行模塊設計,設計出每個模塊的功能,并用VHDL語言編寫代碼來實現模塊功能;再使用ISE8.2I自帶的仿真器對各模塊進行功能仿真和時序仿真;最后進行硬件驗證,在Virtex-II開發板上對系統進行功能驗證。實現了發送、接收和波特率發生等功能,驗證了結果,表明設計正確,功能良好,符合設計要求。
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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隨著科學技術的不斷發展,視頻圖像處理的應用越來越廣泛,各種圖像處理算法日趨成熟,相關的硬件技術更是不斷推陳出新?,F代大規模集成電路VLSI技術的迅猛發展為視頻圖像處理技術提供了硬件基礎。其中,現場可編程門陣列FPGA用于嵌入式視頻圖像處理有其獨特優勢。FPGA高性能、高集成度、低功耗的特點不僅使其具備高速CPU的性能,而且其可編程性使得設計者可以方便的通過對邏輯結構的修改和配置,完成對系統的升級。 本文根據FPGA的并行處理特點,以及其在實時圖像處理方面的優勢,進行了基于FPGA的全景圖像處理系統的設計。在設計過程中,廣泛查閱了相關資料,通過分析系統的功能,進行具體器件的選型,最后確定紅色颶風Ⅱ代開發板及其擴展板作為本系統的硬件開發平臺。然后通過編寫相應的驅動程序(I2C總線控制器、SDRAM控制器),應用程序(視頻數據接收與存儲邏輯模塊),實現系統圖像采集、存儲的功能。本文的所有邏輯模塊均采用Verilog HDL語言進行描述設計。 本文最后對系統進行了調試。經實驗驗證,系統達到了圖像實時采集、存儲的功能,能進行正確可靠的工作。該系統為后續的圖像處理打下了堅實的基礎,同時整個系統的邏輯模塊資源消耗只占FPGA(EP1C12)的百分之幾,剩余資源還可以來用作一些硬件算法。
上傳時間: 2013-07-02
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渦流無損檢測技術作為五大常規無損檢測技術之一,不僅能夠探測導體表面的涂層厚度,材料成分,組織狀態以及某些物理量和機械量,還能檢測材料或構件中是否有缺陷并判斷缺陷的形狀、大小、分布、走向。脈沖渦流無損檢測技術因其激勵信號的頻域特點,具有有效率高,檢測準確的特性,因而有著廣泛的應用前景。 用無損檢測方法進行鋼鐵材質檢測的研究工作取得了大量成果,然而對于鋼材及其制品的混料、硬度和裂紋質量檢測還存在許多難題,如用傳統檢測方法檢測齒輪毛坯的硬度效果不夠理想,而且人工記錄方法較慢。 本文以渦流檢測技術理論為基礎,系統地分析了脈沖渦流檢測的基本理論。在此基礎上設計了一套用于檢測鋼鐵材硬度的脈沖渦流檢測儀器。該脈沖渦流檢測系統可分為硬件、軟件兩個子系統。整個系統由激勵源、渦流傳感器、數據處理、結果顯示這四個主要部分組成。在渦流探傷中,影響渦流的因素很多,產生大量噪聲使得信號分析相對困難。系統以FPGA為開發平臺,使得信號激勵和信號的采集可以在同一電路中實現,從而提高了信號處理的精確性,接著利用主成分分析方法去除噪音,提取信號的特征值,建立回歸方程,利用最小二乘法實現對鋼鐵材質硬度的測量。實驗結果表明,以FPGA為開發平臺,采用脈沖渦流激勵的方式及相關的脈沖渦流的主成分分析處理方法,使鋼鐵材質硬度的判別準確率有了很大提高。
上傳時間: 2013-04-24
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數字射頻存儲器(Digital Radio FreqlJencyr:Memory DRFM)具有對射頻信號和微波信號的存儲、處理及傳輸能力,已成為現代雷達系統的重要部件。現代雷達普遍采用了諸如脈沖壓縮、相位編碼等更為復雜的信號處理技術,DRFM由于具有處理這些相干波形的能力,被越來越廣泛地應用于電子對抗領域作為射頻頻率源。目前,國內外對DRFM技術的研究還處于起步階段,DRFM部件在采樣率、采樣精度及存儲容量等方面,還不能滿足現代雷達信號處理的要求。 本文介紹了DRFM的量化類型、基本組成及其工作原理,在現有的研究基礎上提出了一種便于工程實現的設計方法,給出了基于現場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array FPGA)實現的幅度量化DRFM設計方案。本方案的采樣率為1 GHz、采樣精度12位,具體實現是采用4個采樣率為250 MHz的ADC并行交替等效時間采樣以達到1 GHz的采樣率。單通道內采用數字正交采樣技術進行相干檢波,用于保存信號復包絡的所有信息。利用FPGA器件實現DRFM的控制器和多路采樣數據緩沖器,采用硬件描述語言(Very High Speed}lardware Description Language VHDL)實現了DRFM電路的FPGA設計和功能仿真、時序分析。方案中采用了大量的低壓差分信號(Low Voltage Differential Signaling LVDS)邏輯的芯片,從而大大降低了系統的功耗,提高了系統工作的可靠性。本文最后對采用的數字信號處理算法進行了仿真,仿真結果證明了設計方案的可行性。 本文提出的基于FPGA的多通道DRFM系統與基于專用FIFO存儲器的DRFM相比,具有更高的性能指標和優越性。
上傳時間: 2013-06-01
