隨著科學技術的發展，指紋識別技術被廣泛應用到各種不同的領域。對于一般的指紋識別系統，其設計要求具有很高的實時性和易用性，因此識別算法應該具有較低的復雜度，較快的運算速度，從而滿足實時性的要求。所以有必要根據不同的識別算法采用不同的實現平臺，使得指紋識別系統具有較高的可靠性、實時性、有效性等性能要求。 SOPC片上可編程系統和嵌入式系統是當前電子設計領域中最熱門的概念。NiosⅡ是Altera．公司開發的一種采用流水線技術、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入到FPGA內部，與用戶自定義邏輯組建成一個基于FPGA的片上專用系統。 本文在綜合考慮各種應用情況的基礎上，以網絡技術、數據庫技術、指紋識別技術和嵌入式系統技術為理論基礎，提出了一種有效可行的系統架構方案。對指紋識別技術中各個環節的算法和原理進行了深入研究，合理的改進了部分指紋識別算法；同時為了提高系統的實時性，采用NiosⅡ嵌入式處理器和FPGA硬件模塊實現指紋圖像處理主要算法。論文主要包括以下幾個方面： 1、對指紋圖像預處理、特征提取和特征匹配算法原理進行闡述，同時改進了指紋圖像的細化算法，提高了算法的性能，并設計了一套實用的指紋特征數據結構； 2、針對指紋圖像預處理模塊，包括圖像的歸一化、頻率提取、方向提取以及方向濾波，采用基于FPGA的硬件電路的方式實現。實驗結果表明，在保證系統誤識率較低、可靠性高的基礎上，大大提高了系統的執行速度； 3、改變了傳統的單枚指紋識別方法，提出采用多枚指紋唯一標識身份，大大降低了識別系統的誤識率； 4、改進了傳統的基于三角形匹配中獲取基準點的方法，同時結合可變界限盒思想進行指紋特征匹配。 5、結合COM+技術、數據庫技術和網絡技術，開發了后臺指紋特征匹配服務系統，實現了嵌入式指紋識別系統同數據庫的實時信息交換。 實驗結果表明，本文所提出的系統構架方案有效可行，基于FPGA的自動指紋識別系統在速度、功耗、擴展性等方面具有獨特的優勢，擁有廣闊的發展前景。
上傳時間： 2013-08-04
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隨著國民經濟的飛速發展，傳統的電機已無法滿足當前工程的要求，其作用也由過去簡單的起停控制、提供動力上升到要求對其速度、位置、轉矩等進行精確的控制，并能實現快速加速、減速、反轉以及準確停止等，使被驅動的機械運動符合于集的要求。在集成電路、現代電子技術及控制理論飛速發展的今天，電機控制技術也得到了飛快的發展，電機控制器也由模擬分立元件構成的電路向數模混合、全數字方向發展。本論文主要研究了FPGA芯片在電機控制器中的應用。 論文首先對無刷直流電機系統進行了綜合性論述。對系統的組成、及系統中主要部分：如位置傳感器、逆變器和功率器件、供電直流電源進行了較詳細的說明；并且提出了與本研究相關的控制機理和實施方案。 其次，論文對FPGA芯片的特點及配置電路、以及以FPGA-FLEX10K10為核心的控制器電路的組成進行了較詳細的論述；同時對超高速集成電路硬件描述語言(VHDL)的特點和應用進行了研究；并提出了應用FPGA芯片對電機速度進行控制的系統構成及工作原理。 論文還對FPGA芯片與DSP芯片共同完成電機控制的方案進行了論述，利用ALTERA公司的FPGA芯片完成了電機控制器的設計、制造和調試，并在此基礎上分析研究了利用此控制器對無刷直流電機進行調速控制的方法；兩種控制器共同工作，組合方便、功能強大，適合在高精度、高效、寬變速控制的應用場合下，可對電機實現精度更高、策略更復雜的控制。 論文最后還對在具體產品中的應用效果及行了簡單分析。
上傳時間： 2013-08-04
