8051系列是至今為止最成功的單片機之一，在FPGA平臺上研究帶硬件浮點運算器的8051是對其在SoC及專用化的方向上的一次邁進。文章首先介紹了8051的基本架構，包括硬件模塊、指令系統(tǒng)、內(nèi)存分配以及基本外設。然后講解了在設計8051時如何劃分模塊，每個模塊的功能與設計，同時也介紹了如何設計流水線來加速8051的處理速度。對于浮點運算器，文章介紹了IEEE浮點數(shù)的表示方法，包括各種特殊值的表示方法以及作用。在探討浮點運算器設計的時候首先是給出了模塊的劃分及其實現(xiàn)的功能，然后以生動的實例介紹了加減乘除四種浮點運算的算法。在介紹完8051與浮點運算器設計以后，文章介紹了如何將浮點運算器集成到8051上，包括硬件上的數(shù)據(jù)線接口和控制線接口，以及軟件中如何運用硬件浮點運算器。最后文章給出了此設計在ModelSim上的仿真結(jié)果以及在CyclonelIFPGA芯片上的驗證過程，可以清楚地看到，與KeilC51軟件庫的浮點運算相比，加法運算從186個時鐘周期減少到4個時鐘周期，減法運算從200個時鐘周期減少到4個時鐘周期，乘法運算從241個時鐘周期減少到4個時鐘周期，而除法則由原來的¨lO個時鐘周期減少到4個時鐘周期，可見硬件浮點運算器使8051在運算能力上有了質(zhì)的提高。 筆者也在“Google”和“百度”搜索引擎上，以及“維普數(shù)據(jù)論文網(wǎng)’’上搜索過，都沒有發(fā)現(xiàn)有類似的設計，帶硬件浮點運算器的8051可謂是一次創(chuàng)新，希望在實際應用中能有用武之地。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，隨著多媒體技術的迅猛發(fā)展，電子、計算機、通訊和娛樂之間的相互融合、滲透越來越多，而數(shù)字音頻技術則是應用最為廣泛的技術之一。MP3(MPEG-1 Audio LayerⅢ)編解碼算法作為數(shù)字音頻的解決方案，在便攜式多媒體產(chǎn)品中得到了廣泛流行。 在已有的便攜式MP3系統(tǒng)實現(xiàn)方案中，低速處理器與專用硬件結(jié)合的SOC設計方案結(jié)合了硬件實現(xiàn)方式和軟件實現(xiàn)方式的優(yōu)點，具有成本低、升級容易、功能豐富等特點。IMDCT(反向改進離散余弦變換)是編解碼算法中一個運算量大調(diào)用頻率高的運算步驟，因此適于硬件實現(xiàn)，以降低處理器的開銷和功耗，來提高整個系統(tǒng)的性能。 本文首先闡述了MP3音頻編解碼標準和流程，以及IMDCT常用的各種實現(xiàn)算法。在此基礎上選擇了適于硬件實現(xiàn)的遞歸循環(huán)實現(xiàn)方法，并在已有算法的基礎上進行了改進，減小了所需硬件資源需求并保持了運算速度。接著提出了模塊總體設計方案，結(jié)合算法進行了實現(xiàn)結(jié)構的優(yōu)化，并在EDA環(huán)境下具體實現(xiàn)，用硬件描述語言設計、綜合、仿真，且下載到Xilinx公司的VirtexⅡ系列xc2v1000FPGA器件中，在減小硬件資源的同時快速地實現(xiàn)了IMDCT，經(jīng)驗證功能正確。
上傳時間： 2013-06-11
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JPEG是聯(lián)合圖像專家組(Joint Picture Expert Group)的英文縮寫，是國際標準化組織(ISO)和CCITT聯(lián)合制定的靜態(tài)圖像壓縮編碼標準。JPEG的基于DCT變換有損壓縮具有高壓縮比特點，被廣泛應用在數(shù)據(jù)量極大的多媒體以及帶寬資源寶貴的網(wǎng)絡程序中。 動態(tài)圖像的JPEG編解碼處理要求圖像恢復質(zhì)量高、實時性強，本課題就是針對這兩個方面的要求展開的研究。該系統(tǒng)由圖像編碼服務器端和圖像解碼客戶端組成。其中，服務器端實時采集攝像頭傳送的動態(tài)圖像，進行JPEG編碼，通過網(wǎng)絡傳送碼流到客戶端；客戶端接收碼流，經(jīng)過JPEG解碼，恢復出原始圖像送VGA顯示。