在航空航天，遙感測量，安全防衛以及家用影視娛樂等領域，要求能及時保存高清晰度的視頻信號供后期分析、處理、研究和欣賞。因此，研究一套處理速度快，性能可靠，使用方便，符合行業相關規范的高清視頻編解碼系統是十分必要的。 本文首先介紹了高清視頻的發展歷史。并就當前相關領域的發展闡述了高清視頻編解碼系統的設計思路，提出了可行的系統設計方案。基于H.264的高清視頻編碼系統對處理器的要求非常高，一般的DSP和通用處理器難以達到性能要求。本系統選擇富士通公司最新的專用視頻編解碼芯片MB86H51，實時編解碼分辨率達到1080p的高清視頻。芯片具有壓縮率高，功耗低，體積小等優點。系統的控制設備由三塊FPGA芯片和ARM控制器共同完成。FPGA芯片分別負責視頻輸入輸出，碼流輸入輸出和主編解碼芯片的控制。ARM作為上層人機交互的控制器，向系統使用者提供操作界面，并與主控FPGA相連。方案實現了高清視頻的輸入，實時編碼和碼流存儲輸出等功能于一體，能夠編碼1080p的高清視頻并存儲在硬盤中。系統開發的工作難點在于FPGA的程序設計與調試工作。其次，詳細介紹了FPGA在系統中的功能實現，使用的方法和程序設計。使用VHDL語言編程實現I2C總線接口和接口控制功能，利用stratix系列FPGA內置的M4K快速存儲單元實現128K的命令存儲ROM，并對設計元件模塊化，方便今后的功能擴展。編程實現了PIO模式的硬盤讀寫和SDRAM接口控制功能，實現高速的數據存儲功能。利用時序狀態機編程實現主芯片編解碼控制功能，完成編解碼命令的發送和狀態讀取，并對設計思路，調試結果和FPGA資源使用情況進行分析。著重介紹設計中用到的最新芯片及其工作方式，分析設計過程中使用的最新技術和方法。有很強的實用價值。最后，論文對系統就不同的使用情況提出了可供改進的方案，并對與高清視頻相關的關鍵技術作了分析和展望。
上傳時間： 2013-07-26
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隨著數字電子技術的發展，數字信號處理廣泛應用于聲納、雷達、通訊語音處理和圖像處理等領域。快速傅立葉變換(Fast Fourier Transform，FFT)在數字信號處理系統中起著很重要的作用，FFT 有效地提高了離散傅立葉變換(Discret Fourier Transform，DFT)的運算效率。 處理器一般要求具有高速度、高精度、大容量和實時處理的性能，而現場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)是近年來迅速發展起來的新型可編程器件，在處理大規模數據方面，有極大的優勢。論文采用了在FPGA中實現FFT算法的方案。 數字信號處理板的硬件電路設計是本論文的重要部分之一。在介紹了FFT以及波束形成的基本原理和基本方法的基礎上，根據實時處理的要求，給出了數字信號處理板的硬件設計方案并對硬件電路的實現進行了分析和說明。 依據數字系統的設計方法，分別采用基二按時間抽取FFT算法、基四按時間抽取FFT算法以及FFT兆核函數三種方法利用硬件描述語言(VHSICHardware Description Language，VHDL)實現了1024點的FFT，接著對三種方法進行了評估，得出了FPGA完全能滿足處理器的實時處理的要求的結論。然后根據通用串行總線(Universial Serial Bus，USB)協議，利用VHDL語言編寫了USB接口芯片ISP1581的固件程序，實現了設備的枚舉過程。
上傳時間： 2013-08-01
