本文以電子不停車收費系統(tǒng)課題為背景，設計并實現(xiàn)了基于FPGA的π/4-DOPSK全數(shù)字中頻發(fā)射機和接收機。π/4-DQPSK廣泛應用于移動通信和衛(wèi)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(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)器件在芯片邏輯規(guī)模和處理速度等方面性能的迅速提高，用硬件編程實現(xiàn)無線功能的軟件無線電技術(shù)在理論和實用化上都趨于成熟和完善，因此可以把數(shù)字調(diào)制，數(shù)字上/下變頻，數(shù)字解調(diào)在同一塊FPGA上實現(xiàn)，即實現(xiàn)了中頻發(fā)射機和接收機一體化的片上可編程系統(tǒng)(SOPC，System On Programmabie Chip)。 本文首先根據(jù)指標要求對數(shù)字收發(fā)機方案進行設計，確定了適合不停車收費系統(tǒng)的全數(shù)字發(fā)射機和接收機的結(jié)構(gòu)，接著根據(jù)π/4-DQPSK發(fā)射機和接收機的理論，設計并實現(xiàn)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(jié)果和測試結(jié)果分析。
上傳時間： 2013-06-23
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數(shù)字濾波器是現(xiàn)代數(shù)字信號處理系統(tǒng)的重要組成部分之一。ⅡR數(shù)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(shù)字濾波器的常用設計方法，在分析各種ⅡR實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的基礎上，利用MATLAB針對并聯(lián)型結(jié)構(gòu)的ⅡR數(shù)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(shù)字濾波器的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)以及中間數(shù)據(jù)精度。然后基于FPGA的結(jié)構(gòu)特點，研究了ⅡR數(shù)字濾波器的FPGA設計與實現(xiàn)，提出應用流水線技術(shù)和并行處理技術(shù)相結(jié)合的方式來提高ⅡR數(shù)字濾波器處理速度的方法，同時又從ⅡR數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)特性出發(fā)，提出利用ⅡR數(shù)字濾波器的分解技術(shù)來改善ⅡR濾波器的設計。在ⅡR實現(xiàn)方面，本文采用Verilog HDL語言編寫了相應的硬件實現(xiàn)程序，將內(nèi)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(jié)果表明設計方法正確有效。
上傳時間： 2013-04-24
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基于FPGA的智能小車系統(tǒng)就是本地計算機通過接入Internet小車實現(xiàn)對遠端工作現(xiàn)場、危險工作地段等特殊環(huán)境進行監(jiān)視和控制的系統(tǒng)。智能小車是智能行走機器人的一種，這種智能小車可以適應不同環(huán)境，不受溫度、濕度、空間、磁場輻射、重力等條件的影響，可以在人類無法進入或生存的環(huán)境中完成人類無法完成的探測任務。適用于國防及民用多個領(lǐng)域。整個系統(tǒng)以遙控小車裝置為基礎，通過配置在上面的攝像頭實現(xiàn)圖像的采集及對行車道的檢測，通過配置的紅外測溫儀探測環(huán)境和目標的溫度，具有一定的智能性。其明顯的優(yōu)點是可以通過網(wǎng)絡遠程控制小車運行及采集現(xiàn)場的溫度、圖像等相關(guān)信息，完成人類在特定條件下無法完成的工作。對人類的科學研究、探索未知領(lǐng)域、遠程監(jiān)控等有著重要的意義。 論文在深入研究SOPC和嵌入式操作系統(tǒng)的基礎上，提出了基于FPGA的智能小車遠程監(jiān)控方案。