近年來，隨著生物識別技術(shù)的興起，虹膜識別技術(shù)被日益關(guān)注。由于虹膜識別技術(shù)對個體識別具有高度的可靠性，已成為目前生物識別中最有發(fā)展前景的識別技術(shù)之一。與其它生物識別技術(shù)相比，虹膜識別技術(shù)具有唯一性、穩(wěn)定性、非侵犯性、不易偽造性和活體特性等優(yōu)勢。因此，虹膜識別技術(shù)具有廣闊的使用前景和很好的經(jīng)濟效益，越來越受到國內(nèi)外有關(guān)研究人員的重視。 目前，虹膜識別產(chǎn)品大多都是基于PC平臺的，在便攜性、穩(wěn)定性和安全性方面還存在一些問題。為了克服以上的缺點，本文構(gòu)架了基于DSP和FPGA的嵌入式虹膜識別硬件平臺，使虹膜識別技術(shù)可應(yīng)用與更多的領(lǐng)域。 本文的主要工作如下： 1．設(shè)計了一個嵌入式硬件系統(tǒng)，包括DSP處理器、FPGA、COMS圖像傳感器、人機交互接口和通信接口。同時，還編寫了各硬件模塊的驅(qū)動程序。另外，由于系統(tǒng)中DSP工作頻率為300Mhz，另外有些器件工作在100Mhz，因此本文還給出了一些信號完整性分析和PCB設(shè)計經(jīng)驗。 2．在FPGA設(shè)計中，編寫Verilog程序，完成了虹膜圖像采集模塊、乒乓存儲器切換模塊、圖像采樣模塊以及將采樣后的圖像顯示在TFT彩色液晶上的模塊，最終實現(xiàn)了虹膜圖像實時顯示系統(tǒng)。此外，還設(shè)計實現(xiàn)了用于和DSP通信的HPI接口模塊。 3．完成了部分系統(tǒng)應(yīng)用程序設(shè)計。在使用DSP/BIOS實時操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上設(shè)計了各系統(tǒng)任務(wù)，通過調(diào)用驅(qū)動程序控制和協(xié)調(diào)各硬件模塊，實現(xiàn)了虹膜識別功能。 最終，本文實現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計，本設(shè)計可以快速有效的進行虹膜識別。同時，由于本系統(tǒng)采用模塊化的軟硬件設(shè)計技術(shù)，使系統(tǒng)便于快速應(yīng)用于各種場合。
上傳時間： 2013-04-24
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直接數(shù)字頻率合成(DDS)是七十年代初提出的一種新的頻率合成技術(shù)，其數(shù)字結(jié)構(gòu)滿足了現(xiàn)代電子系統(tǒng)的許多要求，因而得到了迅速的發(fā)展。現(xiàn)場可編程門陣列器件(FPGA)的出現(xiàn)，改變了現(xiàn)代電子數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計方法，提供了一種全新的設(shè)計模式。本論文結(jié)合這兩項技術(shù)，并利用單片機控制靈活的特點，開發(fā)了一種雙通道波形發(fā)生器。在實現(xiàn)過程中，選用了Altera公司的EP1C6Q240C8芯片作為產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)的主芯片，充分利用了該芯片的超大集成性和快速性。在控制芯片上選用ATMAL的AT89C51單片機作為控制芯片。本設(shè)計中，F(xiàn)PGA芯片的設(shè)計和與控制芯片的接口設(shè)計是一個難點，本文利用Altera的設(shè)計工具Quartus Ⅱ并結(jié)合Verilog-HDL語言，采用硬件編程的方法很好地解決了這一問題。 本文首先介紹了波形發(fā)生器的研究背景和DDS的理論。然后詳盡地敘述了用EP1C6Q240C8完成DDS模塊的設(shè)計過程，這是設(shè)計的基礎(chǔ)。接著分析了整個設(shè)計中應(yīng)處理的問題，根據(jù)設(shè)計原理就功能上進行了劃分，將整個儀器功能劃分為控制模塊、外圍硬件、FPGA器件三個部分來實現(xiàn)。然后就這三個部分分別詳細地進行了闡述。并且通過系列實驗，詳細地分析了該波形發(fā)生器的功能、性能、實現(xiàn)和實驗結(jié)果。最后，結(jié)合在設(shè)計中的一些心得體會，提出了本設(shè)計中的一些不足和改進意見。通過實驗說明，本設(shè)計達到了預(yù)定的要求，并證明了采用軟硬件結(jié)合，利用FPGA實現(xiàn)基于DDS架構(gòu)的雙路波形發(fā)生器是可行的。
