本文提出一種基于PC104嵌入式工業(yè)控制計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的PCB測試機(jī)的硬件控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。方案中設(shè)計(jì)高效高壓控制電路，實(shí)現(xiàn)測試電壓與測試電流的精確數(shù)字控制。選用雙高壓電子開關(guān)形式代替高壓模擬電子開關(guān)，大幅度提高測試電壓。采用多電源方式在低控制電壓下實(shí)現(xiàn)對高壓電子開關(guān)的控制。設(shè)計(jì)高速信號處理電路對測試信號進(jìn)行處理，從硬件上提高系統(tǒng)測試速度。 本設(shè)計(jì)中選用Altera公司的現(xiàn)場可編程器(FPGA)EP1K50，利用EDA設(shè)計(jì)工具Synplify、Modelsim、QuartusⅡ以及Verilog硬件描述語言完成了控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及調(diào)試，解決了由常規(guī)電路難以實(shí)現(xiàn)的問題。
標(biāo)簽： FPGA 電路板 測試機(jī) 硬件設(shè)計(jì)
上傳時(shí)間： 2013-06-04
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逆變控制器的發(fā)展經(jīng)歷從分立元件的模擬電路到以專用微處理芯片（DSP/MCU）為核心的電路系統(tǒng)，并從數(shù)模混合電路過渡到純數(shù)字控制的歷程。但是，通用微處理芯片是為一般目的而設(shè)計(jì)，存在一定局限。為此，近幾年來逆變器專用控制芯片（ASIC）實(shí)現(xiàn)技術(shù)的研究越來越受到關(guān)注，已成為逆變控制器發(fā)展的新方向之一。本文利用一個(gè)成熟的單相電壓型PWM逆變器控制模型，圍繞逆變器專用控制芯片ASIC的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，依次對專用芯片的系統(tǒng)功能劃分，硬件算法，全系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及優(yōu)化，流水線操作和并行化，芯片運(yùn)行穩(wěn)定性等問題進(jìn)行了初步研究。首先引述了單相電壓型PWM逆變器連續(xù)時(shí)間和離散時(shí)間的數(shù)學(xué)模型，以及基于極點(diǎn)配置的單相電壓型PWM逆變器電流內(nèi)環(huán)電壓外環(huán)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，同時(shí)給出了仿真結(jié)果，仿真表明此系統(tǒng)具有很好的動(dòng)、靜態(tài)性能，并且具有自動(dòng)限流功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。緊接著分析了FPGA器件的特征和結(jié)構(gòu)。在給出本芯片應(yīng)用目標(biāo)的基礎(chǔ)上，制定了FPGA目標(biāo)器件的選擇原則和芯片的技術(shù)規(guī)格，完成了器件選型及相關(guān)的開發(fā)環(huán)境和工具的選取。然后系統(tǒng)闡述了復(fù)雜FPGA設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法學(xué)，詳細(xì)介紹了基于FPGA的ASIC設(shè)計(jì)流程，概要介紹了僅使用QuartusII的開發(fā)流程，以及Modelsim、SynplifyPro、QuartusII結(jié)合使用的開發(fā)流程。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了芯片系統(tǒng)功能劃分，針對：DDS標(biāo)準(zhǔn)正弦波發(fā)生器，電壓電流雙環(huán)控制算法單元，硬件PI算法單元，SPWM產(chǎn)生器，三角波發(fā)生器，死區(qū)控制器，數(shù)據(jù)流/控制流模塊等逆變器控制硬件算法/控制單元，研究了它們的硬件算法，完成了模塊化設(shè)計(jì)。分析了全數(shù)字鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)和模型，以此為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于逆變器的，用比例積分方法替代傳統(tǒng)鎖相系統(tǒng)中的環(huán)路濾波，用相位累加器實(shí)現(xiàn)數(shù)控振蕩器（DCO）功能的高精度二階全數(shù)字鎖相環(huán)（DPLL）。