隨著微電子技術的高速發展，實時圖像處理在多媒體、圖像通信等領域有著越來越廣泛的應用。FPGA就是硬件處理實時圖像數據的理想選擇，基于FPGA的圖像處理專用芯片的研究將成為信息產業的新熱點。 本文以FPGA為平臺，使用VHDL硬件描述語言設計并實現了中值濾波、順序濾波、數學形態學、卷積運算和高斯濾波等圖像處理算法。在設計過程中，通過改進算法和優化結構，在合理地利用硬件資源的條件下，有效地挖掘出算法內在的并行性，采用流水線結構優化算法，提高了頂層濾波模塊的處理速度。在中值濾波器的硬件設計中，本文提出了一種快速中值濾波算法，該算法大大節省了硬件資源，處理速度也很快。在數學形態學算法的硬件實現中，本文提出的最大值濾波和最小值濾波算法大大減少了硬件資源的占用率，適應了流水線設計的要求，提高了圖像處理速度。 整個設計及各個模塊都在Altera公司的開發環境QuartusⅡ以及第三方仿真軟件Modelsim上進行了邏輯綜合以及仿真。綜合和仿真的結果表明，使用FPGA硬件處理圖像數據不僅能夠獲得很好的處理效果，達到較高的工作頻率，處理速度也遠遠高于軟件法處理圖像，可滿足實時圖像處理的要求。 本課題為圖像處理專用FPGA芯片的設計做了有益的探索性嘗試，對今后完成以FPGA圖像處理芯片為核心的實時圖像處理系統的設計有著積極的意義。
上傳時間： 2013-06-08
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論文以反應式步進電機為研究對象，應用了先進的FPGA/CPLD技術，設計了一種全數字的步進電機控制系統，通過了仿真、綜合和下載的各個程序測試環節，并在實驗中得到了良好的應用。 本論文分析了反應式步進電機工作原理以及其具體的控制過程，然后闡述了FPGA的設計原理以及所涉及到的相關芯片，接著對所要應用的硬件語言VerilogHDL方面的知識進行了簡要地介紹，這些為論文的具體設計部分提供了理論基礎。 本系統針對需要實現對步進電機的調速，設計出了一種符合要求的連續可調的脈沖信號發生器，整個脈沖信號發生器有兩個大的模塊組成，最后用一個頂層的模塊將二者連接起來，并且每個子模塊以及頂層的模塊都通過了仿真測試。系統采用了模塊化的設計思路，為系統的設計和維護提供了方便，同時也提高了系統性能的可擴展性。系統采用一種軟件硬化的設計思路，應用了VerilogHDL硬件語言，該語言較容易理解。軟件也是采用了目前應用比較廣泛的幾種。在最后的實物實驗中也取得了良好的效果，從而證明了設計的正確性。論文針對VerilogHDL硬件語言的應用技巧以及實際編寫程序中經常遇到的問題都做了詳細的解釋，并提出了幾個解決問題的方法；對于如何合理的選擇芯片，文章也做了仔細說明。 FPGA+VerilogHDL+EDA工具構成的數字系統現場集成技術，是本系統設計的核心部分，該門技術具有操作靈活、利用廣泛以及價廉等特點。該門技術具有旺盛的生命力和廣闊的前景，必然推動著整個集成電路產業系統集成的進一步發展。整個系統設計采用了全數字化的控制方案，使系統更加緊湊、更加合理以及經濟節約。由于系統的全數字化，使得整個系統運行變得十分可靠，調試也極為方便。作為一種先進技術的應用，論文在很多方面做了新的嘗試。
上傳時間： 2013-05-20
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運動控制技術是機電一體化的核心部分，提高運動控制技術水平對于提高我國的機電一體化技術具有至關重要的作用。運動控制技術的發展是制造自動化前進的旋律，是推動新的產業革命的關鍵技術。對于數控系統來說，最重要的是控制各個電機軸的運動，這是運動控制器接收并依照數控裝置的指令來控制各個電機軸運動從而實現數控加工的，數據加工中的定位控制精度、速度調節的性能等重要指標都與運動控制器直接相關。目前對數控系統的研究都集中在插入PC的NC控制器的研究上，而其核心部分就是對步進、伺服電機進行控制的運動控制卡的研究。對PC-NC來說，運動控制卡的性能很大程度上決定了整個數控系統的性能，而微電子和數字信號處理技術的發展及其應用，使運動控制卡的性能得到了不斷改進，集成度和可靠性大大提高。 