上傳時間： 2013-04-24
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為了滿足外圍設(shè)備之間、外圍設(shè)備與主機之間高速數(shù)據(jù)傳輸，Intel公司于1991年提出PCI(Peripheral Component Interconnect)總線的概念，即周邊器件互連。因為PCI總線具有極高的數(shù)據(jù)傳輸率，所以在數(shù)字圖形、圖像和語音處理以及高速數(shù)據(jù)采集和處理等方面得到了廣泛的應(yīng)用。 本論文首先對PCI總線協(xié)議做了比較深刻的分析，從設(shè)計要求和PCI總線規(guī)范入手，采用TOP-DOWN設(shè)計方法完成了PCI總線接口從設(shè)備控制器FPGA設(shè)計的功能定義：包括功能規(guī)范、性能要求、系統(tǒng)環(huán)境、接口定義和功能描述。其次從簡化設(shè)計、方便布局的角度考慮，完成了系統(tǒng)的模塊劃分。并結(jié)合設(shè)計利用SDRAM控制器來驗證PCI接口電路的性能。 然后通過PCI總線接口控制器的仿真、綜合及硬件驗證的描述介紹了用于FPGA功能驗證的硬件電路系統(tǒng)的設(shè)計，驗證系統(tǒng)方案的選擇，并描述了PCI總線接口控制器的布局布線結(jié)果以及硬件驗證的電路設(shè)計和調(diào)試方法。通過編寫測試激勵程序完成了功能仿真，以及布局布線后的時序仿真，并設(shè)計了PCB實驗板進行測試，證明所實現(xiàn)的PCI接口控制器完成了要求的功能。 最后，介紹了利用驅(qū)動程序開發(fā)工具DDK軟件進行軟件設(shè)計與開發(fā)的過程。完成系統(tǒng)設(shè)計及模塊劃分后，使用硬件描述語言(VHDL)描述系統(tǒng)，并驗證設(shè)計的正確性。
上傳時間： 2013-07-15
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圖像采集系統(tǒng)是數(shù)字圖像信號處理過程中不可缺少的重要部分，它將前端相機所捕獲的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，或者直接從數(shù)字相機中獲取數(shù)字信號，然后通過高速的計算機總線傳回計算機，憑借計算機的強大的運算、數(shù)據(jù)存儲與處理等操作能力，可以方便快捷地對信號進行分析處理，具有人機友好、功能靈活、可移植性強等優(yōu)點。隨著對數(shù)據(jù)傳送速度要求的提高，PCI總線以其高的數(shù)據(jù)傳輸率，即插即用，低功耗等眾多優(yōu)點，得到廣泛的應(yīng)用。本文針對PCI總線接口電路使用的廣泛性，介紹了PLX公司橋接芯片PCI9054主模式的工作原理和中斷機制，采用可編程邏輯器件FPGA實現(xiàn)與PCI9054的本地接口的信號轉(zhuǎn)換，給出了邏輯實現(xiàn)方案和仿真圖。本文針對FPGA中各功能模塊的邏輯設(shè)計進行了詳細分析，并對每個模塊都給出了精確的仿真結(jié)果。同時，文中還在其它章節(jié)詳細介紹了系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計、并行接口設(shè)計、PCI接口設(shè)計、PC端控制軟件設(shè)計以及用于調(diào)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(tǒng)的仿真結(jié)果和測試結(jié)果給出了分析及討論。最后還附上了系統(tǒng)的PCB版圖、FPGA邏輯設(shè)計圖、實物圖及注釋詳細的相關(guān)源程序清單。在文章的軟件設(shè)計部分介紹了WinDriver驅(qū)動開發(fā)工具，利用WinDriver工具，在WindowsXP系統(tǒng)下實現(xiàn)設(shè)備的驅(qū)動程序開發(fā)，完成主模式數(shù)據(jù)傳輸和設(shè)備中斷的功能。
上傳時間： 2013-06-03
