該論文基于NIOS Ⅱ軟核處理器和Altera的FPGA技術，設計了一種便攜式的振動頻譜分析儀，用于旋轉機械的故障監(jiān)測和診斷。以SOPC技術為手段，將信號采集和信號處理電路通過可編程片上系統(tǒng)來實現(xiàn)，其特點是將對ADC的控制、數(shù)字信號的濾波、快速傅立葉變換的設計，通過FPGA芯片集成在一起，以NIOS Ⅱ來完成32位CPU的狀態(tài)控制功能。工程機械、汽車車輛中都存在諸如發(fā)動機類的旋轉機械，這類設備的異常振動往往會影響正常工作，嚴重時還會出現(xiàn)各種重大事故，該分析儀可以實時地或定期地對發(fā)動機、齒輪箱等旋轉機械進行振動頻譜分析和監(jiān)測，運用于民用機械能產(chǎn)生非常好的經(jīng)濟效益。 該論文從四個方面進行了研究工作。其一，利用FPGA對ADC芯片的工作進行控制，使其在規(guī)定的時間內(nèi)與DSP模塊進行數(shù)據(jù)交換，并對ADC各引腳時序進行控制，使兩者協(xié)調(diào)同步工作，編制了相應的VHDL語言程序。其二，采用SOPC Builder設計開發(fā)，實現(xiàn)了基于NIOS Ⅱ的32位CPU軟核，創(chuàng)建了相應的C/C++和匯編的宏代碼，使得軟件可以訪問用戶自定義邏輯。對頂層設計產(chǎn)生的VHDL的RTL代碼和仿真文件進行了綜合、編譯適配以及仿真。其三，配合Matlab和DSP Builder的強大功能進行DSP模塊設計，開發(fā)出了FIR和FFT等功能模塊，并且添加到SOPC系統(tǒng)中，使其可以由NIOS Ⅱ很容易的調(diào)用。其四，在NIOS Ⅱ系統(tǒng)中添加了uC/OS Ⅱ操作系統(tǒng)，提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并且降低了開發(fā)難度，提高了系統(tǒng)升級的能力。由于整個設計是基于FPGA開發(fā)的，所以該系統(tǒng)包括了所有FPGA系統(tǒng)的特點，包括并行的DSP處理、在系統(tǒng)可編程、升級簡單等特點，極易使設計產(chǎn)品化。
上傳時間： 2013-04-24
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詳細的理論分析，可以對模擬電路的理論知識有較為全面透徹的了解
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相關技術的基礎上，給出了SOPC技術開發(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： 2013-05-28
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本文分析了當代高精度地震勘探數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，研究了數(shù)據(jù)采集的A/D方法及理論、現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable GateArray，F(xiàn)PGA)技術的發(fā)展及原理，串口通信的原理及實現(xiàn)。在此基礎上，探討了采用FPGA控制24位△∑模數(shù)轉換器來實現(xiàn)高精度地震勘探數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實現(xiàn)思路，對探測傳感器或檢波器后端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號A/D轉換、FPGA與外部接口設計、串口數(shù)據(jù)通信做了詳細的研究，尤其是在用FPGA來完成與外部ADC的接口控制上做了深入的開發(fā)和設計，整個接口控制模塊采用VHDL語言編寫，并同時將ROM、FIFO等數(shù)字邏輯模塊一起集成到一片F(xiàn)PGA芯片當中，并在Quartus Ⅱ6.0的開發(fā)平臺上通過了軟件仿真，時序仿真結果達到了系統(tǒng)要求。
標簽： 高精度 地震勘探 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-21