設計結(jié)果完全達到了實時性的要求。 本文從系統(tǒng)實現(xiàn)的角度出發(fā)，首先分析了系統(tǒng)開發(fā)平臺，介紹FPGA的結(jié)構特點以及它的設計流程和指導原則；然后從JPEG圖像壓縮技術發(fā)展的歷程出發(fā)，分析JPEG標準實現(xiàn)高壓縮比高質(zhì)量圖像處理的原理；針對FPGA在算法實現(xiàn)上的特點，以及JPEG算法處理的原理，按照編碼和解碼順序，研究設計了基于改進的DA算法的FDCT和IDCT變換，以及按發(fā)生頻率進行優(yōu)化的霍夫曼查找表結(jié)構，并且從系統(tǒng)整體上對JPEG編解碼進行簡化，以提高系統(tǒng)的處理性能。最后，通過分析Nios嵌入式微處理器可定制特性，根據(jù)SOPC Builder中Avalon總線的要求，把圖像采集，JPEG圖像壓縮和網(wǎng)絡傳輸轉(zhuǎn)變成用戶自定義模塊，在SOPC Builder下把用戶自定義模塊添加到系統(tǒng)中，由Nios嵌入式軟核的控制下運行，在FPGA芯片上實現(xiàn)整個JPEG實時圖像編解碼系統(tǒng)(soc)。 在FPGA上實現(xiàn)硬件模塊化的JPEG算法，具有造價低功耗低，性能穩(wěn)定，圖像恢復后質(zhì)量高等優(yōu)點，適用于精度要求高且需要對圖像進行逐幀處理的遠程微小目標識別和跟蹤系統(tǒng)中以及廣電系統(tǒng)中前期的非線性編輯工作以及數(shù)字電影的動畫特技制作，對降低成本和提高圖像處理速度兩方面都有非常重大的現(xiàn)實意義。通過在FPGA上實現(xiàn)JPEG編解碼，進一步探索FPGA在數(shù)字圖像處理上的優(yōu)勢所在，深入了解進行此類硬件模塊設計的技術特點，是本課題的重要學術意義所在。
上傳時間： 2013-04-24
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感應加熱電源以其環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)點在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應用，逆變控制電路是直接影響感應加熱電源能否安全、高效運行的關鍵因素。目前的感應加熱裝置很多采用模擬電路控制，而模擬控制電路觸點多，焊點多，系統(tǒng)可靠性低，對一些元件的工藝性要求高，電路中控制參數(shù)不容易進行修改，靈活性較差。近年來隨著微處理機的發(fā)展，數(shù)字式控制精確，軟件設計靈活，因而整個控制系統(tǒng)容易實現(xiàn)，在感應加熱領域中運用數(shù)字式控制已是一個發(fā)展方向。 本文在模擬逆變控制系統(tǒng)的基礎上，在可編程邏輯器件(FPGA)上進行了數(shù)字式并聯(lián)逆變控制系統(tǒng)的研究。 首先，本文針對感應加熱并聯(lián)逆變控制的數(shù)字化進行了詳細的研究。在參閱國內(nèi)外相關文獻的基礎上，結(jié)合已有模擬并聯(lián)逆變控制電路的工作原理，設計了全數(shù)字鎖相環(huán)、它激轉(zhuǎn)自激掃頻啟動模塊等逆變控制功能模塊，并對各個模塊進行了相關的數(shù)學分析和功能仿真，結(jié)果證明可以達到預定的功能指標和設計要求。 然后，分析了感應加熱電源的整體工作流程，針對模擬控制電路中控制參數(shù)不易進行修改、靈活性較差等問題，設計了數(shù)據(jù)采集、存儲、顯示等功能模塊，有利于系統(tǒng)的調(diào)試，參數(shù)修改等實際操作。 最后，以模擬逆變控制策略為基礎，分析了數(shù)字控制器的控制要求和策略。由硬件狀態(tài)機實現(xiàn)數(shù)字控制器的設計，完成對整個逆變控制系統(tǒng)的整體控制操作。通過自上而下的總體設計，將各個部分組合起來，構成一個SOC系統(tǒng)。在FPGA集成軟件中進行了各部分和整體的仿真驗證，結(jié)果證明該設計可以完成逆變控制的各項需求和預定的人機交互操作。
