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FPGA的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

  • 基于FPGA的PID控制器研究與實現.rar

    基于微處理器的數字PID控制器改變了傳統模擬PID控制器參數整定不靈活的問題。但是常規微處理器容易在環境惡劣的情況下出現程序跑飛的問題,如果實現PID軟算法的微處理器因為強干擾或其他原因而出現故障,會引起輸出值的大幅度變化或停止響應。而FPGA的應用可以從本質上解決這個問題。因此,利用FPGA開發技術,實現智能控制器算法的芯片化,使之能夠廣泛的用于各種場合,具有很大的應用意義。 首先分析FPGA的內部結構特點,總結FPGA設計技術及開發流程,指出實現結構優化設計,降低設計難度,是擴展設計功能、提高芯片性能和產品性價比的關鍵。控制系統由四個模塊組成,主要包括核心控制器模塊、輸入輸出模塊以及人機接口。其中控制器部分為系統的關鍵部件。在分析FPGA設計結構類型和特點的基礎上,提出一種基于FPGA改進型并行結構的PID溫度控制器設計方法。在PID算法與FPGA的運算器邏輯映像過程中,采用將補碼的加法器代替減法器設計,增加整數運算結果的位擴展處理,進行不同數據類型的整數歸一化等不同角度的處理方法融合為一體,可以有效地減少邏輯運算部件。應用Ouartus Ⅱ圖形輸入與Verilog HDL語言相結合設計實現了PID控制器,用Modelsim仿真驗證了設計結果的正確性,用Synplify Pro進行電路綜合,在Quaitus Ⅱ軟件中實現布局布線,最后生成FPGA的編程文件。根據控制系統的要求,論文設計完成了12位模數AD轉換器、數據顯示器、按鍵等相關外圍接口電路。 將一階、純滯后、大慣性電阻爐溫作為控制對象,以EP1C3T144 FPGA為核心,構建PID控制系統。在采用Pt100溫度傳感器、分辨率為2℃、最大溫度控制范圍0~400℃的條件下,實驗結果表明,達到無超調的穩定控制要求,為降低FPGA實現PID控制器的設計難度提供了有效的方法。

    標簽: FPGA PID 控制器

    上傳時間: 2013-06-13

    上傳用戶:15071087253

  • 基于FPGA的數字視頻光纖傳輸系統的設計.rar

    隨著計算機技術和通信技術的迅速發展,數字視頻在信息社會中發揮著越來越重要的作用,視頻傳輸系統已經被廣泛應用于交通管理、工業監控、廣播電視、銀行、商場等多個領域。同時,FPGA單片規模的不斷擴大,在FPGA芯片內部實現復雜的數字信號處理系統也成為現實,因此采用FPGA實現視頻壓縮和傳輸已成為一種最佳選擇。 本文將視頻壓縮技術和光纖傳輸技術相結合,設計了一種基于無損壓縮算法的多路數字視頻光纖傳輸系統,系統利用時分復用和無損壓縮技術,采用串行數字視頻傳輸的方式,可在一根光纖中同時傳輸8路以上視頻信號。系統在總體設計時,確定了基于FPGA的設計方案,采用ADI公司的AD9280和AD9708芯片實現A/D轉換和D/A轉換,在FPGA里實現系統的時分復用/解復用、視頻數據壓縮/解壓縮和線路碼編解碼,利用光收發一體模塊實現電光轉換和光電轉換。視頻壓縮采用LZW無損壓縮算法,用Verilog語言設計了壓縮模塊和解壓縮模塊,利用Xilinx公司的IP核生成工具Core Generator生成FIFO來緩存壓縮/解壓縮單元的輸入輸出數據,光纖線路碼采用CIMT碼,設計了編解碼模塊,解碼過程中,利用數字鎖相環來實現發射與接收的幀同步,在ISE8.2和Modelsim仿真環境下對FPGA模塊進行了功能仿真和時序仿真,并在Spartan-3E開發板和視頻擴展板上完成了系統的硬件調試與驗證工作,實驗證明,系統工作穩定,圖像清晰,實時傳輸效果好,可用于交通、安防、工業監控等多個領域。 本文將視頻壓縮和線路碼編解碼在FPGA里實現,利用FPGA的并行處理優勢,大大提高了系統的處理速度,使系統具有集成度高、靈活性強、調試方便、抗干擾能力強、易于升級等特點。