本課題通過對運動控制技術的深入研究，并針對國內運動控制技術的研究起步較晚的現狀，結合當前運動控制領域的具體需要，緊跟當前運動控制技術研究的發展趨勢，吸收了數控技術和相關運動控制技術的最新成果，提出了基于PCI和FPGA的方案，研制了一款比較新穎的、功能強大的、具有很大柔性的四軸多功能運動控制卡。 本課題的具體研究主要有以下幾方面： 首先，通過對運動控制卡及運動控制系統等行業現狀的全面調研，和對運動控制技術的深入學習，在比較了幾種常用的運動控制方案的基礎上，提出了基于FPGA的運動控制設計方案，并規劃了板卡的總體設計。 其次，根據總體設計，規劃了板卡的結構，詳細劃分并實現了FPGA各部分的功能；利用光電隔離原理設計了數字輸入/輸出電路。 再次，利用FPGA的資源實現了PCI從設備接口，達到跟控制卡通信的目的，針對運動控制中的一些具體問題，如運動平穩性、實時控制以及多軸聯動等，在FPGA上設計了四軸運動控制電路，定義了各個寄存器的具體功能，設計了功能齊全的加／減速控制電路、變頻分配電路、倍頻分頻電路和三個功能各異的計數器電路等，自動降速點運動、A／B相編碼器倍頻計數電路等特殊功能。最后，進行了本運動控制卡的測試，從測試和應用結果來看，該卡達到預期的要求。
上傳時間： 2013-07-27
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隨著數字視頻廣播的發展，觀眾將會面對越來越多綜合或專門頻道的選擇，欣賞到更高品質，更多服務的節目。而廣播業者則要為這些節目的版權購買，制作而承受更高的成本，單純的廣告收入已經不夠。要求對用戶收取一定的收視費用，而另一方面，調查也顯示用戶是愿意預付一定費用以獲得更好服務的。條件接受系統(Conditional Access system)就是為了商業目的而對某些廣播服務實施接入控制，決定一個數字接受設備能否將特定的廣播節目展現給最終用戶的系統。CA技術要求既能使用戶自由選擇收看節目又能保護廣播業者的利益，確算只有已支付了或即將支付費用的用戶才能收看到所選的電視節目。在數字電視領域中，CA系統無疑將成為發展新服務的必需條件。但是在不同的運營商可能會使用不同的CA系統，在不同的CA系統之間進行互操作所必需共同遵守的最基本條件是：通用的加擾算法。每個用戶接收設備中應集成相應的解擾模塊。在我國國家標準--數字電視條件接收系統GY/Z 175-2001的附錄H中有詳細的描述。 FPGA是英文Field Programmable Gate Array的縮寫，即現場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、EPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。它是作為專用集成電路(ASIC)領域中的一種半定制電路而出現的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。可以說，FPGA芯片是小批量系統提高系統集成度、可靠性的最佳選擇之一。 首先本文簡要介紹CA系統的目的和組成，FPGA的結構和原理，優勢。然后介紹了利用FPGA來實現CA系統主要組成部分即加擾的原理和步驟，分析算法，劃分邏輯結構，軟件仿真，劃分硬件模塊，硬件性能分析，驗證平臺構建，硬件實現等。 然后對以上各個部分做詳細的闡述。同時為了指導FPGA設計，給出了FPGA的結構和原理與FPGA設計的基本原則、設計的基本技巧、設計的基本流程； 最后給出了該加擾系統的測試與驗證方法以及驗證和測試結果。
上傳時間： 2013-06-22