標簽： FPGA 感應加熱電源 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-09
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數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是信號與信息處理系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分，同時也是軟件無線電系統(tǒng)中的核心模塊，在現(xiàn)代雷達系統(tǒng)以及無線基站系統(tǒng)中的應用越來越廣泛。為了能夠滿足目前對軟件無線電接收機自適應性及靈活性的要求，并充分體現(xiàn)在高性能FPGA平臺上設計SOC系統(tǒng)的思路，本文提出了由高速高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片、高性能FPGA、PCI總線接口、DB25并行接口組成的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計方案及實現(xiàn)方法。其中FPGA作為本系統(tǒng)的控制核心和傳輸橋梁，發(fā)揮了極其重要的作用。通過FPGA不僅完成了系統(tǒng)中全部數(shù)字電路部分的設計，并且使系統(tǒng)具有了較高的可適應性、可擴展性和可調(diào)試性。 在時序數(shù)字邏輯設計上，充分利用FPGA中豐富的時序資源，如鎖相環(huán)PLL、觸發(fā)器，緩沖器FIFO、計數(shù)器等，能夠方便的完成對系統(tǒng)輸入輸出時鐘的精確控制以及根據(jù)系統(tǒng)需要對各處時序延時進行修正。 在存儲器設計上，采用FPGA片內(nèi)存儲器。可根據(jù)系統(tǒng)需要隨時進行設置，并且能夠方便的完成數(shù)據(jù)格式的合并、拆分以及數(shù)據(jù)傳輸率的調(diào)整。 在傳輸接口設計上，采用并行接口和PCI總線接口的兩種數(shù)據(jù)傳輸模式。通過FPGA中的宏功能模塊和IP資源實現(xiàn)了對這兩種接口的邏輯控制，可使系統(tǒng)方便的在兩種傳輸模式下進行切換。 在系統(tǒng)工作過程控制上，通過VB程序編寫了應用于PC端的上層控制軟件。并通過并行接口實現(xiàn)了PC和FPGA之間的交互，從而能夠方便的在PC機上完成對系統(tǒng)工作過程的控制和工作模式的選擇。 在系統(tǒng)調(diào)試方面，充分利用QuartuslI軟件中自帶的嵌入式邏輯分析儀SignalTaplI，實時準確的驗證了在系統(tǒng)整個傳輸過程中數(shù)據(jù)的正確性和時序性，并極大的降低了用常規(guī)儀器觀測FPGA中眾多待測引腳的難度。 本文第四章針對FPGA中各功能模塊的邏輯設計進行了詳細分析，并對每個模塊都給出了精確的仿真結(jié)果。同時，文中還在其它章節(jié)詳細介紹了系統(tǒng)的硬件電路設計、并行接口設計、PCI接口設計、PC端控制軟件設計以及用于調(diào)試過程中的SignalTapⅡ嵌入式邏輯分析儀的使用方法，并且也對系統(tǒng)的仿真結(jié)果和測試結(jié)果給出了分析及討論。最后還附上了系統(tǒng)的PCB版圖、FPGA邏輯設計圖、實物圖及注釋詳細的相關源程序清單。
標簽： FPGA 控制 高速數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-09