    標簽: FPGA 數字視頻 光纖傳輸系統

    上傳時間: 2013-06-27

    上傳用戶:幾何公差

  • 基于FPGA的GPS信號捕獲與跟蹤系統設計研究.rar

    互聯網、移動通信、星基導航是21世紀信息社會的三大支柱產業,而GPS系統的技術水平和發展歷程代表著全世界衛星導航系統的發展狀況。目前,我國已經成為GPS的使用大國,衛星導航產業鏈也已基本形成。然而,我們對GPS核心技術的研究還不夠深入,我國GPS產品的核心部分多數還是靠進口。 GPS接收機工作時,為了將本地信號和接收到的信號同步,要完成復雜的信號處理過程。其中,如何捕獲衛星信號并保持對信號的跟蹤是最重要的核心技術。很多研究者提出了多種解決方法,但這些方法多數都只停留在理論階段,無法應用于GPS接收機系統進行實時處理。 本課題在分析了多種現有算法的基礎上,研究設計了基于FPGA的GPS信號捕獲與跟蹤系統。在研究過程中,首先利用Nemerix公司的GPS芯片組設計制作了GPS接收機模塊,它能正常穩定地工作,并可用作GPS基帶信號處理的研究平臺;該平臺可實時地輸出GPS數字中頻信號;本課題在中頻信號的基礎上深入研究了GPS信號的捕獲與跟蹤技術。先詳細分析比較了幾種GPS信號捕獲方法,給出了步進相關的捕獲方案;接著分析了跟蹤環路的特點,給出了鎖頻環和鎖相環交替工作跟蹤載波以及載波輔助偽碼的跟蹤方案,并最終實現了這些方案。 本課題設計的GPS信號捕獲與跟蹤處理系統是通過硬件和軟件協同工作的方式實現的。硬件電路主要實現數據速率高、邏輯簡單的相關器功能;而基于MicroBlaze軟處理器的軟件主要實現數據速率低、邏輯復雜的功能。本文給出了硬件電路的詳細設計、仿真結果以及軟件設計的詳細流程。 本課題最終在FPGA上實現了GPS信號的捕獲與跟蹤功能,而且系統的性能良好。由此可以得出結論:本設計能夠滿足系統功能和性能的要求,可以直接用于實時GPS接收機系統的設計中,為自主設計GPS接收機奠定了基礎。 本課題的研究得到了大連市信息產業局集成電路設計專項的資助,項目名稱是“定位與通信集成功能的SOC設計”,研究成果將在2008年上半年投入試用。

    標簽: FPGA GPS 信號捕獲

    上傳時間: 2013-04-24

    上傳用戶:1583060504

  • 基于DSP和FPGA的機器人運動控制系統的研究.rar

    近年來,基于DSP和FPGA的運動控制系統己成為新一代運動控制系統的主流。基于DSP和FPGA的運動控制系統不僅具有信息處理能力強,而且具有開放性、實時性、可靠性的特點,因此在機器人運動控制領域具有重要的應用價值。 論文從步行康復訓練器的設計與制作出發,主要進行機器人的運動控制系統設計和研究。文章首先提出了多種運動控制系統的實現方案。根據它們的優缺點,選定以DSP和FPGA為核心進行運動控制系統平臺的設計。 論文詳細研究了以DSP和FPGA為核心實現運動控制系統的軟、硬件設計,利用DSP實現運動控制系統總體結構與相關功能模塊,利用FPGA實現運動控制系統地址譯碼電路、脈沖分配電路以及光電編碼器信號處理電路,并對以上電路系統進行了功能仿真和時序仿真。 結果表明,基于DSP和FPGA為核心的運動控制系統不僅實現了設計功能要求,同時提高了機器人運動控制系統的開放性、實時性和可靠性,并大大減小了系統的體積與功耗。

    標簽: FPGA DSP 機器人

    上傳時間: 2013-05-29

    上傳用戶:dajin

  • 基于FPGA的矩陣運算實現.rar

    密集型的矩陣運算在信號處理和圖像處理中被廣泛應用,而且往往需要系統進行實時運算,這就需要系統具有很高的吞吐率。因此尋找矩陣運算的高速實現方法是很有意義的。FPGA的運算速度快并且可以并行運算,和其它矩陣運算的實現方式相比,FPGA有其獨特的優勢。本文主要設計并實現了基于FPGA的各種矩陣運算模塊。 本文首先介紹了矩陣運算的特點和原理,接著討論了FPGA浮點運算單元的VHDL設計方法,在此基礎上,設計了矩陣相乘累加、三角矩陣求逆和一般矩陣分解求逆的運算模塊,給出矩陣階數擴大時各種矩陣運算的分塊實現方法。然后在ModelSim環境下仿真了一般矩陣的求逆模塊,與Maflab仿真結果比較,分析了運算精度、時間復雜度和資源占用情況,在Virtex-4系列FPGA硬件平臺上進行了調試和測試,并通過USB接口將矩陣運算結果送入PC機,驗證了基于FPGA矩陣運算的正確性和可行性。最后對矩陣求逆模塊在雷達信號中的應用作了簡單介紹。