采用FPGA來實現(xiàn)，可以充分利用現(xiàn)有的IP核，功能擴展容易，設計開發(fā)成本低，上市時間快，修改方便，甚至可以遠程重構(gòu)系統(tǒng)。與單片機相比，集成度高，可靠性好，調(diào)試和維護方便。 論文主要內(nèi)容包括以下幾個部分：在對智能小車功能分析的基礎上，設計了硬件系統(tǒng)，并在FPGA上構(gòu)建了基于Nios Ⅱ的嵌入式系統(tǒng)，配置了SPI、串行口和以太網(wǎng)接口模塊和驅(qū)動程序，以及各種存儲器。移植了μClinux操作系統(tǒng)，配置嵌入式Web服務器，編寫CGI程序，設計了動態(tài)網(wǎng)頁；并對行車道檢測系統(tǒng)進行了研究，在DSP Builder中構(gòu)建了該模塊，并在Matlab中進行了仿真。在研究數(shù)碼相機模塊和紅外測溫模塊的基礎上，編寫了圖像采集和溫度測量程序以及小車運動控制程序，并對系統(tǒng)進行了調(diào)試，初步達到通過Internet實現(xiàn)遠程監(jiān)控的目的。
上傳時間： 2013-05-24
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一般由信源發(fā)出的數(shù)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(chǎn)生碼間干擾進而直接影響傳輸?shù)目煽啃裕蚨獙ζ溥M行編碼以便傳輸。傳統(tǒng)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(xiàn)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(guī)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(yōu)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(jié)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(huán)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(jié)果與仿真結(jié)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(yōu)點。
上傳時間： 2013-05-26
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在數(shù)字通信中，采用差錯控制技術(shù)(糾錯碼)是提高信號傳輸可靠性的有效手段，并發(fā)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(yōu)于分組碼。 卷積碼的譯碼方法主要有代數(shù)譯碼和概率譯碼。代數(shù)譯碼是基于碼的代數(shù)結(jié)構(gòu)；而概率譯碼不僅基于碼的代數(shù)結(jié)構(gòu)，還利用了信道的統(tǒng)計特性，能充分發(fā)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(shù)傳系統(tǒng)，尤其是在衛(wèi)星通信、移動通信等領(lǐng)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(xiàn)方案進行了研究。同時，將交織和解交織技術(shù)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(shù)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(fā)環(huán)境Quartus Ⅱ，包括數(shù)字系統(tǒng)的設計方法和設計規(guī)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(xiàn)、優(yōu)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(jù)仿真結(jié)果分析了維特比譯碼器的性能。 分析結(jié)果表明，系統(tǒng)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(shù)據(jù)傳輸?shù)膱龊稀?/p>
上傳時間： 2013-04-24