分析了“流水線操作”等設(shè)計(jì)優(yōu)化問題，并針對逆變器控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)算法呈多層結(jié)構(gòu)，且層與層之間還有數(shù)據(jù)流聯(lián)系，其執(zhí)行順序和數(shù)據(jù)流的走向較為復(fù)雜，不利于直接采用流水線技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，提出一種全新的“分層多級流水線”設(shè)計(jì)技術(shù)，有效地解決了復(fù)雜控制系統(tǒng)的流水線優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。本文最后對芯片運(yùn)行穩(wěn)定性等問題進(jìn)行了初步研究。指出了設(shè)計(jì)中的“競爭冒險(xiǎn)”和飽受困擾之苦的“亞穩(wěn)態(tài)”問題，分析了產(chǎn)生機(jī)理，并給出了常用的解決措施。
上傳時(shí)間： 2013-05-28
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Modelsim仿真工具是Model公司開發(fā)的。它支持Verilog、VHDL以及他們的混合仿真，它可以將整個(gè)程序分步執(zhí)行，使設(shè)計(jì)者直接看到他的程序下一步要執(zhí)行的語句，而且在程序執(zhí)行的任何步驟任何時(shí)刻都可以查看任意變量的當(dāng)前值，可以在Dataflow窗口查看某一單元或模塊的輸入輸出的連續(xù)變化等，比Quartus自帶的仿真器功能強(qiáng)大的多，是目前業(yè)界最通用的仿真器之一。 ModelSim分幾種不同的版本：SE、PE和OEM，其中 集成在 Actel、Atmel、Altera、Xilinx以及Lattice等FPGA廠商設(shè)計(jì)工具中的均是其OEM版本。比如為Altera提供的OEM版本是ModelSim-Altera,為Xilinx提供的版本為ModelSim XE. SE版本為最高級版本,在功能和性能方面比OEM版本強(qiáng)很多,比如仿真速度方面,還支持PC 、 UNIX 、 LIUNX混合平臺.
上傳時(shí)間： 2013-06-25
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在通信系統(tǒng)中，人們一直致力于信息傳輸?shù)挠行院涂煽啃缘难芯浚诺兰m錯(cuò)編碼技術(shù)一直是人們研究的重點(diǎn)。1993年，Turbo碼的提出，以其接近Shannon極限的優(yōu)異的譯碼性能在編碼界引起了轟動(dòng)，并成為研究糾錯(cuò)編碼的熱點(diǎn)課題。經(jīng)過十幾年的研究和發(fā)展，目前，Turbo碼已經(jīng)走向了實(shí)用化的道路，如何用硬件實(shí)現(xiàn)有效的Turbo碼編譯碼器成為了人們研究的重點(diǎn)。 論文以基于FPGA實(shí)現(xiàn)Turbo碼譯碼器為研究目標(biāo)，首先分析了Turbo碼的基本編譯碼原理和3GPP標(biāo)準(zhǔn)的Turbo碼編碼結(jié)構(gòu)和交織算法。然后重點(diǎn)分析了MAP譯碼算法，Log-MAP譯碼算法和：Max-Log-MAP譯碼算法，并對三種譯碼算法進(jìn)行了詳細(xì)的理論推導(dǎo)和計(jì)算復(fù)雜度的定量分析比較，對影響Turbo碼譯碼性能的主要因素進(jìn)行了MATLB仿真分析。 論文在深入分析比較上述三種譯碼算法的基礎(chǔ)之上，選擇Max-Log-MAP譯碼算法進(jìn)行了Turbo碼譯碼器的FPGA設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。主要針對FPGA實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)量化、定點(diǎn)數(shù)據(jù)表示方式、Max-Log-MAP算法子譯碼器關(guān)鍵運(yùn)算單元的FPGA設(shè)計(jì)和基于3GPP標(biāo)準(zhǔn)的Turbo碼譯碼器的內(nèi)交織的FPGA設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入研究，完成了固定譯碼長度的Turbo碼譯碼器的FPGA設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，并利用ModelSim和MATLAB分別對譯碼器進(jìn)行了功能時(shí)序驗(yàn)證和FPGA定點(diǎn)仿真測試。