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?開發(fā)GAL/PAL的軟件，DOS界面進行行為級仿真，判斷設計的可行性，驗證模塊的功能和設計的 debug。然后是調(diào)試和分析環(huán)境中使用代碼處理箱（verisure/for verilog) (VHDLCover /for VHDL)分析仿真結果，驗證測試級別。
上傳時間： 2013-04-24
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密集型的矩陣運算在信號處理和圖像處理中被廣泛應用，而且往往需要系統(tǒng)進行實時運算，這就需要系統(tǒng)具有很高的吞吐率。因此尋找矩陣運算的高速實現(xiàn)方法是很有意義的。FPGA的運算速度快并且可以并行運算，和其它矩陣運算的實現(xiàn)方式相比，F(xiàn)PGA有其獨特的優(yōu)勢。本文主要設計并實現(xiàn)了基于FPGA的各種矩陣運算模塊。 本文首先介紹了矩陣運算的特點和原理，接著討論了FPGA浮點運算單元的VHDL設計方法，在此基礎上，設計了矩陣相乘累加、三角矩陣求逆和一般矩陣分解求逆的運算模塊，給出矩陣階數(shù)擴大時各種矩陣運算的分塊實現(xiàn)方法。然后在ModelSim環(huán)境下仿真了一般矩陣的求逆模塊，與Maflab仿真結果比較，分析了運算精度、時間復雜度和資源占用情況，在Virtex-4系列FPGA硬件平臺上進行了調(diào)試和測試，并通過USB接口將矩陣運算結果送入PC機，驗證了基于FPGA矩陣運算的正確性和可行性。最后對矩陣求逆模塊在雷達信號中的應用作了簡單介紹。
上傳時間： 2013-07-20
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圖像采集和處理技術在機器視覺和圖像分析等諸多領域應用十分廣泛，大部分情況下，采集卡只需將前端相機捕獲的圖像信息正確地傳回計算機即可。但是在要求較高的應用場合需要采集卡能準確控制外部光源和相機，完成圖像采集，預處理，數(shù)據(jù)傳輸。只有這樣，用戶才可以根據(jù)不同的興趣和需求對特定的某些圖像進行采集、傳輸以及處理，以達到某種分析目的。 本文根據(jù)國家985二期項目“三維粒子圖像測速系統(tǒng)”的圖像采集與處理需要，設計開發(fā)了一款以FPGA為核心控制芯片的嵌入式圖像采集卡。采集卡以FPGA為邏輯和算法實現(xiàn)的核心器件，不僅實現(xiàn)了傳統(tǒng)意義上的圖像采集，而且實現(xiàn)了CCD相機控制和激光器同步曝光功能，打破了以往單純靠增加硬件設備實現(xiàn)同步控制的方法，簡化了系統(tǒng)硬件結構并節(jié)約系統(tǒng)成本。此外，在系統(tǒng)中嵌入了圖像增強算法和采用PCI接口與計算機連接滿足了高速采集的要求。同時，采用市場上廣泛應用的Camera Link作為采集卡的圖像輸入接口，提高了系統(tǒng)的通用性、傳輸速率和抗干擾能力，簡化圖像獲取設備和模擬攝像頭之間需要視頻解碼等連接。具有嵌入式處理功能，光源同步和相機控制的采集卡將使機器視覺系統(tǒng)，圖像測速等諸多領域的圖像采集應用變得更為便捷。 論文首先對圖像采集卡系統(tǒng)的組成、整體方案和可行性進行了論證。然后給出了圖像采集卡的硬件設計。在此部分結合整體設計方案，討論芯片的選型問題。根據(jù)所選芯片的本身特點，分模塊地對圖像采集卡的硬件設計原理進行了詳細的闡述。接下來是圖像采集卡的軟件設計部分。用VHDL和原理圖結合的方法對FPGA進行編程，實現(xiàn)了圖像采集系統(tǒng)的各個功能模塊。根據(jù)圖像采集系統(tǒng)的要求用DriverWorks軟件設計了圖像采集卡的WDM底層驅(qū)動程序和上層應用程序。最后是用FPGA實現(xiàn)了帶修改參數(shù)的硬件嵌入式圖像處理算法——圖像增強。論文中使用QUARTUS軟件嵌入的邏輯分析儀SignalTap對FPGA設計的模塊進行了硬件調(diào)試，給出了調(diào)試的時序圖和調(diào)試結果，經(jīng)測試分析該采集卡滿足“三維粒子圖像測速系統(tǒng)”的要求，達到了預期目標。
上傳時間： 2013-04-24