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當今電子系統(tǒng)的設計是以大規(guī)模FPGA為物理載體的系統(tǒng)芯片的設計，基于FPGA的片上系統(tǒng)可稱為可編程片上系統(tǒng)(SOPC)。SOPC的設計是以知識產(chǎn)權(quán)核(IPCore)為基礎，以硬件描述語言為主要設計手段，借助以計算機為平臺的EDA工具進行的。 本文在介紹了FPGA與SOPC相關(guān)技術(shù)的基礎上，給出了SOPC技術(shù)開發(fā)調(diào)制解調(diào)器的方案。在分析設計軟件Matlab/DSP(Digital Signal Processing)。builder以及Quartus Ⅱ開發(fā)軟件進行SOPC(System On a Programmable Chip)設計流程后，依據(jù)調(diào)制解調(diào)算法提出了一種基于DSP Builder調(diào)制解調(diào)器的SOPC實現(xiàn)方案，模塊化的設計方法大大縮短了調(diào)制解調(diào)器的開發(fā)周期。 在SOPC技術(shù)開發(fā)調(diào)制解調(diào)器的過程中，用MATLAB/Simulink的圖形方式調(diào)用Altera DSP Builder和其他Simulink庫中的圖形模塊(Block)進行系統(tǒng)建模，在Simulink中仿真通過后，利用DSP Builder將Simulink的模型文件(．mdl)轉(zhuǎn)化成通用的硬件描述語言VHDL文件，從而避免了VHDL語言手動編寫系統(tǒng)的煩瑣過程，將精力集中于算法的優(yōu)化上。 基于DSP Builder的開發(fā)功能，調(diào)制解調(diào)器電路中的低通濾波器可直接調(diào)用FIRIP Core，進一步提高了開發(fā)效率。 在進行編譯、仿真調(diào)試成功后，經(jīng)過QuartusⅡ?qū)⒕幾g生成的編程文件下載到ALTERA公司Cyclone Ⅱ系列的FPGA芯片EP2C5F256C6，完成器件編程，從而給出了一種調(diào)制解調(diào)器的SOPC系統(tǒng)實現(xiàn)方案。
上傳時間： 2013-06-24
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目前，數(shù)字信號處理廣泛應用于通信、雷達、聲納、語音與圖像處理等領(lǐng)域，信號處理算法理論己趨于成熟，但其具體硬件實現(xiàn)方法卻值得探討。FPGA是近年來廣泛應用的超大規(guī)模、超高速的可編程邏輯器件，由于其具有高集成度、高速、可編程等優(yōu)點，大大推動了數(shù)字系統(tǒng)設計的單片化、自動化，縮短了單片數(shù)字系統(tǒng)的設計周期、提高了設計的靈活性和可靠性，在超高速信號處理和實時測控方面有非常廣泛的應用。本文對FPGA的數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)進行研究，基于FPGA在數(shù)據(jù)采樣控制和信號處理方面的高性能和單片系統(tǒng)發(fā)展的新熱點，把FPGA作為整個數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的控制核心。主要研究內(nèi)容如下： FPGA的單片系統(tǒng)研究。針對數(shù)據(jù)采集與處理，對FPGA進行選型，設計了基于FPGA的單片系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。把整個控制系統(tǒng)分為三個部分：多通道采樣控制模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，存儲控制模塊。 多通道采樣控制模塊的設計。利用4片AD7506和一片AD7862對64路模擬量進行周期采樣，分別設計了通道選擇控制模塊和A/D轉(zhuǎn)換控制模塊，并進行了仿真，完成了基于FPGA的多通道采樣控制。 數(shù)據(jù)處理模塊的設計。FFT算法在數(shù)字信號處理中占有重要的地位，因此本文研究了FFT的硬件實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，提出了用FPGA實現(xiàn)FFT的一種設計思想，給出了總體實現(xiàn)框圖。分別設計了旋轉(zhuǎn)因子復數(shù)乘法器，碟形運算單元，存儲器，控制器，并分別進行了仿真。重點設計實現(xiàn)了FFT算法中的蝶形處理單元，采用了一種高效乘法器算法設計實現(xiàn)了蝶形處理單元中的旋轉(zhuǎn)因子乘法器，從而提高了蝶形處理器的運算速度，降低了運算復雜度。