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信號發生器是控制系統的重要組成部分。研制出較高精度、可靠性、可調參數的數字量信號發生器，對于促進我國航空、航天、國防以及工業自動化等領域的發展均有重要意義。本文以直接頻率合成和偽隨機碼的設計與實現為中心，對擴頻通信的基本理論、信號源的結構、載波調制等問題進行了深入的分析和研究，并給出了模塊的硬件實現方案。 現場可編程門陣列(FPGA)設計靈活、速度快，在數字專用集成電路的設計中得到了廣泛的應用。論文介紹了FPGA技術的發展和應用，包括VHDL語言的基本語法結構和FPGA器件的開發設計流程等等。詳細地分析了各類頻率合成器的基礎上提出采用直接數字式頻率合成原理(DDS)實現低相位噪聲、高分辨率、高精度和高穩定度的信號源。研究了測距偽隨機碼的原理，確定選用移位序列作為系統的擴頻碼序列，并選取了符合本系統使用的移位序列擴頻碼。分別給出并分析了相應的FPGA硬件實現電路。 對于載波調制這一關鍵技術，提出了采用二進制相移鍵控相位選擇法并相應作了硬件實現。最后給出具體設計實現了的信號發生器的輸出波形。經實驗室測試，設計的信號發生器滿足要求，且結構簡單、工作可靠、重量輕、體積小，具有良好的應用前景。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著現代計算機技術、微電子技術的進一步結合和發展，可編程邏輯技術已成為當前電子設計領域中最具活力和發展前途的技術。通過采用FPGA/EDA技術，對通信卡的PCI接口、E1接口、外部邏輯電路進行集成，并利用目前通用計算機強大的數字信息處理能力，可大大簡化CTI硬件的設計，降低制造成本，提高系統可靠性。 據此，本論文提出了基于FPGA/EDA技術的PCI-E1接口設計方法，文中對PCI總線接口、E1接口及兩接口的互連等相關技術進行了深入分析，對各功能模塊和系統進行了VHDL建模與仿真。 同時，論文還介紹了基于ALTERACyclone系列FPGA芯片的PCI-E1接口硬件平臺的設計原理和基于DriverWorks的WDM驅動程序的設計方法。 本論文涉及的軟件、硬件系統已經開發、調試完成。測試結果表明：1、論文所研究的PCI接口(主/從設備)在進行配置讀/寫、I/O讀寫、存儲器讀寫及總線的猝發數據傳送等操作中，各項性能符合PCI2.3規范的要求。 2、論文所研究的E1接口支持成幀和不成幀兩種傳輸方式：在成幀模式下，信息的有效傳送速率為31×64Kbit/s；在不成幀的模式下，信息的有效傳送速率為2.048Mbit/s。E1輸出口各項參數符合CCITT相關規范要求。 3、論文所研究的PCI-E1接口在與現網設備、模塊的對接測試中，性能穩定。基于本論文的產品已經正式發布。國內部分廠家已對該產品進行了多方面的綜合測試，并計劃將其應用到實際的生產和研究中。 本論文對于CTI硬件的設計是一項嘗試和革新。測試和應用證明該方法行之有效，符合設計目標，具有較廣闊的應用前景。
上傳時間： 2013-04-24
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《計算機組成原理》是計算機系的一門核心課程。但是它涉及的知識面非常廣，內容包括中央處理器、指令系統、存儲系統、總線和輸入輸出系統等方面，學生在學習該課程時，普遍覺得內容抽象難于理解。但借助于該計算機組成原理實驗系統，學生通過實驗環節，可以進一步融會貫通學習內容，掌握計算機各模塊的工作原理，相互關系的來龍去脈。 為了增強實驗系統的功能，提高系統的靈活性，降低實驗成本，我們采用FPGA芯片技術來徹底更新現有的計算器組成原理實驗平臺。該技術可根據用戶要求為芯片加載由VHDL語言所編寫出的不同的硬件邏輯，FPGA芯片具有重復編程能力，使得系統內硬件的功能可以像軟件一樣被編程，這種稱為“軟”硬件的全新系統設計概念，使實驗系統具有極強的靈活性和適應性。它不僅使該系統性能的改進和擴充變得十分簡易和方便，而且使學生自己設計不同的實驗變為可能。計算機組成原理實驗的最終目的是讓學生能夠設計CPU，但首先，學生必須知道CPU的各個功能部件是如何工作，以及相互之間是如何配合構成CPU的。因此，我們必須先設計出一個教學用的以FPGA芯片為核心的硬件平臺，然后在此基礎上開發出VHDL部件庫及主要邏輯功能，并設計出一套實驗。 本文重點研究了基于FPGA芯片的VHDL硬件系統，由于VHDL的高標準化和硬件描述能力，現代CPU的主要功能如計算，存儲，I/O操作等均可由VHDL來實現。