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隨著FPGA(FieldProgrammableGateArray)器件的應用越來越廣泛且重要，FPGA的測試技術也得到了廣泛重視和研究。基于FPGA可編程的特性，應用獨立的測試(工廠測試)需要設計數個測試編程和測試向量來完成FPGA的測試，確保芯片在任何用戶可能的編程下都可靠工作。 本論文正是針對上述問題，以XilinxXC4000E系列FPGA為主要的研究對象，在詳細研究FPGA內部結構的基礎上，基于“分治法”的基本思路對FPGA的測試理論和方法做了探索性研究。 研究完成了對可編程邏輯模塊(ConfigrableLogicBlock)及其子模塊的測試。主要基于“分治法”對CLB及其子模塊進位邏輯(CLM)、查找表(LUT)的RAM工作模式等進行了測試劃分，分別實現了以“一維陣列”為基礎的測試配置和測試向量，以較少了測試編程次數完成了所有CLB資源的測試。 研究完成了對互連資源(ConfigrableInterconnectResource)的測試。基于普通數據總線的測試方法，針對互連資源主要由線段和NMOS開關管組成的特點及其自身的故障模型，通過手工連線實現測試配置，僅通過4次編程就實現了對其完全測試。 在測試理論研究的基礎上，我們開發了能對FPGA器件進行實際測試的測試平臺。基于硬件仿真器的測試平臺通過高速光纖連接工作站上的EDA仿真軟件，把軟件語言描述的測試波形通過硬件仿真器轉化為真實測試激勵，測試響應再讀回到仿真軟件進行觀察，能夠靈活、快速的完成FPGA器件的配置和測試。該平臺在國內首次實現了軟硬件協同在線測試FPGA。在該平臺支持下，我們成功完成了對各軍、民用型號FPGA的測試任務。 本研究成果為國內自主研發FPGA器件提供了有力保障，具有重大科研與實踐價值，成功解決了國外公司在FPGA測試技術上的壟斷問題，幫助國產FPGA器件實現完全國產化。
上傳時間： 2013-05-17
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本文的主要研究內容是利用FPGA平臺實現以太網絡接口。 首先，對論文的大致內容和組織結構做了簡要介紹，并且比較分析了目前比較流行的網絡接口實現的三種方法，并以此為基礎提出了本文中重點介紹的基于FPGA 的網絡接口實現方法。 其次，介紹采用以FPGA 做為主控芯片控制8019AS 網絡控制芯片來實現從網絡上接收數據幀的功能。FPGA 需要在上電時完成對于8019AS的初始化設置。在接收和發送數據報文時，對相應的寄存器進行控制和操作以完成網絡數據幀的接收。對FPGA 與8019AS 之間的接口實現進行了詳細的描述。 最后，介紹了在FPGA 內部對于接收到的網絡數據幀進行TCP/IP協議分析的具體過程和實現方法。分別詳細介紹了接收模塊、發送模塊以及其中子模塊具體功能和實現方法。說明了模塊之間相互觸發的具體關系。現有的網絡接口一般是采用MCU 或者ARM 等專用控制芯片來實現的，而此次課題以FPGA 作為主控芯片來實現網絡接口以及部分TCP/IP 協議分析是一個創意。而且由于FPGA 多管腳可以靈活配置，也使得系統的可擴展性有了很大的提高。
上傳時間： 2013-06-09
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本文介紹了一個基于CPLD／FPGA的嵌入式IP核設計。論文在闡述可編程邏輯器件及其發展趨勢的基礎上，探討了知識產權復用理念，MCU的復雜化設計以及數字信號傳輸與處理的速度要求。結合國內外對CPLD／FPGA的使用現狀，引出了在CPLD／FPGA上開發嵌入式模塊程序的理念并提出了設計實現方法和設計實例。課題的設計目標為開發一個基于CPLD／FPGA的USBIP模塊，實現開發板與PC機之間的USB通信。設計過程首先進行硬件設計，在FPGA開發板上開發擴展板；其次用ISE開發軟件進行FPGA數字化設計；在軟件開發完成后，將配置生成的比特流文件通過JTAG電纜下載到FPGA開發板上，實現FPGA開發板與PC機之間的通信。 該設計具有很高的實用性，它進一步擴大了可編程芯片的領地，將復雜專有芯片擠向高端和超復雜應用；它使得IP資源復用理念得到更普遍的應用；為基于FPGA的嵌入式系統設計提供了廣闊的思路。
上傳時間： 2013-07-05