理論分析和仿真結(jié)果表明，狀態(tài)機控制器成功地對各個模塊進行了有序、協(xié)調(diào)的控制。 存儲控制模塊的設計。利用閃存芯片K9K1G08UOA對采集處理后的數(shù)據(jù)進行存儲，設計了FPGA與閃存的硬件連接，設計了存儲控制模塊。 本文對FFT算法的硬件實現(xiàn)進行了研究，結(jié)合單片系統(tǒng)的特點，把整個系統(tǒng)分為多通道采樣控制模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，存儲控制模塊進行設計和仿真。設計采用VHDL編寫程序的源代碼。仿真測試結(jié)果表明，此FPGA單片系統(tǒng)可完成對實時信號的高速采集與處理。
標簽： FPGA 數(shù)據(jù)采集 處理技術(shù)
上傳時間： 2013-04-24
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擴頻通信系統(tǒng)與常規(guī)的通信系統(tǒng)相比，具有很強的抗窄帶干擾，抗多徑干擾，抗人為干擾的能力，并具有信息隱蔽、多址保密通信等優(yōu)點。在近年來得到了迅速的發(fā)展。本論文主要討論和實現(xiàn)了基于FPGA的直接序列擴頻信號的解擴解調(diào)處理。論文對該直擴通信系統(tǒng)和FPGA設計方法進行了相關(guān)研究，最后用Altera公司的最新的FPGA開發(fā)平臺Quarus Ⅱ5.0實現(xiàn)了相關(guān)設計。 整個系統(tǒng)分為兩個部分，發(fā)送部分和接收部分。發(fā)送部分主要有串并轉(zhuǎn)換、差分卷積編碼、PN碼擴頻、QPSK調(diào)制、成型濾波等模塊。接收部分主要有前端抗干擾、數(shù)字下變頻、解擴解調(diào)等模塊。 論文首先介紹了擴頻通信系統(tǒng)的特點以及相關(guān)技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，并介紹了本論文的研究思路和內(nèi)容。 然后，論文分析了幾種常用的窄帶干擾抑制、載波同步及PN碼同步算法，結(jié)合實際需要，設計了一種零中頻DSSS解調(diào)解擴方案。給出了抗窄帶干擾、PN碼捕獲及跟蹤以及載波同步的算法分析，采用了基于數(shù)字外差調(diào)制的自適應陷波器來進行前端窄帶干擾抑制處理，用基于自適應門限技術(shù)的滑動相關(guān)捕獲和分時復用單相關(guān)器跟蹤來改善PN碼同步的性能，用基于硬判決的COSTAS(科斯塔斯)環(huán)來減少載波提取的算法復雜度，用改進型CORDIC算法實現(xiàn)NCO來方便的進行擴展。 接著，論文給出了系統(tǒng)總體設計和發(fā)送及接受子系統(tǒng)的各個功能模塊的實現(xiàn)分析以及在Quartus Ⅱ5.0上的實現(xiàn)細節(jié)，給出了仿真結(jié)果。 然后論文介紹了整個系統(tǒng)的硬件電路設計和它在真實系統(tǒng)中連機調(diào)試所得到的測試結(jié)果，結(jié)果表明該系統(tǒng)具有性能穩(wěn)定，靈活性好，生產(chǎn)調(diào)試容易，體積小，便于升級等特點并且達到課題各項指標的要求。 最后是對論文工作的一些總結(jié)和對今后工作的展望。
上傳時間： 2013-05-23
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隨著科學技術(shù)的發(fā)展與公共安全保障需求的提高，視頻監(jiān)控系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、日常生活、警備與軍事方面的應用越來越廣泛。采用基于 FPGA 的SOPC技術(shù)、H．264壓縮編碼技術(shù)和網(wǎng)絡傳輸控制技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在穩(wěn)定性、功能、成本與擴展性等方面都有著突出的優(yōu)勢，具有重要的學術(shù)意義與實用意義， 本課題所設計的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)由以Nios Ⅱ為核心的嵌入式圖像服務器、相關(guān)網(wǎng)絡設備與若干PC機客戶端組成。嵌入式圖像服務器實時采集圖像，采用H．264 編碼算法進行壓縮，并持續(xù)監(jiān)聽網(wǎng)絡。