上傳時(shí)間： 2013-07-09
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2000年10月2日，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所宣布采用Rijndael算法作為高級加密標(biāo)準(zhǔn)，并于2002年5月26日正式生效，AES算法將在今后很長一段時(shí)間內(nèi)，在信息安全中扮演重要角色。因此，對AES算法實(shí)現(xiàn)的研究就成為了國內(nèi)外的熱點(diǎn)，會在信息安全領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。用FPGA實(shí)現(xiàn)AES算法具有快速、靈活、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。 本論文就是針對AES加、解密算法在同一片F(xiàn)PGA中的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)問題，在深入分析了AES算法的整體結(jié)構(gòu)、基本變換以及加、解密流程的基礎(chǔ)上，對AES算法的加、解密系統(tǒng)的FPGA優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容為： 1．確定了實(shí)現(xiàn)方案以及關(guān)鍵技術(shù)，在比較了常用的結(jié)構(gòu)后，采用了適合高速并行實(shí)現(xiàn)AES加、解密算法的結(jié)構(gòu)——內(nèi)外混合的流水線結(jié)構(gòu)，并給出了總體的設(shè)計(jì)框圖。由于流水線結(jié)構(gòu)不適用于反饋模式，為了達(dá)到較高的運(yùn)算速度，該系統(tǒng)使用的是電碼本模式(ECB)的工作方式； 2．對各個(gè)子模塊的設(shè)計(jì)分別予以詳細(xì)分析，結(jié)合算法本身和FPGA的特點(diǎn)，采用查表法優(yōu)化處理了字節(jié)代換運(yùn)算，列混合運(yùn)算和密鑰擴(kuò)展運(yùn)算。同時(shí)，考慮到應(yīng)用環(huán)境的不同，本設(shè)計(jì)支持?jǐn)?shù)據(jù)分組為128比特，密鑰長度為128比特、192比特以及256比特三種模式下的AES算法加、解密過程。完成了AES加、解密算法在同一片F(xiàn)PGA中實(shí)現(xiàn)的這個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)； 3．利用QLJARTUSII開發(fā)工具進(jìn)行代碼的編寫工作和綜合編譯工作，在 MODELSIM中進(jìn)行仿真并給出仿真結(jié)果，給出了各個(gè)模塊和整個(gè)設(shè)計(jì)的仿真測試結(jié)果； 4．和其他類似的設(shè)計(jì)做了橫向?qū)Ρ龋贸鼋Y(jié)論：本設(shè)計(jì)在保證了速度的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了資源和速度的均衡，在性能上具有較大的優(yōu)勢。
上傳時(shí)間： 2013-05-25
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結(jié)合視頻壓縮的理論以及IP核設(shè)計(jì)中對于仿真驗(yàn)證的要求,本文設(shè)計(jì)了視頻壓縮IP核FPGA仿真驗(yàn)證平臺.其硬件子平臺以Xilinx公司XC2V3000為核心,針對視頻壓縮IP核應(yīng)用仿真要求設(shè)計(jì)外圍電路,構(gòu)建一個(gè)視頻壓縮IP核的硬件仿真原型,采用運(yùn)行于上位機(jī)上的控制和驅(qū)動(dòng)軟件作為軟件解碼子平臺.同時(shí)還設(shè)計(jì)了完全獨(dú)立于硬件之外的ModelSim軟件仿真驗(yàn)證平臺.以FPGA仿真驗(yàn)證平臺為載體,本文設(shè)計(jì)了基于H.263協(xié)議的視頻壓縮IP核.經(jīng)過ModelSim下的軟件平臺仿真調(diào)試與硬件平臺調(diào)試相結(jié)合的手段,作者完成了視頻壓縮IP核的仿真驗(yàn)證.