同時設計實驗內容，包括時序電路的組成及控制原理實驗、八位運算器的組成及復合運算實驗、存儲器實驗、數據通路實驗、浮點運算器實驗、多流水線處理器實驗等，這些實驗形成一個相互關聯的系統。每個實驗先由教師講解原理及原理圖，學生根據教師提供的原理圖，自己用MAX+PLUSII完成電路輸入，學生實驗實際上是編寫VHDL，不需要寫得很復雜，只要能調用接口，然后將程序燒入平臺，這樣既不會讓學生花太多的時間在畫電路圖上，又能讓學生更好的理解每個部件的工作原理和工作過程。 論文首先研究分析了FPGA硬件實驗平臺，即實驗系統的硬件組成。系統采用FPGA-XC4010EPC84，62256CPLD以及其他外圍芯片(例如74LS244，74LS275)組成。根據不同的實驗要求，規劃不同實驗控制邏輯。用戶可選擇不同的實驗邏輯，通過把實驗邏輯下載到FPGA芯片中構成自己的實驗平臺。 其次，論文詳細的闡述了VHDL模塊化設計，如何運用VHDL技術來依次實現CPU的各個功能部件。VHDL語言作為一種國際標準化的硬件描述語言，自1987年獲得IEEE批準以來，經過了1993年和2001年兩次修改，至今已被眾多的國際知名電子設計自動化(EDA)工具研發商所采用，并隨同EDA設計工具一起廣泛地進入了數字系統設計與研發領域，目前已成為電子業界普遍接受的一種硬件設計技術。再次，論文針對實驗平臺中遇到的較為棘手的多流水線等問題，也進行了深入的闡述和剖析。學生需要什么樣的實驗條件，實驗內容及步驟才能了解當今CPU所采用的核心技術，才能掌握CPU的設計，運行原理。另外，本論文的背景是需要學生熟悉基本的VHDL知識或技能，因為實驗是在編寫VHDL代碼的前提下完成的。 本文在基于實驗室的環境下，基本上較為完整的實現了一個基于FPGA的實驗平臺方案。在此基礎上，進行了部分功能的測試和部分性能方面的分析。本論文的研究，為FPGA在實際系統中的應用提供研究思路和參考方案。論文的研究結果將對FPGA與VHDL標準的進一步發展具有重要的理論和現實意義。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著技術的飛速發展，電力電子裝置如變頻設備、變流設備等容量日益擴大，數量日益增多。由于非線性器件的廣泛使用，使得電網中的諧波污染日益嚴重，給電力系統和各類用電設備帶來危害，輕則增加能耗，縮短設備使用壽命，重則造成用電事故，影響安全生產，電力諧波已經成為電力系統的公害。除了傳統的濾波方法，例如，無源濾波、改變系統的拓補結構來抑制諧波外，人們已廣泛應用有源濾波器(APF)來消除注入電網的諧波，而實現有源濾波策略的前提就是能夠實時、精確地檢測出諧波電流。諧波檢測是諧波研究中的一個重要的分支，是解決其他相關諧波問題的基礎，因此進行諧波檢測的研究具有重要的理論意義和實用價值。設計一種精度高、實時性好且適用范圍寬的諧波電流檢測方法是國內外眾多學者致力研究的目標。 本文主要從諧波檢測理論和實現方法上探討了高精度、高實時性諧波檢測數字系統的相關問題。論文中闡述了電力系統諧波的相關概念和產生原理，并分析了電力諧波的特點，對國內外各種諧波檢測方法進行了分析和研究。在檢測理論上，本文采用FFT理論來計算諧波含量，研究了Radix-2 FFT在諧波檢測中的應用，綜述了可編程元器件的發展過程、工藝發展及目前的應用情況，并介紹了一種主流硬件描述語言VHDL。最后以FPGA芯片XC2S200為硬件平臺，以ISE6.0為軟件平臺，利用VHDL語言描述的方式實現了512點16Bit的快速傅立葉變換系統，并進行了仿真、綜合等工作。仿真結果表明其計算結果達到了一定的精度，運行速度可以滿足一般實時信號處理的要求。
上傳時間： 2013-06-02