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頻率是電子技術領域內(nèi)的一個基本參數(shù)，同時也是一個非常重要的參數(shù)。穩(wěn)定的時鐘在高性能電子系統(tǒng)中有著舉足輕重的作用，直接決定系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。隨著電子技術的發(fā)展，測頻系統(tǒng)使用時鐘的提高，測頻技術有了相當大的發(fā)展，但不管是何種測頻方法，±1個計數(shù)誤差始終是限制測頻精度進一步提高的一個重要因素。 本設計闡述了各種數(shù)字測頻方法的優(yōu)缺點。通過分析±1個計數(shù)誤差的來源得出了一種新的測頻方法：檢測被測信號，時基信號的相位，當相位同步時開始計數(shù)，相位再次同步時停止計數(shù)，通過相位同步來消除計數(shù)誤差，然后再通過運算得到實際頻率的大小。根據(jù)M/T法的測頻原理，已經(jīng)出現(xiàn)了等精度的測頻方法，但是還存在±1的計數(shù)誤差。因此，本文根據(jù)等精度測頻原理中閘門時間只與被測信號同步，而不與標準信號同步的缺點，通過分析已有等精度澳孽頻方法所存在±1個計數(shù)誤差的來源，采用了全同步的測頻原理在FPGA器件上實現(xiàn)了全同步數(shù)字頻率計。根據(jù)全同步數(shù)字頻率計的測頻原理方框圖，采用VHDL語言，成功的編寫出了設計程序，并在MAX+PLUS Ⅱ軟件環(huán)境中，對編寫的VHDL程序進行了仿真，得到了很好的效果。最后，又討論了全同步頻率計的硬件設計并給出了電路原理圖和PCB圖。對構成全同步數(shù)字頻率計的每一個模塊，給出了較詳細的設計方法和完整的程序設計以及仿真結果。
標簽： FPGA 數(shù)字頻率計
上傳時間： 2013-04-24
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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)的結構。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)結構，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
上傳時間： 2013-07-06
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軟件無線電技術作為一種新的通信技術，其基本思想是構造一個通用硬件平臺，使寬帶A/D，D/A盡量靠近天線，在數(shù)字域完成信號處理，通過選用不同軟件模塊即可實現(xiàn)不同的通信功能，這樣大大縮短了電臺的研發(fā)周期。該技術在通信(尤其是在移動通信)領域有著迫切的需求和廣闊的應用前景。 本文闡述了軟件無線電的基礎理論，對信號采樣理論、多速率信號處理技術、高效數(shù)字濾波器、數(shù)字正交變換理論進行了分析和研究。從目前器件發(fā)展水平和實驗研究條件出發(fā)，設計了一個基于FPGA的軟件無線電通信平臺。設計采用了中頻數(shù)字化處理的硬件平臺結構，選用Altera Cyclone系列FPGA作為信號處理和總體控制配置的核心，并結合專用通信芯片，數(shù)字上變頻器AD9856和數(shù)字下變頻器AD6654來實現(xiàn)該平臺。采用VHDL和Verilog HDL語言對時分復用模塊、信道編解碼模塊、調(diào)制解調(diào)模塊等進行了模塊化設計，并對電路板設計過程中系統(tǒng)的配置和控制、無源濾波器設計、阻抗匹配電路設計等問題進行了詳細的討論，最后對印制電路板進行測試和調(diào)試，獲得了預期的效果。 本文給出的設計方案，大大簡化了數(shù)字通信系統(tǒng)的硬件設備，具有較強的通用性和靈活性，通過修改系統(tǒng)參數(shù)和配置程序，即可適應不同的通信模式和信道狀況，充分體現(xiàn)了軟件無線電的優(yōu)勢。該平臺不僅僅能應用在通信設備上，在許多系統(tǒng)驗證平臺、測試設備中均可應用，頗具實用價值。
上傳時間： 2013-07-21
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