上傳時(shí)間： 2013-05-31
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卷積碼是無線通信系統(tǒng)中廣泛使用的一種信道編碼方式。Viterbi譯碼算法是一種卷積碼的最大似然譯碼算法，它具有譯碼效率高、速度快等特點(diǎn)，被認(rèn)為是卷積碼的最佳譯碼算法。本文的主要內(nèi)容是在FPGA上實(shí)現(xiàn)約束長度為9，碼率為1/2，采用軟判決方式的Viterbi譯碼器。 本文首先介紹了卷積碼的基本概念，闡述了Viterbi算法的原理，重點(diǎn)討論了決定Viterbi算法復(fù)雜度和譯碼性能的關(guān)鍵因素，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了采用“串-并”結(jié)合運(yùn)算方式的Viterbi譯碼器，并在Altera EP1C20 FPGA芯片上測試通過。本文的主要工作如下： 1.對輸入數(shù)據(jù)采用了二比特四電平量化的軟判決方式，對歐氏距離的計(jì)算方法進(jìn)行了簡化，以便于用硬件電路方式實(shí)現(xiàn)。 2.對ACS運(yùn)算單元采用了“串-并”結(jié)合的運(yùn)算方式，和全并行的設(shè)計(jì)相比，在滿足譯碼速度的同時(shí)，節(jié)約了芯片資源。本文中提出了一種路徑度量值存儲器的組織方式，簡化了控制模塊的邏輯電路，優(yōu)化了系統(tǒng)的時(shí)序。 3.在幸存路徑的選擇輸出上采用了回溯譯碼方法，與傳統(tǒng)的寄存器交換法相比，減少了寄存器的使用，大大降低了功耗和設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。 4.本文中設(shè)計(jì)了一個(gè)仿真平臺，采用Modelsim仿真器對設(shè)計(jì)進(jìn)行了功能仿真，結(jié)果完全正確。同時(shí)提出了一種在被測設(shè)計(jì)內(nèi)部插入監(jiān)視器的調(diào)試方法，巧妙地利用了Matlab算法仿真程序的輸出結(jié)果，提高了追蹤錯(cuò)誤的效率。 5.該設(shè)計(jì)在Altera EP1C20 FPGA芯片上通過測試，最大運(yùn)行時(shí)鐘頻率110MHz，最大譯碼輸出速率10.3Mbps。 本文對譯碼器的綜合結(jié)果和Altera設(shè)計(jì)的Viterbi譯碼器IP核進(jìn)行了性能比較，比較結(jié)果證明本文中設(shè)計(jì)的Viterbi譯碼器具有很高的工程實(shí)用價(jià)值。
標(biāo)簽： Viterbi FPGA 軟判決 譯碼器
上傳時(shí)間： 2013-07-23
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隨著現(xiàn)代控制理論在機(jī)電技術(shù)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，多電動(dòng)機(jī)協(xié)調(diào)控制技術(shù)在機(jī)電控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，給嵌入式系統(tǒng)的數(shù)控應(yīng)用提供了巨大機(jī)遇。傳統(tǒng)的伺服運(yùn)動(dòng)控制很難在處理大數(shù)據(jù)量、復(fù)雜算法時(shí)保證系統(tǒng)的靈活性和實(shí)時(shí)性。嵌入式系統(tǒng)是近年來發(fā)展起來的以應(yīng)用為中心并且軟硬件可裁剪的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，它的特點(diǎn)是高度自動(dòng)化，響應(yīng)速度快等，非常適合于要求實(shí)時(shí)的和多任務(wù)的場合。 本文以嵌入式數(shù)控系統(tǒng)為項(xiàng)目背景，研究設(shè)計(jì)了一種基于ARM和FPGA的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的方案。設(shè)計(jì)中，通過QuartusⅡ、ModelSim和Protel 99等電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化開發(fā)工具完成了一個(gè)高性能嵌入式軟硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及仿真驗(yàn)證；采用了實(shí)用小巧的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC／OS-Ⅱ，為應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性提供了保證。該嵌入式數(shù)控系統(tǒng)滿足了用戶對應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和快速處理的要求，具有較廣泛的應(yīng)用前景。 通過本課題實(shí)踐表明，基于ARM和FPGA構(gòu)建嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用方案完全可行、合理，同傳統(tǒng)的人機(jī)交互系統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，能大量地減輕研發(fā)任務(wù)，提高研發(fā)速度，能夠在短時(shí)間內(nèi)得到控制性能優(yōu)秀的數(shù)控系統(tǒng)。而μC／OS-Ⅱ?qū)崟r(shí)操作系統(tǒng)的加入，使得系統(tǒng)很好地進(jìn)行多任務(wù)處理，并保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。
標(biāo)簽： FPGA ARM 嵌入式 數(shù)控
上傳時(shí)間： 2013-07-22