    標簽: FPGA 矩陣運算

    上傳時間: 2013-06-08

    上傳用戶:小楓殘月

  • 基于FPGA的QDPSK調制解調技術的研究及實現.rar

    現代通信系統要求通信距離遠、通信容量大、傳輸質量好。作為其關鍵技術之一的調制解調技術一直是人們研究的一個重要方向。用FPGA實現調制解調器具有體積小、功耗低、集成度高、可軟件升級、抗干擾能力強的特點,符合未來通信技術發展的方向。論文從以下幾個方面討論和實現了基于FPGA的調制解調系統。 論文首先介紹了調制解調系統的發展現狀及FPGA的相關知識。然后介紹了幾種常見的相位調制解調方式,重點是QDPSK調制解調系統的理論算法。 論文重點介紹了QDPSK解調調制系統的具體實現。首先,在在MATLAB環境下對系統里的每個子模塊完成了功能仿真,并取得滿意的仿真結果;其次,在QDPSK調制解調系統功能仿真正確的基礎上,對每個模塊的功能編寫C++算法,并且驗證了算法的正確性和可實現性;最后,在altera公司的FPGA開發平臺Quartus Ⅱ 6.0上,采用Verilog硬件描述語言對QDPSK調制解調系統實現了時序仿真和綜合仿真。

    標簽: QDPSK FPGA 調制

    上傳時間: 2013-04-24

    上傳用戶:lepoke

  • 基于FPGA的π4DQPSK全數字中頻發射機和接收機的實現.rar

    本文以電子不停車收費系統課題為背景,設計并實現了基于FPGA的π/4-DOPSK全數字中頻發射機和接收機。π/4-DQPSK廣泛應用于移動通信和衛星通信中,具有頻帶利用率高、頻譜特性好、抗衰落性能強的特點。 近年來現場可編程門陣列(FPGA)器件在芯片邏輯規模和處理速度等方面性能的迅速提高,用硬件編程實現無線功能的軟件無線電技術在理論和實用化上都趨于成熟和完善,因此可以把數字調制,數字上/下變頻,數字解調在同一塊FPGA上實現,即實現了中頻發射機和接收機一體化的片上可編程系統(SOPC,System On Programmabie Chip)。 本文首先根據指標要求對數字收發機方案進行設計,確定了適合不停車收費系統的全數字發射機和接收機的結構,接著根據π/4-DQPSK發射機和接收機的理論,設計并實現了基于FPGA的成形濾波器SRRC、半帶濾波器HB和定時算法并給出性能分析,最后給出硬件測試平臺上結果和測試結果分析。

    標簽: 4DQPSK FPGA 全數字

    上傳時間: 2013-06-23

    上傳用戶:chuckbassboy

  • 基于FPGA的高速IIR數字濾波器設計與實現.rar

    數字濾波器是現代數字信號處理系統的重要組成部分之一。ⅡR數字濾波器又是其中非常重要的一類慮波器,因其可以較低的階次獲得較高的頻率選擇特性而得到廣泛應用。 本文研究了ⅡR數字濾波器的常用設計方法,在分析各種ⅡR實現結構的基礎上,利用MATLAB針對并聯型結構的ⅡR數字濾波器做了多方面的仿真,從理論分析和仿真情況確定了所要設計的ⅡR數字濾波器的實現結構以及中間數據精度。然后基于FPGA的結構特點,研究了ⅡR數字濾波器的FPGA設計與實現,提出應用流水線技術和并行處理技術相結合的方式來提高ⅡR數字濾波器處理速度的方法,同時又從ⅡR數字濾波器的結構特性出發,提出利用ⅡR數字濾波器的分解技術來改善ⅡR濾波器的設計。在ⅡR實現方面,本文采用Verilog HDL語言編寫了相應的硬件實現程序,將內置SignalTap Ⅱ邏輯分析器的ⅡR設計下載到FPGA芯片,并利用Altera公司的SignalTap Ⅱ邏輯分析儀進行了定性測試,同時利用HP頻譜儀進行定性與定量的觀測,仿真與實驗測試結果表明設計方法正確有效。