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本文提出了一種基于FPGA的細胞圖像識別系統方案，該系統中FPGA處于核心地位，FPGA采用Altera公司的EP1K100QC208-1芯片，構造專用處理功能，實現彩色圖像灰度化、灰度變換、中值濾波、低通濾波、灰度圖像二值化等算法。這部分處理的數據量非常大，由于采用FPGA處理，產生的時延變得很小；最后系統機進行識別處理的是二值圖像，數據量也很小。所進行的仿真實驗取得了良好的效果，給出了部分源代碼和實驗結果。設計采用VHDL語言描述，并使用電子設計自動化(EDA)工具進行了模擬和驗證。
上傳時間： 2013-04-24
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頻率合成技術廣泛應用于通信、航空航天、儀器儀表等領域。目前，常用的頻率合成技術有直接式頻率合成，鎖相頻率合成和直接數字頻率合成(DDS)。本次設計是利用FPGA完成一個DDS系統并利用該系統實現模擬信號的數字化調頻。 DDS是把一系列數字量形式的信號通過D/A轉換形成模擬量形式的信號的合成技術。主要是利用高速存儲器作查尋表，然后通過高速D/A轉換器產生已經用數字形式存入的正弦波(或其他任意波形)。一個典型的DDS系統應包括：相位累加器，可在時鐘的控制下完成相位的累加；相位碼—幅度碼轉換電路，一般由ROM實現；DA轉換電路，將數字形式的幅度碼轉換成模擬信號。DDS系統可以很方便地獲得頻率分辨率很精細且相位連續的信號，也可以通過改變相位字改變信號的相位，因此也廣泛用于數字調頻和調相。本次數字化調頻的基本思想是利用AD轉換電路將模擬信號轉換成數字信號，同時用該數字信號與一個固定的頻率字累加，形成一個受模擬信號幅度控制的頻率字，從而獲得一個頻率受模擬信號的幅度控制的正弦波，即實現了調頻。該DDS數字化調頻方案的硬件系統是以FPGA為核心實現的。使用Altera公司的ACEX1K系列FPGA，整個系統由VHDL語言編程，開發軟件為MAX+PLUSⅡ。經過實際測試，該系統在頻率較低時與理論值完全符合，但在高頻時，受器件速度的限制，波形有較大的失真。
上傳時間： 2013-06-14
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隨著圖像處理和模式識別技術的進步，基于生物特征的識別技術成為蓬勃發展的高技術之一，根據IBG(InternationalBiometricGroup)組織對生物特征市場的統計和預測，該領域的收入的年增長率30-50％，到2008年，全球總收入將達到46.39億美元。而基于指紋特征的識別技術由于其獨特的可靠性，穩定性，方便快捷的特點，恰好符合了市場的需求。目前指紋識別技術是生物識別領域中應用最廣泛的識別技術，也是研究與應用的一個熱點。 SOPC片上可編程系統和嵌入式系統是當前電子設計領域中最熱門的概念。NiosⅡ是Altera公司開發的一種采用流水線技術、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入FPGA內部，與用戶自定義邏輯結合構成一個基于FPGA的片上系統。與嵌入式硬核相比較，嵌入式軟核具有更大的靈活性。而FPGA的高速性、恰恰滿足了指紋識別系統對速度的要求。 本文對指紋識別技術中各個環節的算法進行了較為深入的研究，結合NiosⅡ嵌入式處理器的特點，對算法進行了合理的選擇與優化，形成了一套完整的指紋識別算法，并提出了一種基于FPGA的指紋識別系統硬件設計方案。 論文的內容主要包括以下幾個方面： 1、對指紋圖像預處理、后處理和匹配算法進行了改進，提高了算法的性能；設計了一種適用于快速匹配的指紋特征數據結構；提出了一套基于特征點匹配的指紋識別算法。