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隨著圖像處理技術(shù)和投影技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對高沉浸感的虛擬現(xiàn)實場景提出了更高的要求，這種虛擬顯示的場景往往由多通道的投影儀器同時在屏幕上投影出多幅高清晰的圖像，再把這些單獨的圖像拼接在一起組成一幅大場景的圖像。而為了給人以逼真的效果，投影的屏幕往往被設(shè)計為柱面屏幕，甚至是球面屏幕。當(dāng)圖像投影在柱面屏幕的時候就會發(fā)生幾何形狀的變化，而避免這種幾何變形的就是圖像拼接過程中的幾何校正和邊緣融合技術(shù)。 一個大場景可視化系統(tǒng)由投影機、投影屏幕、圖像融合機等主要模塊組成。在虛擬現(xiàn)實應(yīng)用系統(tǒng)中，要實現(xiàn)高臨感的多屏幕無縫拼接以及曲面組合顯示，顯示系統(tǒng)還需要運用幾何數(shù)字變形及邊緣融合等圖像處理技術(shù)，實現(xiàn)諸如在平面、柱面、球面等投影顯示面上顯示圖像。而關(guān)鍵設(shè)備在于圖像融合機，它實時采集圖形服務(wù)器，或者PC的圖像信號，通過圖像處理模塊對圖像信息進行幾何校正和邊緣融合，在處理完成后再送到顯示設(shè)備。 本課題提出了一種基于FPGA技術(shù)的圖像處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的AiD采集、圖像數(shù)據(jù)在SRAM以及SDRAM中的存取、圖像在FPGA內(nèi)部的DSP運算以及圖像數(shù)據(jù)的D/A輸出。系統(tǒng)設(shè)計的核心部分在于系統(tǒng)的控制以及數(shù)字信號的處理。本課題采用XilinxVirtex4系列FPGA作為主處理芯片，并利用VerilogHDL硬件描述語言在FPGA內(nèi)部設(shè)計了A/D模塊、D/A模塊、SRAM、SDRAM以及ARM處理器的控制器邏輯。 本課題在FPGA圖像處理系統(tǒng)中設(shè)計了一個ARM處理器模塊，用于上電時對系統(tǒng)在圖像變化處理時所需參數(shù)進行傳遞，并能實時從上位機更新參數(shù)。該設(shè)計在提高了系統(tǒng)性能的同時也便于系統(tǒng)擴展。 本文首先介紹了圖像處理過程中的幾何變化和圖像融合的算法，接著提出了系統(tǒng)的設(shè)計方案及模塊劃分，然后圍繞FPGA的設(shè)計介紹了SDRAM控制器的設(shè)計方法，最后介紹了ARM處理器的接口及外圍電路的設(shè)計。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，在鋼鐵材質(zhì)質(zhì)量檢測的研究領(lǐng)域，電磁無損檢測方法以其非破壞性和簡便快速的優(yōu)點取得了大量成果，然而對于鋼材及其制品的混料、硬度和裂紋質(zhì)量檢測還存在許多難題.如用傳統(tǒng)檢測平臺檢測鋼鐵件硬度的檢測精度和速度都不夠理想。 基于上述情況，論文將先進的SOPC技術(shù)應(yīng)用到鋼鐵件的電磁無損檢測中。SOPC技術(shù)將處理器、存儲器、IO接口、各種外圍設(shè)備等系統(tǒng)設(shè)計需要的部件集成到一個可編程邏輯器件上，構(gòu)建成一個可編程的片上系統(tǒng)。 論文詳細論述了基于FPGA的電磁無損檢測試驗裝置的理論基礎(chǔ)，并在此基礎(chǔ)上給出了總體設(shè)計方案。全文著重敘述了系統(tǒng)的模擬部分，系統(tǒng)配置以及軟件部分的整個設(shè)計過程。利用QuartusⅡ自定義外設(shè)和Avalon總線多主并行處理的特點，采用Vefilog HDL，語言實現(xiàn)激勵信號發(fā)生器和高速數(shù)據(jù)采集器，使得信號激勵和信號采集在同一片芯片中實現(xiàn)，從而提高了信號及信號處理的精確度。由于電磁檢測對多種參數(shù)的敏感反應(yīng)，必須抑制由此引入的多種因素的干擾，利用FIR數(shù)字濾波和相關(guān)方法從眾多的干擾信號中提取出有效信號的幅度和相位，同時利用NiosⅡC2H功能對濾波模塊進行硬件加速處理，大大提高了信號處理的速度。利用最小二乘法建立回歸方程模型進行無損檢測。最后運用此電磁無損檢測系統(tǒng)對軸承鋼的硬度進行了定性測試，取得了較好的檢測結(jié)果。 試驗結(jié)果表明，將SOPC技術(shù)應(yīng)用到電磁無損檢測系統(tǒng)中，系統(tǒng)的檢測速度和檢測精度都有所提高，并使得整個系統(tǒng)在規(guī)模、可靠性、性能指標、開發(fā)成本、產(chǎn)品維護及硬件升級等多方面實現(xiàn)了優(yōu)化。