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甚短距離傳輸(VSR)是一種用于短距離(約300 m～600m)內進行數據傳輸的光傳輸技術.它主要應用于網絡中的交換機、核心路由器(CR)、光交叉連接設備(OXC)、分插復用器(ADM)和波分復用(WDM)終端等不同層次設備之間的互連,具有構建方便、性能穩定和成本低等優點,是光通信技術發展的一個全新領域,逐漸成為國際通用的標準技術,成為全光網的一個重要組成部分. 本文深入研究了VSR并行光傳輸系統,完成了VSR技術的核心部分--轉換器子系統的設計與實現,使用現場可編程陣列FPGA(Field Programmable GateArray)來完成轉換器電路的設計和功能實現.深入研究現有VSR4-1.0和VSR4-3.0兩種并行傳輸標準,在其技術原理的基礎上,提出新的VSR并行方案,提高了多模光纖帶的信道利用率,充分利用系統總吞吐量大的優勢,為將來向更高速率升級提供了依據.根據萬兆以太網的技術特點和傳輸要求,提出并設計了用VSR技術實現局域和廣域萬兆以太網在較短距離上的高速互連的系統方案,成功地將VSR技術移植到萬兆以太網上,實現低成本、構建方便和性能穩定的高速短距離傳輸. 本文所有的設計均在Altera Stratix GX系列FPGA的EP1SGX25F1020C7上實現,采用Altera的Quartus Ⅱ開發工具和 Verilog HDL硬件描述語言完成了VSR4-1.0轉換器集成電路和萬兆以太網的SERDES的設計和仿真,并給出了各模塊的電路結構和仿真結果.仿真的結果表明,所有的設計均能正確的實現各自的功能,完全能夠滿足10Gb/s高速并行傳輸系統的要求.
上傳時間： 2013-07-14
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本課題設計和完成了一套基于DSP+FPGA結構的小波變換實時圖像處理系統。采用小波算法對圖像進行邊緣提取、圖像增強、圖像融合等處理，并在ADSP-BF535上實現了小波算法，分析了其運行小波算法的性能。圖像處理的數據量比較大，而且運算比較復雜，DSP的特殊結構和性能很好地滿足了系統實現的需要，而FPGA的高速性和靈活性也滿足了系統實時性和穩定性的需要，所以采用DSP+FPGA來實現圖像處理系統是可靠的，也是可行的。系統的硬件設計以DSP和FPGA為平臺，DSP實現算法、管理系統運行、并實現了系統的自啟動；FPGA實現一些接口、時序控制等，簡化了外圍電路，提高了系統的可靠性。結果表明，在ADSP-BF535上實現小波算法，效果良好，而且滿足系統實時性的要求。最后，總結了系統的設計和調試經驗，對調試時遇到的一些問題進行了分析。
上傳時間： 2013-04-24
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本文將電路接口技術與硬件可編程技術相結合，提出了用可編程芯片來控制IDE硬盤進行高速數據記錄，能夠滿足機載數據記錄設備重量輕、容量大、速度快的要求。 論文對硬盤ATA接口標準進行了研究，對VHDL語言、現場可編程門陣列器件(FPGA)實現硬件電路的原理和方法進行了深入分析，在此基礎上完成了基于FPGA的數據記錄控制器的設計。文中選擇了具有低功耗、低成本、高性能的FPGA芯片(型號為CycloneEP1C3T144C8)，將各功能模塊級聯成系統在該芯片上完成了控制器系統級的設計與仿真驗證，驗證結果表明了用FPGA實現高速數據記錄控制器的可行性。所設計的VHDL代碼經QuartusⅡ綜合、布局布線、管腳分配后，在FPGA內部可以達到104.46Mhz的電路工作速度，FPGA與硬盤之間采用ATA接口的UltraDMA模式2傳輸方式，可以達到33.3MByte/s的突發數據傳輸率。文中對所用到的FPGA設計技術給予了詳細說明，對各功能模塊的設計給予了詳細闡述，對關鍵設計給出了VHDL源代碼，還討論了FPGA設計中時序約束的作用，給出了本文所做時序約束的方法。 本文中所論述的工作對以后機載數據記錄系統的設計具有重要的鋪墊作用。文中在總結所做工作的同時，還對下一步工作提出了有益的建議。
上傳時間： 2013-08-05
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