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信號與信息處理是信息科學中近幾年來發(fā)展最為迅速的學科之一,隨著片上系統(tǒng)(SOC,System On Chip)時代的到來,FPGA正處于革命性數(shù)字信號處理的前沿。基于FPGA的設計可以在系統(tǒng)可再編程及在系統(tǒng)調(diào)試,具有吞吐量高,能夠更好地防止授權復制、元器件和開發(fā)成本進一步降低、開發(fā)時間也大大縮短等優(yōu)點。然而,FPGA器件是基于SRAM結(jié)構的編程工藝,掉電后編程信息立即丟失,每次加電時,配置數(shù)據(jù)都必須重新下載,并且器件支持多種配置方式,所以研究FPGA器件的配置方案在FPGA系統(tǒng)設計中具有極其重要的價值,這也給用于可編程邏輯器件編程的配置接口電路和實驗開發(fā)設備提出了更高的要求。 本論文基于IEEE1149.1標準和USB2.0技術,完成了FPGA配置接口電路及實驗開發(fā)板的設計與實現(xiàn)。作者在充分理解IEEE1149.1標準和USB技術原理的基礎上,針對Altcra公司專用的USB數(shù)據(jù)配置電纜USB-Blaster,對其內(nèi)部工作原理及工作時序進行測試與詳細分析,完成了基于USB配置接口的FPGA芯片開發(fā)實驗電路的完整軟硬件設計及功能時序仿真。作者最后進行了軟硬件調(diào)試,完成測試與驗證,實現(xiàn)了對Altera系列PLD的配置功能及實驗開發(fā)板的功能。 本文討論的USB下載接口電路被驗證能在Altera的QuartusII開發(fā)環(huán)境下直接使用,無須在主機端另行設計通信軟件,其兼容性較現(xiàn)有設計有所提高。由于PLD(Programmable Logic Device)廠商對其知識產(chǎn)權嚴格保密,使得基于USB接口的配置電路應用受到很大限制,同時也加大了自行對其進行開發(fā)設計的難度。 與傳統(tǒng)的基于PC并口的下載接口電路相比,本設計的基于USB下載接口電路及FPGA實驗開發(fā)板具有更高的編程下載速率、支持熱插拔、體積小、便于攜帶、降低對PC硬件傷害,且具備其它下載接口電路不具備的SignalTapII嵌入式邏輯分析儀和調(diào)試NiosII嵌入式軟核處理器等明顯優(yōu)勢。從成本來看,本設計的USB配置接口電路及FPGA實驗開發(fā)板與其同類產(chǎn)品相比有較強的競爭力。
上傳時間： 2013-06-07
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隨著各種通信系統(tǒng)數(shù)量的日益增多，為了充分地利用有限的頻譜資源，高頻譜利用率的調(diào)制技術不斷被應用。偏移正交相移鍵控(OQPSK: Offset QuadraturePhase Shift Keying)是一種恒包絡調(diào)制技術，具有較高的頻譜利用率和功率利用率，廣泛應用于衛(wèi)星通信系統(tǒng)和地面移動通信系統(tǒng)。因此，對于OQPSK全數(shù)字解調(diào)技術的研究具有一定的理論價值。 本文以軟件無線電和全數(shù)字解調(diào)的相關理論為指導，成功設計并實現(xiàn)了基于FPGA的OQPSK全數(shù)字解調(diào)。論文介紹了OQPSK全數(shù)字接收解調(diào)原理和基于軟件無線電設計思想的全數(shù)字接收機的基本結(jié)構，詳細闡述了當今OQPSK數(shù)字解調(diào)中載波頻率同步、載波相位同步、時鐘同步和數(shù)據(jù)幀同步的一些常用算法，并選擇了相應算法構建了三種系統(tǒng)級的實現(xiàn)方案。通過MATLAB對解調(diào)方案的仿真和性能分析，確定了FPGA中的系統(tǒng)實現(xiàn)方案。在此基礎上，本文采用VerilogHDL硬件描述語言在Altera公司的Quartus II開發(fā)平臺上設計了同步解調(diào)系統(tǒng)中的各個模塊，還對各模塊和整個系統(tǒng)在ModelSim中進行了時序仿真驗證，并對設計中出現(xiàn)的問題進行了修正。最后，經(jīng)過FPGA調(diào)試工具嵌入式邏輯分析儀SignalTapⅡ的硬件實際測試，本文對系統(tǒng)方案進行了最終的改進與調(diào)整。 實際測試結(jié)果表明，本文的設計最終能夠達到了預期的指標和要求。本課題設計經(jīng)過時序和資源優(yōu)化后還可以向ASIC和系統(tǒng)級SOC轉(zhuǎn)化，以進一步縮小系統(tǒng)體積、降低成本和提高電路的可靠性，因此具有良好的實際應用價值。