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在衛星通信、移動通信技術快速發展的今天，短波這一最古老和傳統的通信方式不僅沒有被淘汰，還在快速發展。其通信距離遠、設備簡單以及移動方便等優點被廣泛應用于無線通信領域。 數字調制技術作為通信領域中極為重要的一個方面，也得到了迅速發展。全數字調制解調技術的使用使各類現代調制解調技術融合一體，目前國內多速率/多制式調制解調大多基于通用．DSP實現，支持的速率比較低。由于運算量大和硬件參數的限制，采用通用DSP無法勝任高速率調制解調的任務。現代FPGA可以提供支持以低系統丌銷、低成本實現高速乘．累加超前進位鏈的DSP算法。本文采用理論與實踐相結合的方式研究基于FPGA技術來實現短波數字信號的調制解調。通過對具體的FPGA系統設計與調試，將理論應用到實際中。 本文通過具體的EPlC60240C8芯片作為處理器的FPGA實驗板，研究了短波數字信號調制解調的設計與丌發過程。分析了現代通信的各種調制方式．誤碼率。得出了不同的調制方式的優劣性。最后重點提出了QPSK的調制解調方法。給出了Qf'SK的調制解調框圖、QPSK的SystemView系統仿真、VHDL程序進行調制解調，在OUARTUS上進行仿真。然后設計AD/DA輸入輸出電路，對短波數字信號進行調制解調。通過設計的AD/DA電路輸入短波數字信號進行調制解調，然后輸出原始的模擬信號。文中還對比了其他的調制解調方式，通過對比，發現不同的調制解調方式對短波信號的影響。最后，通過比較FPGA與DSP在處理高速率、大容量的數字信號，得出不同的結論。展示了FPGA在這方面的優越性。
上傳時間： 2013-06-05
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隨著微電子技術和計算機技術的迅猛發展，尤其是現場可編程器件的出現，為滿足實時處理系統的要求，誕生了一種新穎靈活的技術——可重構技術。它采用實時電路重構技術，在運行時根據需要，動態改變系統的電路結構，從而使系統既有硬件優化所能達到的高速度和高效率，又能像軟件那樣靈活可變，易于升級，從而形成可重構系統。可重構系統的關鍵在于電路結構可以動態改變，這就需要有合適的可編程邏輯器件作為系統的核心部件來實現這一功能。 論文利用可重構技術和“FD-ARM7TDMLCSOC”實驗板的可編程資源實現了一個8位微程序控制的“實驗CPU”，將“實驗CPU”與實驗板上的ARMCPU構成雙內核CPU系統，并對雙內核CPU系統的工作方式和體系結構進行了初步研究。 首先，文章研究了8位微程序控制CPU的開發實現。通過設計實驗CPU的系統邏輯圖，來確定該CPU的指令系統，并給出指令的執行流程以及指令編碼。“實驗CPU”采用的是微程序控制器的方式來進行控制，因此進行了微程序控制器的設計，即微指令編碼的設計和微程序編碼的設計。為利用可編程資源實現該“實驗CPU”，需對“實驗CPU”進行VHDL描述。 其次，文章進行了“實驗CPU”綜合下載與開發。文章中使用“Synplicity733”作為綜合工具和“Fastchip3.0”作為開發工具。將“實驗CPU”的VHDL描述進行綜合以及下載，與實驗箱上的ARMCPU構成雙內核CPU，實現了基于可重構技術的雙內核CPU的系統。根據實驗板的具體環境，文章對雙內核CPU系統存在的關鍵問題，如“實驗CPU”的內存讀寫問題、微程序控制器的實現，以及“實驗CPU'’框架等進行了改進，并通過在開發工具中添加控制模塊和驅動程序來實現系統工作方式的控制。 最后，文章對雙核CPU系統進行了功能分析。經分析，該系統中兩個CPU內核均可正常運行指令、執行任務。利用實驗板上的ARMCPU監視用“實驗CPU”的工作情況，如模擬“實驗CPU”的內存，實現機器碼運行，通過串行口發送的指令來完成單步運行、連續運行、停止、“實驗CPU"指令文件傳送、“實驗CPU"內存修改、內存察看等工作，所有結果可顯示在超級終端上。該系統通過利用ARMCPU來監控可重構CPU，研究雙核CPU之間的通信，嘗試新的體系結構。
上傳時間： 2013-04-24