實驗結果表明該算法速度快、誤識率較低、可靠性較高，可以滿足實用的要求。 2、本著增加系統集成度、減小系統體積、提高便攜性、降低功耗和成本，同時提升系統的性能的原則，使用Altera公司提供的外圍設備IP核配合NiosⅡ處理器軟核搭建了一個單片嵌入式系統，然后以內嵌NiosⅡ軟核的FPGA和FPS200指紋采集器為核心芯片，外配片外RAM和Flash存儲器以及小鍵盤和LCD顯示屏等器件，設計了一個便攜式指紋識別系統，提出了一套基于FPGA的硬件設計方案。 3、利用NiosⅡ開發板對硬件設計方案進行了初步的驗證，實現了指紋采集芯片FPS200與FPGA的接口，并進行了算法的移植。 實驗結果表明本文所提出的系統設計方案是可行的。基于FPGA的自動指紋識別系統在速度、功耗、體積、擴展性方面有著獨特的優勢，具有廣闊的發展空間。最后提出了對這一設計繼續改進的思路和下一步研究的內容。
上傳時間： 2013-06-07
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本文結合工程需要詳細論述了一種數字相位計的實現方法，該方法是基于FPGA(現場可編程門陣列)芯片運用FFT(快速傅立葉變換)算法完成的。首先，從相位測量的原理出發，分析了傳統相位計的缺點，給出了一種高可靠性的相位檢測實用算法，其算法核心是對采集信號進行FFT變換，通過頻譜分析，實現對參考信號和測量信號初相位的檢測，并同時闡述了FPGA在實現數字相位計核心FFT算法中的優勢。在優化的硬件結構中，利用多個乘法器并行運算的方式加快了蝶形運算單元的運算速度；內置雙端口RAM、旋轉因子ROM使數據存儲的速度得到提高；采用了流水線的工作方式使數據的存儲、運算在時間上達到匹配。整個設計采用VHDL(超高速硬件描述語言)語言作為系統內部硬件結構的描述手段，在Altera的QuartusⅡ軟件支持下完成。仿真結果表明，基于FPGA實現的FFT算法無論在速度和精度上都滿足了相位測量的需要，其運算64點數據僅需27.5us，最大誤差在1％之內。
上傳時間： 2013-06-04
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目前在各行各業中應用種類繁多的測量儀器隨著儀器性能指標要求的逐漸提升以及功能的不斷拓展，對儀器控制系統的實時性和集成化程度等性能的要求也越來越高。目前發展的趨勢是開放式、集成度向芯片級靠攏的高實時性儀器。針對目前傳統的系統設計存在著功能簡單、速度慢、實時性差、對數據的再加工處理能力極為有限等問題，本文根據課題需要提出了一種基于ARM+FPGA架構的高速實時數據采集嵌入式系統方案，應用在小功率半導體測量儀器上。方案采用三星S3C2410的ARM處理器進行管理控制，處理數據，界面顯示；Altera公司的Cyclone系列的1C12 FPGA器件用來進行高速數據采集，提高了系統的實時性和集成化程度。 本文首先給出了ARM+FPGA架構的總體設計。硬件方面，簡要討論了ARM處理器的特點和優勢，FPGA在高速采集和并行性上的優勢，給出了硬件的總體結構和主要部件及相關接口。軟件方面，研究了基于嵌入式Linux的嵌入式系統的構建和BootLoader的啟動以及內核和根文件系統的結構，構建了嵌入式Linux系統包括建立交叉開發環境，修改移植BootLoader和裁減移植Linux內核，并且根據課題實際需要精簡建立了根文件系統。 為了滿足測量儀器的實時性，設計了ARM與FPGA的高速數據采集接口。進行了FPGA內部與ARM接口相關部分的硬件電路設計；通過分析ARM與FPGA內部時序的差異，針對ARM與FPGA內部FIFO時序不匹配的問題，解決了測量儀器中高速數據采集與處理速度不匹配的問題。