標簽： OQPSK FPGA 全數(shù)字 解調(diào)
上傳時間： 2013-07-14
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近年來，GPS技術迅速發(fā)展，并隨著3G時代的到來，其應用領域日益廣闊，需求量與日俱增。與此同時，隨著電路系統(tǒng)設計越來越復雜，上市時間日益縮短，集成電路設計方法面臨重大變革。因此采用新型方法學來設計GPS接收系統(tǒng)是必要的。 本文基于GPS原理，采用可復用的IP技術和軟硬協(xié)同設計技術，設計了一種高性能的GPS SOC接收系統(tǒng)。論文首先分析了GPS信號解調(diào)的原理，提出了一種高性能的捕獲和跟蹤系統(tǒng)結(jié)構，詳細說明了其工作流程和設計原理。其次，基于高性能總線的選取提出了整個基帶系統(tǒng)地結(jié)構，并闡明了總線上的各個模塊設計方法。采用了直接復用的測試手段和FPGA的測試平臺，縮短開發(fā)周期，而且保證了對整個系統(tǒng)測試的覆蓋率。本文所設計的系統(tǒng)最大特色在于易于集成到其它系統(tǒng)中，并且僅占用10個芯片端口，實現(xiàn)了IP化的設計目的。 最后本文介紹了測試過程中所采用的基于FPGA平臺的仿真驗證方案和測試方法，并給出了最終的測試結(jié)果，達到了對衛(wèi)星信號搜索定位的目的。
標簽： FPGA GPS 系統(tǒng)設計
上傳時間： 2013-04-24
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美信半導體是全球領先的半導體制造供應商，Maxim的電能計量方案提供全面的SoC器件選擇， 是多芯片方案的高精度、高性價比替代產(chǎn)品。無與倫比的動態(tài)范圍和獨特的32位可編程測量引擎，使 得我們的單芯片方案能夠滿足不同用戶的需求。為各種類型的表計開發(fā)提供了一條高效、便捷的途 徑，以滿足ANSI和IEC的市場要求。 ● 產(chǎn)品滿足不同國家對智能表系統(tǒng)以及低端瓦時(Wh)表、防篡改設計以及預付費設備的要求； ● 完備的開發(fā)工具加快軟件開發(fā)、測試和原型設計，縮短研發(fā)周期和產(chǎn)品上市時間。
標簽： 美信 半導體產(chǎn)品 選型指南
上傳時間： 2013-04-24
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EDA工程建模及其管理方法研究2 1 隨著微電子技術與計算機技術的日益成熟，電子設計自動化(EDA)技術在電子產(chǎn)品與集成電路 (IC)芯片特別是單片集成(SoC)芯片的設計應用中顯得越來越重要。EDA技術采用“自上至下”的設計思想，允許設計人員能夠從系統(tǒng)功能級或電路功能級進行產(chǎn)品或芯片的設計，有利于產(chǎn)品在系統(tǒng)功能上的綜合優(yōu)化，從而提高了電子設計項目的協(xié)作開發(fā)效率，降低新產(chǎn)品的研發(fā)成本。 近十年來，EDA電路設計技術和工程管理方面的發(fā)展主要呈現(xiàn)出兩個趨勢： (1) 電路的集成水平已經(jīng)進入了深亞微米的階段，其復雜程度以每年58％的幅度迅速增加，芯片設計的抽象層次越來越高，而產(chǎn)品的研發(fā)時限卻不斷縮短。 (2) IC芯片的開發(fā)過程也日趨復雜。從前期的整體設計、功能分，到具體的邏輯綜合、仿真測試，直至后期的電路封裝、排版布線，都需要反復的驗證和修改，單靠個人力量無法完成。IC芯片的開發(fā)已經(jīng)實行多人分組協(xié)作。由此可見，如何提高設計的抽象層次，在較短時間內(nèi)設計出較高性能的芯片，如何改進EDA工程管理，保證芯片在多組協(xié)作設計下的兼容性和穩(wěn)定性，已經(jīng)成為當前EDA工程中最受關注的問題。
上傳時間： 2013-11-10
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