    標簽: FPGA IIR 數字

    上傳時間: 2013-04-24

    上傳用戶:rockjablew

  • 基于FPGA的HDB3編譯碼設計.rar

    一般由信源發出的數字基帶信號含有豐富的低頻分量,甚至直流分量,這些信號往往不宜直接用于傳輸,易產生碼間干擾進而直接影響傳輸的可靠性,因而要對其進行編碼以便傳輸。傳統的井下信號在傳輸過程中普遍采用曼徹斯特碼的編解碼方式,而該方式的地面解碼電路復雜。FPGA(現場可編程門陣列)作為一種新興的可編程邏輯器件,具有較高的集成度,能將編解碼電路集成在一片芯片上,而HDB3碼(三階高密度雙極性碼)具有解碼規則簡單,無直流,低頻成份少,可打破長連0和提取同步方便等優點。基于上述情況,本文提出了基于FPGA的}tDB3編譯碼設計方案。 該研究的總體設計方案包括用MATLAB進行HDB3編譯碼算法的驗證,基于FPGA的HDB3碼編譯碼設計與仿真,結果分析與比較三大部分。為了保證該設計的可靠性,首先是進行編譯碼的算法驗證;其次通過在FPGA的集成設計環境QuartusⅡ軟件中完成HDB3碼的編譯、綜合、仿真等步驟,通過下載電纜下載到特定的FPGA芯片上,用邏輯分析儀進行時序仿真;最后將算法驗證結果與仿真結果作一對比,分析該研究的可行性與可靠性。 研究表明,基于FPGA的HDB3編譯碼設計具有體積小,譯碼簡單,編程靈活,集成度高,可靠等優點。

    標簽: FPGA HDB3 編譯碼

    上傳時間: 2013-05-26

    上傳用戶:teddysha

  • 基于FPGA的卷積編碼和維特比譯碼的研究與實現.rar

    在數字通信中,采用差錯控制技術(糾錯碼)是提高信號傳輸可靠性的有效手段,并發揮著越來越重要的作用。糾錯碼主要有分組碼和卷積碼兩種。在碼率和編碼器復雜程度相同的情況下,卷積碼的性能優于分組碼。 卷積碼的譯碼方法主要有代數譯碼和概率譯碼。代數譯碼是基于碼的代數結構;而概率譯碼不僅基于碼的代數結構,還利用了信道的統計特性,能充分發揮卷積碼的特點,使譯碼錯誤概率達到很小。 卷積碼譯碼器的設計是由高性能的復雜譯碼器開始的,對于概率譯碼最初的序列譯碼,隨著譯碼約束長度的增加,其譯碼錯誤概率可達到非常小。后來慢慢地向低性能的簡單譯碼器演化,對不太長的約束長度,維特比(Viterbi)算法是非常實用的。維特比算法是一種最大似然的譯碼方法。當編碼約束度不太大(小于等于10)或者誤碼率要求不太高(約10-5)時,Viterbi譯碼算法效率很高,速度很快,譯碼器也較簡單。 目前,卷積碼在數傳系統,尤其是在衛星通信、移動通信等領域已被廣泛應用。 本論文對卷積碼編碼和Viterbi譯碼的設計原理及其FPGA實現方案進行了研究。同時,將交織和解交織技術應用于編碼和解碼的過程中。 首先,簡要介紹了卷積碼的基礎知識和維特比譯碼算法的基本原理,并對硬判決譯碼和軟判決譯碼方法進行了比較。其次,討論了交織和解交織技術及其在糾錯碼中的應用。然后,介紹了FPGA硬件資源和軟件開發環境Quartus Ⅱ,包括數字系統的設計方法和設計規則。再有,對基于FPGA的維特比譯碼器各個模塊和相應算法實現、優化進行了研究。最后,在Quartus Ⅱ平臺上對硬判決譯碼和軟判決譯碼以及有無交織等不同情況進行了仿真,并根據仿真結果分析了維特比譯碼器的性能。 分析結果表明,系統的誤碼率達到了設計要求,從而驗證了譯碼器設計的可靠性,所設計基于FPGA的并行Viterbi譯碼器適用于高速數據傳輸的場合。

    標簽: FPGA 卷積 編碼

    上傳時間: 2013-04-24

    上傳用戶:tedo811

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