接著，通過研究Linux設備驅動基本原理和驅動程序的開發過程，設計了Linux下的FPGA數據采集接口驅動程序，并且實現了中斷傳輸。使得FPGA芯片通過高效可靠的驅動程序可以很好的與ARM進行通訊。 最后為了方便用戶操作，進行了人機交互系統的設計。為了降低成本和提高實用性利用FPGA芯片剩余的資源實現了對PS/2鍵盤鼠標接口的控制，應用到系統中，大大提高了人機交互能力；通過比較分析目前比較流行的幾種嵌入式GUI圖形設計工具的優缺點，結合課題的實際情況選擇了MiniGUI作為課題圖形界面的開發。根據具體要求設計了適合測量儀器方面上使用的人機交互界面，并且移植到了ARM平臺上，給測量儀器的使用提供了更好的交互操作。 本課題完成了嵌入式Linux開發環境的建立，針對課題實際硬件電路設計修改移植了bootloader，裁減移植了內核以及根文件系統的建立；設計了FPGA內部硬件電路，解決了接口中ARM與FPGA時序不匹配的問題，實現了ARM與FPGA之間的高速數據采集；設計了高速采集接口在嵌入式Linux下的驅動程序以及中斷傳輸和應用程序；合理設計了適合測量儀器使用的人機交互界面，并巧妙設計了PS/2鍵盤鼠標接口，進一步提高了交互操作。
上傳時間： 2013-06-21
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自上個世紀九十年代以來，我國著名學者、現中國科學院院士、清華大學陳難先教授等人使用無窮級數的Mobius反演公式解決了一系列重要的應用物理中的逆問題，例如費米體系逆問題、信號處理等，開創了應用、推廣數論中的Mobius變換解決物理學中各種逆問題的巧妙方法，其工作在1990年得到了世界著名的《NATURE》雜志的整版專評與高度評價。華僑大學蘇武潯、張渭濱教授等則把Mobius變換的方法應用于幾種常用波形（包括周期矩形脈沖，奇偶對稱方波和三角波等）的傅立葉級數的逆變換運算，得到正、余弦函數及一般周期信號的各種常用波形的信號展開；并求得了與各種常用波形信號函數族相正交的函數族，以用于各展開系數的計算與信息的解調；而后把它們應用到通信系統中，提出了一種新的通信系統，即新型Chen-Mobius通信系統。 在新型通信系統中，把這種正交函數族應用于系統的相干調制解調中，取代傳統通信系統中調制解調所采用的三角正交函數族。正是這種正交函數族使得通信系統的傳輸性能大大提高，保密性加強，而且正交函數族產生很方便。 本文從軟件仿真和硬件實現兩個方面對Chen-Mobius通信系統進行了驗證。首先，利用MATLAB軟件構建Chen-Mobius數字通信系統，通過計算機編程，對Chen-Mobius單路、四路和八路的數字通信系統進行仿真分析，對該系統在不同信噪比情況下的錯誤概率進行了計算，并繪出了信噪比-錯誤概率曲線；其次，在QuartusⅡ軟件平臺上，利用VHDL語言文本輸入和原理圖輸入的方法構建Chen-Mobius數字通信系統，對該系統進行了仿真，包括設計綜合、引腳分配、仿真驗證、時序分析等；再次，在QuartusⅡ軟件仿真的基礎上，在Altera公司的Stratix GX芯片上，實現了硬件的編程和下載，從而完成了Chen-Mobius數字通信系統的FPGA實現；最后，從MATLAB軟件仿真和硬件實現的結果出發，通過分析系統的性能，簡單展望了Chen-Mobius數字通信系統的應用前景。 本文通過軟件仿真得到了Chen-Mobius數字通信系統的信噪比-錯誤概率曲線，從理論上驗證了該系統的強的抗干擾能力；利用FPGA完成了系統的硬件實現，從實際上驗證了該系統的可實現性。從兩方面都可以說明，Chen-Mobius通信系統雖然只是一個新的起點，但它卻預示著光明的應用前景。