上傳時間： 2013-06-04
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本文介紹了一種基于現(xiàn)場可編程門陣列FPGA器件的電子密碼鎖的設(shè)計方法。重點闡述了紅外遙控電子密碼鎖的整體架構(gòu)設(shè)計；介紹了一種由PT2248作為發(fā)送器，MIM-R1AA 38KHZ紅外一體化接收解調(diào)器作為接收器的紅外遙控系統(tǒng)的構(gòu)建方法；詳細說明了如何運用EDA技術(shù)自頂向下的設(shè)計方法，來實現(xiàn)基于XILINX公司出品的Spartan-3E系列FPGA芯片的紅外遙控解碼、密碼鎖的解鎖、密碼修改、報警提示及液晶顯示等功能。在分析紅外遙控電子密碼鎖各功能模塊時，本論文詳細闡述了各模塊的功能及外部接口信號，給出了各模塊的仿真波形以及整個系統(tǒng)的測試流程和測試結(jié)果。本論文在介紹Spartan-3E系列FPGA芯片的特點和性能的同時，利用Spartan-3E系列的XC3S500芯片中的KCPSM3和自行設(shè)計完成的狀態(tài)機控制器分別實現(xiàn)液晶顯示控制器，通過比較分析得知KCPSM3實現(xiàn)的控制器，在對FPGA的資源利用方面更加合理，實現(xiàn)更加便捷。 本論文利用紅外遙控技術(shù)解鎖，大大提高了電子密碼鎖的安全性能；采用FPGA開發(fā)設(shè)計，所有算法完全由硬件電路來實現(xiàn)，使得系統(tǒng)的工作可靠性大為提高，同時由于FPGA具有在系統(tǒng)可編程功能，當(dāng)設(shè)計需要更改時，只需更改FPGA中的控制和接口電路，利用EDA工具將更新后的設(shè)計下載到FPGA中即可，無需更改外部電路的設(shè)計，大大提高了設(shè)計的效率。因此，采用FPGA開發(fā)的數(shù)字系統(tǒng)，不僅具有很高的工作可靠性，其升級與改進也極其方便。
上傳時間： 2013-06-19
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隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號處理廣泛應(yīng)用于聲納、雷達、通訊語音處理和圖像處理等領(lǐng)域。快速傅立葉變換(Fast Fourier Transform，F(xiàn)FT)在數(shù)字信號處理系統(tǒng)中起著很重要的作用，F(xiàn)FT 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(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA)是近年來迅速發(fā)展起來的新型可編程器件，在處理大規(guī)模數(shù)據(jù)方面，有極大的優(yōu)勢。論文采用了在FPGA中實現(xiàn)FFT算法的方案。 數(shù)字信號處理板的硬件電路設(shè)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(chǔ)上，根據(jù)實時處理的要求，給出了數(shù)字信號處理板的硬件設(shè)計方案并對硬件電路的實現(xiàn)進行了分析和說明。 依據(jù)數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)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(shù)三種方法利用硬件描述語言(VHSICHardware Description Language，VHDL)實現(xiàn)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(jié)論。然后根據(jù)通用串行總線(Universial Serial Bus，USB)協(xié)議，利用VHDL語言編寫了USB接口芯片ISP1581的固件程序，實現(xiàn)了設(shè)備的枚舉過程。
上傳時間： 2013-08-01