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溫度是生活中最基本的環境參數。溫度的監測與控制,對于生物生存生長,工業生產發展都有著非同一般的意義。溫度傳感器的應用涉及機械制造、工業過程控制、汽車電子產品、消費電子產品和專用設備等各個領域。傳統的常用溫度傳感器有熱電偶、電阻溫度計RTD和NTC熱敏電阻等。但信號調理,模數轉換及恒溫器等功能全都會增加成本?,F代集成溫度傳感器通常包含這些功能,并以其低廉的價格迅速地占據了市場。Dallas Semiconductor公司推出的數字式溫度傳感器DS1820采用數字化一線總線技術具有許多優異特性。其一,它將控制線、地址線、數據線合為一根導線,允許在同一根導線上掛接多個控制對象,形成多點一線總線測控系統。布線施工方便,成本低廉。其二,線路上傳送的是數字信號,所受干擾和損耗小,性能好。本課題旨在分析和設計基于數字化一線總線技術的溫度測控系統。本系統采用FPGA實現一個溫度采集控制器,用于傳感器和上位機的連接,并采用Microsoft公司的Visual C++作為開發平臺,運用MSComm控件進行串口通信,進行命令的發送和接收。
上傳時間: 2013-07-29
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指紋識別作為生物特征識別的一種,在身份識別上有著其他手段不可比擬的優越性:人的指紋具有唯一性和穩定性;隨著指紋傳感器性能的提高和價格的降低.指紋的采集相對容易;指紋識別算法已經比較成熟
上傳時間: 2013-07-28
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隨著數字圖像處理的應用領域不斷擴大,實時處理技術成為研究的熱點。VLSI技術的迅猛發展為數字圖像實時處理技術提供了硬件基礎。其中FPGA(現場可編程門陣列)的特點使其在圖像采集和處理方面的應用顯得更加經濟、靈活、方便。 本文設計了一種以FPGA為工作核心,并實現了PCI接口的圖像采集壓縮系統。整個系統采用了自頂向下的設計方案,先把系統分成了三大塊,即圖像采集、PCI接口和圖像壓縮,然后分別設計各個大模塊中的子模塊。 首先,利用FPGA對專用視頻轉換器SAA7111A進行控制,因為SAA7111A是采用IC總線模塊,從而完成了對SAA7111A的控制,并通過設計圖像采集模塊、讀/寫數據模塊、總線管理模塊等,實現把標準的模擬視頻信號轉換成數字視頻信號并采集的功能。 其次,在了解PCI規范的前提下,深入地分析了PCI時序和地址配置空間等,設計了簡化邏輯的狀態機,并用VHDL硬件描述語言設計了程序,完成了簡化邏輯的PCI接口設計在FPGA芯片內部的實現,達到了一33MHz、32位數據寬度、支持猝發傳輸的PCI從設備模塊的接口功能,與傳統的使用PCI專用接口芯片來實現的PCI接口比較來看,更加節約了系統的邏輯資源,降低了成本,增加了設計的靈活性。 再次,設計了WINDOWS下對PCI接口的驅動程序。驅動程序可以選擇不同的方法來完成,當然每個方法都有自己的特點,對幾種主要設計驅動程序的方法作以比較之后,本文選擇了使用DRIVER WORKS工具來完成。通過對配置空間的設計、系統端口和內存映射的設計、中斷服務的設計等,用VC++語言編寫了驅動程序。 最后,考慮到增加系統的實用性和完備性,還填加設計了圖像的壓縮部分。這部分需要完成的工作是在上述系統完成后,再額外地把采集來的視頻數據通過另一路數據通道按照一定的格式壓縮后存儲到硬盤中。本系統中,這部分設計是利用Altera公司提供的IP核來完成壓縮的,同時還用VHDL語言在FPGA上設計了IDE硬盤接口,使壓縮后的數據存儲到硬盤中。
上傳時間: 2013-06-01
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在船舶交管系統中,雷達信息處理是最重要的組成部分。視頻回波處理中的雜波處理要求實時性很高,大約要在一個距離單元的時間(0.05-0.1us)內完成。雜波處理如恒虛警處理本身比較復雜,這類處理過程又要求快速,圖像顯示系統要求及時的把接收到的雷達方位數據從極坐標轉換成直角坐標。在軟件上實現這些算法雖然精度可以達到,但是實時性問題不能滿足。因此這類問題多采用高速專用數字設備來實現。FPGA在數字信號處理領域有非常廣闊的應用前景,以其優良的性能在數字信號處理中發揮了重大的作用。CORDIC算法可以在硬件上以很高的精度實現一些函數和運算。針對以上幾點,本文提出了利用CORDIC算法,基于FPGA來實現雷達信號處理和圖像顯示的算法研究,用硬件來實現正弦、余弦、正切、乘法、除法、指數和對數等基本函數和運算,把他們設計成為可重用的IP core,這樣可以滿足實時性和精度的問題。從而在將來的算法研究中方便的調用,這樣在算法研究中可以節約大量的時間,在一定程度上降低研究的難度。 圍繞雷達信號處理和圖像顯示,本次課題設計主要做了如下工作: 1.對CORDIC算法進行分析和研究,以及它在雷達信號處理和圖像顯示中的影響。 2.成功用硬件描述語言在Xilinx公司軟件ISE的環境下編寫代碼,在Synplify和Modelsim上做了綜合和仿真。 3.對實驗結果進行精度和速度分析。 4.對雷達信號處理和圖像顯示的相關算法進行分析和研究。 5.從實例分析IP core的特點,對算法研究的影響和IP core在雷達信號處理和圖像顯示中的應用。 最終在實踐環節,成功利用CORDIC算法,在FPGA上實現可重用的IP core,這些IP core能夠以很高的精度實現一些基本函數和運算,在雷達信號處理與圖像顯示中起到很大的作用。
上傳時間: 2013-07-16
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