標簽： ChenMobius MATLAB FPGA 數字通信系統
上傳時間： 2013-05-19
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VLSI(超大規模集成電路)的快速發展，使得FPGA技術得到了迅猛發展，FPGA的快速發展又為實時圖像處理在算法、系統結構上帶來了新的方法和思路，全景圖像處理是實時圖像處理中一個嶄新的領域，其在視頻監視領域內有廣泛的應用前景。 本文首先介紹了全景圖像處理的發展狀況，課題的主要背景、國內外發展現狀、課題的研究意義、課題的來源和本文的主要研究工作及論文組織結構。然后在第二章中介紹了FPGA的發展，FPGA/CPLD的特點，并介紹了Cyclone Ⅱ系列FPGA的硬件結構，硬件描述語言，開發工具Quartus Ⅱ以及FPGA開發的一般原則。 文章的重點放在了電路板的設計部分，也就是本文的第三章。在介紹電路設計部分之前首先介紹一些高速數字電路設計中的一些概念、高速數字電路設計中常見問題，并對常見問題給出了一般解決方法。 在FPGA電路板設計部分中，對FPGA電路的設計過程作了詳細的說明，其中著重介紹了采用了FBGA封裝的EP2C35芯片的電路設計要點，多層電路板設計要點，FPGA供電管腳的處理注意事項，FPGA芯片中PLL模塊的設計以及FPGA的配置方法，并給出了作者的設計思路。FPGA供電電源也是電路板設計的要點所在，文章中也著重對其進行了介紹，提及了FPGA電源設計指標要求及電壓功耗估計，并根據現有的FPGA電源解決方案提出了設計思路和方法。同時文章中對FPGA芯片外圍器件電路包括圖像采集顯示芯片電路、圖像存儲電路、USB2.0接口電路的設計做了相應的介紹。最終目的就是為基于FPGA的全景圖象處理搭建一個穩定運行的平臺。 在第四章中介紹了IC總線控制器的狀態機圖及信號說明和相應的仿真圖。 文章最后給出了FPGA硬件電路的調試結果，驗證了設計目的，為進一步的工作打下了良好的基礎。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著電子技術和信息技術的發展，可編程邏輯器件的應用領域越來越寬。可編程SoC設計已成為SoC設計的新方法。論文介紹了可編程邏輯器件的設計方法和開發技術，并用硬件描述語言和FPGA／CPLD設計技術，探索和研究了基于FPGA的RISCMCU的設計與實現過程。 論文參照Mircochip公司的PICl6C5X單片機的體系結構，設計了8位RISCMCU。該嵌入式MCU設計采用了自頂向下的設計方法和模塊化設計思想。MCU總體結構設計劃分控制模塊、ALU模塊、存儲模塊三大模塊。然后，對各模塊的具體技術實現細節分別進行了闡述。論文中設計的MCU能實現PICl6C5X單片機33條指令中除OPTION、CLRWDT、SLEEP和TRIS四條指令以外的其余29條指令的功能，但應用是基于FPGA的，能與其他外設IP方便的結合在一起使用，比ASIC的PICl6C57X的應用更具靈活性。 軟件仿真和硬件驗證表明：所設計的嵌入式MCU在各方面均達到了一定的性能指標，在Altera公司ACEX1K系列的EPlK30TCl44-3器件上的工作頻率達21.88MHz。這些為自主設計R／SCMCU的IP核提供了值得借鑒的探索成果和設計思路，在通用控制領域也有一定的實用價值。 此外，論文中還介紹了三相SPWM控制模塊的設計，該模塊具有死區時間和載波比任意可調的特點，可以單獨應用，也可以作為MCU的外設子模塊應用。
上傳時間： 2013-07-16
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