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本文首先分析數(shù)字圖像壓縮技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用情況，相關(guān)的DVB技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和測試標(biāo)準(zhǔn)ETR290，進(jìn)而提出了一個(gè)可適用于實(shí)際工作環(huán)境的語義分析模型框架；并在FPGA開發(fā)環(huán)境ISE中按照這個(gè)語義分析模型框架構(gòu)造了一個(gè)具體的VHDL模型；同時(shí)利用工具軟件Synplify和modelsim完成軟件功能和時(shí)序仿真；然后設(shè)計(jì)相應(yīng)的硬件測試平臺來驗(yàn)證模塊功能。針對數(shù)字圖像技術(shù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的特點(diǎn)，本文提出了一種構(gòu)建在嵌入式硬件平臺上的分析模塊，可實(shí)時(shí)分析MPEG-2傳輸流語法。通過連接TCP/IP網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)24小時(shí)/7天長時(shí)間工作。模塊化的設(shè)計(jì)，使其可以安裝于各種設(shè)備或?qū)嶋H應(yīng)用環(huán)境中的各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)浇y(tǒng)一的服務(wù)器；同時(shí)該模塊可設(shè)置成不同的硬件觸發(fā)模式，使之成為故障傳感器。因此，該模塊適用于工程開通、快速故障監(jiān)測、長時(shí)間監(jiān)控等。通過與市場上專業(yè)測試設(shè)備性能進(jìn)行比較，在測試精確性方面不占優(yōu)勢，但在達(dá)到一定數(shù)量級的測試精度后，其廉價(jià)、簡易和無需維護(hù)的特點(diǎn)將呈現(xiàn)巨大的優(yōu)勢。
標(biāo)簽： FPGA MPEG 數(shù)字圖像 傳輸流
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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隨著通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，多媒體的應(yīng)用與服務(wù)越來越廣泛，視頻壓縮編碼技術(shù)也隨之成為非常重要的研究領(lǐng)域。運(yùn)動(dòng)估計(jì)是視頻壓縮編碼中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。由于視頻編碼系統(tǒng)的復(fù)雜性主要取決于運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法，因此如何找到一種可靠、快速、性能優(yōu)良的運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法一直是視頻壓縮編碼的研究熱點(diǎn)。運(yùn)動(dòng)估計(jì)在視頻編碼器中承擔(dān)的運(yùn)算量最大、控制最為復(fù)雜，由于對視頻編碼的實(shí)時(shí)性要求，因此運(yùn)動(dòng)估計(jì)模塊一般都采用硬件來設(shè)計(jì)。 本文的目的是在FPGA芯片上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一種更優(yōu)的易于硬件實(shí)現(xiàn)的塊匹配運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法——二步搜索算法。全文首先討論了塊匹配運(yùn)動(dòng)估計(jì)理論及其主要技術(shù)指標(biāo)，介紹了運(yùn)動(dòng)估計(jì)技術(shù)在MPEG-4中的應(yīng)用，然后在對典型的運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法進(jìn)行分析比較的基礎(chǔ)上討論了一種性能和硬件實(shí)現(xiàn)難易度綜合指數(shù)較高的二步搜索算法。本文對已有的用于全搜索算法實(shí)現(xiàn)的VLSI結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)了符合二步搜索算法要求的FPGA實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，并在對其理論分析之后，對實(shí)現(xiàn)該算法的運(yùn)動(dòng)估計(jì)模塊進(jìn)行了功能模塊的劃分，并運(yùn)用VerilogHDL硬件描述語言、ISE及Modelsim開發(fā)工具在Spartan-IIEXC2S300eFPGA芯片上完成了對各功能模塊的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與時(shí)序仿真。最后，對整個(gè)運(yùn)動(dòng)估計(jì)模塊進(jìn)行了仿真測試，給出了其在FPGA上搭建實(shí)現(xiàn)后的時(shí)序仿真波形圖與占用硬件資源情況，通過對時(shí)序仿真結(jié)果可知本文設(shè)計(jì)的各功能模塊工作正常，并且能夠協(xié)同工作，整個(gè)運(yùn)動(dòng)估計(jì)模塊能夠正確的實(shí)現(xiàn)二步搜索運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法，并輸出正確的運(yùn)動(dòng)估計(jì)結(jié)果；通過對占用硬件資源及時(shí)鐘頻率情況的分析驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)的二步搜索運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法的FPGA實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)具備先進(jìn)性和實(shí)時(shí)可實(shí)現(xiàn)性。
標(biāo)簽： FPGA 運(yùn)動(dòng)估計(jì) 算法 仿真
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