PC機客戶端可通過網(wǎng)絡對服務器進行遠程訪問，接收編碼數(shù)據(jù)，使用H．264解碼算法重建圖像并實時顯示，使監(jiān)控人員有效地掌握現(xiàn)場情況， 在嵌入式圖像服務器設計階段，本文首先進行了芯片選型與開發(fā)平臺選擇。然后構(gòu)建圖像采集子系統(tǒng)，采用雙緩存乒乓交換的方法設計圖像采集用戶自定義模塊。接著設計雙Nios Ⅱ架構(gòu)的SOPC系統(tǒng)，闡述了雙軟核設計中定制連接、內(nèi)存芯片共享、數(shù)據(jù)搬移、通信與互斥的解決方法。同時完成了網(wǎng)絡服務器的設計，采用μC/OS-Ⅱ進行多任務的管理與調(diào)度， H．264視頻壓縮編解碼算法設計與實現(xiàn)是本文的重點。文中首先分析H．264．標準，規(guī)劃編解碼器結(jié)構(gòu)。接著設計了16×16幀內(nèi)預測算法，并設計宏塊掃描方式，采用兩次判決策略進行預測模式選擇。然后設計4×4子塊掃描方式，編寫整數(shù)變換與量化算法程序。熵編碼采用Exp-Golomb編碼與CAVLC相結(jié)合的方案，針對除拖尾系數(shù)之外的非零系數(shù)值編碼子算法，實現(xiàn)了一種基于表示范圍判別的編碼方法。最后設計了網(wǎng)絡傳輸?shù)拇a流組成格式，并針對編碼算法設計相應解碼算法。使用VC++完成算法驗證，并進行測試，觀察不同參數(shù)下壓縮率與失真度的變化。 算法驗證完成后，本文進行了PC機客戶端設計，使其具有遠程訪問、H．264解碼與實時顯示的功能。同時將H．264 編碼算法程序移植到NiosⅡ中，并將嵌入式圖像服務器與若干客戶端接入網(wǎng)絡進行聯(lián)合調(diào)試，構(gòu)建完整的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)， 實驗結(jié)果表明，本系統(tǒng)視頻壓縮率高，監(jiān)控圖像質(zhì)量良好，充分證明了系統(tǒng)軟硬件與圖像編解碼算法設計成功。本系統(tǒng)具有成本低、擴展性好及適用范圍廣等優(yōu)點，發(fā)展前景十分廣闊。
標簽： H264 FPGA 網(wǎng)絡視頻監(jiān)控
上傳時間： 2013-04-24
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隨著移動終端、多媒體、通信、圖像掃描技術(shù)的發(fā)展，圖像應用日益廣泛，壓縮編碼技術(shù)對圖像處理中大量數(shù)據(jù)的存儲和傳輸至關(guān)重要。同時， FPGA單片規(guī)模的不斷擴大，在FPGA芯片內(nèi)實現(xiàn)復雜的數(shù)字信號處理系統(tǒng)也成為現(xiàn)實，因此采用FPGA實現(xiàn)圖像壓縮已成為一種必然趨勢。JPEG靜態(tài)圖像壓縮標準應用非常廣泛，是圖像壓縮中主要的標準之一。研究JPEG圖像壓縮在FPGA上的實現(xiàn)，具有廣闊的應用背景。 論文從實際工程應用出發(fā)，通過設計圖像壓縮的IP核，完成JPEG壓縮算法在FPGA上的實現(xiàn)。首先闡述JPEG基本模式的壓縮編碼的標準，然后在設計規(guī)劃過程中，采用SOC的設計思想，給出整個系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、層次劃分，對各個模塊的HDL實現(xiàn)進行詳細的描述，最后完成整體驗證。方案采用了IP核復用的設計技術(shù)，基于Xilinx公司本身的IP核，進行了再次開發(fā)。在研究JPEG標準的核心算法DCT的基礎上，加以改進，設計了適合器件結(jié)構(gòu)的基于DA算法的DCT變換的IP核。通過結(jié)構(gòu)和算法的優(yōu)化，提高了速度，減少占用過多的片內(nèi)資源。 設計基于Xilinx的Virtex- II系列的FPGA的硬件平臺,在ISE7.1中編譯綜合，最后通過Modelsim仿真驗證。分辨率為352×288大小的源圖像，在不同的壓縮等級設置下，均測試通過。仿真驗證的結(jié)果表明：基于FPGA的JPEG壓縮編碼占用較少的硬件資源，可在較高的工作頻率下運行，設計在速度和資源利用率方面達到了較優(yōu)的狀態(tài)，能夠滿足一般圖像壓縮的要求。 整個設計可以作為單獨的JPEG編碼芯片也可以作為IP核添加到其他系統(tǒng)中去，具有一定的使用價值。
上傳時間： 2013-04-24
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