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通用異步收發(fā)器UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)是廣泛使用的串行傳輸協(xié)議。串行外設(shè)用到異步串行接口一般采用專用集成電路實現(xiàn)。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(dāng)在FPGA上設(shè)計時，需要將UART功能集成到FPGA內(nèi)部而不能使用芯片。藍牙主機控制器接口則是實現(xiàn)主機設(shè)備與藍牙模塊之間互操作的控制部件。當(dāng)在使用藍牙設(shè)備的時候尤其是在監(jiān)控場所，接口控制器在控制數(shù)據(jù)與計算機的傳輸上就起了至關(guān)重要的作用。 論文針對信息技術(shù)的發(fā)展和開發(fā)過程中的實際需要，設(shè)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(tǒng)芯片中，并且整個設(shè)計緊湊、穩(wěn)定且可靠，其用途廣泛，具有一定的使用價值。 本設(shè)計采用TOP-DOWN設(shè)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(jù)UART和藍牙主機控制器接口的實現(xiàn)原理和設(shè)計指標要求進行系統(tǒng)設(shè)計，對系統(tǒng)劃分模塊以及各個模塊的信號連接；然后進行模塊設(shè)計，設(shè)計出每個模塊的功能，并用VHDL語言編寫代碼來實現(xiàn)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(fā)板上對系統(tǒng)進行功能驗證。實現(xiàn)了發(fā)送、接收和波特率發(fā)生等功能，驗證了結(jié)果，表明設(shè)計正確，功能良好，符合設(shè)計要求。
上傳時間： 2013-04-24
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軟件無線電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器件進行處理，其性能的優(yōu)劣將對整個軟件無線電系統(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，但價格昂貴，靈活性不強，不能充分體現(xiàn)軟件無線電的優(yōu)勢。FPGA工藝發(fā)展迅速，處理能力大大增強，相對于ASIC、DSP來說具有吞吐量高、開發(fā)周期短、可實現(xiàn)在線重構(gòu)等諸多優(yōu)勢。正因為這些優(yōu)點，使得FPGA在軟件無線電的研究和開發(fā)中起著越來越重要的作用。 本次設(shè)計的目標是在一塊FPGA芯片上實現(xiàn)單通道數(shù)字下變頻系統(tǒng)。現(xiàn)階段主要對軟件無線電數(shù)字下變頻器的FPGA實現(xiàn)方法進行了研究分析，重點完成了其主要模塊的設(shè)計和仿真以及初步的系統(tǒng)級驗證。 論文首先對軟件無線電數(shù)字下變頻的國內(nèi)外現(xiàn)狀進行了分析，然后對FPGA實現(xiàn)數(shù)字下變頻設(shè)計的優(yōu)勢作了闡述。在對軟件無線電理論基礎(chǔ)、數(shù)字信號處理的相關(guān)知識深入研究的基礎(chǔ)上重點研究軟件無線電數(shù)字下變頻技術(shù)。對數(shù)字下變頻的NCO、混頻、CIC、HB、FIR模塊的實現(xiàn)方法進行深入研究，在：MATLAB中設(shè)定整體系統(tǒng)方案、完成模塊劃分和接口定義，并對部分模塊建立數(shù)學(xué)模型并仿真、對模塊的性能進行優(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)字下變頻各個模塊的設(shè)計并完成仿真和調(diào)試。結(jié)果表明設(shè)計的思想和結(jié)構(gòu)是正確的，在下一步工作中主要完成系統(tǒng)的板級調(diào)試。
上傳時間： 2013-04-24
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