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本文以直接頻率合成和偽隨機碼的設計與實現為中心，對擴頻通信的基本理論、信號源的總體結構、載波調制、濾波器設計等問題進行了深入的分析和研究，并給出了模塊的硬件實現方案。 首先介紹了FPGA技術的發展和應用，包括VHDL語言的基本語法結構和FPGA器件的開發設計流程等等。詳細地分析了各類頻率合成器的基礎上提出采用直接數字式頻率合成器(DDS)實現低相位噪聲、高分辨率、高精度和高穩定度的信號源。研究了測距偽隨機碼的原理，確定選用移位序列作為系統的擴頻碼序列，并選取了符合本系統使用的移位序列擴頻碼。分別給出并分析了相應的FPGA硬件實現電路。 對于載波調制這一關鍵技術，提出了采用二進制相移鍵控相位選擇法并相應作了硬件實現。分析與研究了射頻寬帶濾波器應具有的傳輸特性，通過分析巴特沃思濾波器、切比雪夫濾波器、橢圓濾波器和貝塞爾濾波器這幾種濾波器的頻譜特性，設計了發生器射頻寬帶濾波器。最后給出具體設計實現了的信號發生器的輸出波形。
上傳時間： 2013-04-24
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在圖像處理及檢測系統中，實時性要求往往影響著系統處理速度的性能。本文在分析研究視頻檢測技術及方法的基礎上，應用嵌入式系統設計和圖像處理技術，以交通信息視頻檢測系統為研究背景，展開了基于FPGA視頻圖像檢測技術的研究與應用，通過系統仿真驗證了基于FPGA架構的圖像并行處理和檢測系統具有較高的實時處理能力，能夠準確并穩定地檢測出運動目標的信息。可見FPGA對提高視頻檢測及處理的實時性是一個較好的選擇。 本文主要研究的內容有： 1．分析研究了視頻圖像檢測技術，針對傳統基于PC構架和DSP處理器的視頻檢測系統的弊端，并從可靠性、穩定性、實時性和開發成本等因素考慮，提出了以FPGA芯片作為中央處理器的嵌入式并行數據處理系統的設計方案。 2．應用模塊化的硬件設計方法，構建了新一代嵌入式視頻檢測系統的硬件平臺。該系統由異步FIFO模塊、圖像空間轉換模塊、SRAM幀存控制模塊、圖像預處理模塊和圖像檢測模塊等組成，較好地解決了圖像采樣存儲、處理和傳輸的問題，并為以后系統功能的擴展奠定了良好的基礎。 3．在深入研究了線性與非線性濾波幾種圖像處理算法，分析比較了各自的優缺點的基礎上，本文提出一種適合于FPGA的快速圖像中值濾波算法，并給出該算法的硬件實現結構圖，應用VHDL硬件描述語言編程、實現，仿真結果表明，快速中值濾波算法的處理速度較傳統算法提高了50％，更有效地降低了系統資源占用率和提高了系統運算速度，增強了檢測系統的實時性能。 4．研究了基于視頻的交通車流量檢測算法，重點討論背景差分法，圖像二值化以及利用直方圖分析方法確定二值化的閾值，并對圖像進行了直方圖均衡處理，提高圖像檢測精度。并結合嵌入式系統處理技術，在FPGA系統上研究設計了這些算法的硬件實現結構，用VHDL語言實現，并對各個模塊及相應算法做出了功能仿真和性能分析。 5．系統仿真與驗證是整個FPGA設計流程中最重要的步驟，針對現有仿真工具用手動設置輸入波形工作量大等弊病，本文提出了一種VHDL測試基準(TestBench)方法解決系統輸入源仿真問題，用TEXTIO程序包設計了MATLAB與FPGA仿真軟件的接口，很好地解決了仿真測試中因測試向量龐大而難以手動輸入的問題。并將系統的仿真結果數據在MATLAB上還原為圖像，方便了系統測試結果的分析與調試。系統測試的結果表明，運動目標的檢測基本符合要求，可以排除行走路人等移動物體(除車輛外)的噪聲干擾，有效地檢測出正確的目標。 本文主要研究了基于FPGA片上系統的圖像處理及檢測技術，針對FPGA技術的特點對某些算法提出了改進，并在MATLAB、QuartusⅡ和ModelSim軟件開發平臺上仿真實現，仿真結果達到預期目標。本文的研究對智能化交通監控系統的車流量檢測做了有益探索，對其他場合的圖像高速處理及檢測也具有一定的參考價值。
上傳時間： 2013-07-13
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