隨著信號(hào)處理技術(shù)的進(jìn)步和電子技術(shù)的發(fā)展,雷達(dá)信號(hào)偵察接收機(jī)逐漸從模擬體制向數(shù)字體制轉(zhuǎn)變。軟件無線電概念的提出,促使雷達(dá)偵察接收機(jī)朝大帶寬、全截獲方向發(fā)展,現(xiàn)有的串行信號(hào)處理體制已經(jīng)很難滿足系統(tǒng)要求。FPGA器件的出現(xiàn),為實(shí)現(xiàn)寬帶雷達(dá)信號(hào)偵察數(shù)字接收機(jī)提供了硬件支持。 本文結(jié)合FPGA芯片特點(diǎn),在前人研究基礎(chǔ)上,從算法和硬件實(shí)現(xiàn)兩方面,對(duì)雷達(dá)信號(hào)偵察數(shù)字接收機(jī)若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究和創(chuàng)新,主要研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面。 1)給出了基于QuartusII/Matlab和ISE/ModelSim/Matlab的兩種FPGA設(shè)計(jì)聯(lián)合仿真技術(shù)。這種聯(lián)合仿真技術(shù),大大提高了基于FPGA的雷達(dá)信號(hào)偵察數(shù)字接收機(jī)的設(shè)計(jì)效率。 2)給出了一種基于FFT/IFFT的寬帶數(shù)字正交變換算法,并將該算法在FPGA中進(jìn)行了硬件實(shí)現(xiàn),設(shè)計(jì)可對(duì)600MHz帶寬內(nèi)的輸入信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)正交變換。 3)提出了一種全并行結(jié)構(gòu)FFT的FPGA實(shí)現(xiàn)方案,并將其在FPGA芯片中進(jìn)行了硬件實(shí)現(xiàn),設(shè)計(jì)能夠在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成32點(diǎn)并行FFT運(yùn)算,滿足了數(shù)字信道化接收機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)處理速度的要求。 4)提出了一種自相關(guān)信號(hào)檢測FPGA實(shí)現(xiàn)方案,通過改變FIFO長度改變自相關(guān)運(yùn)算點(diǎn)數(shù),實(shí)現(xiàn)了弱信號(hào)檢測。提出通過二次門限處理來消除檢測脈沖中的毛刺和凹陷,降低了虛警概率,提高了檢測結(jié)果的可靠性。 5)在單通道自相關(guān)信號(hào)檢測算法基礎(chǔ)上,提出采用三路并行檢測,每路采用不同的相關(guān)點(diǎn)數(shù)和檢測門限,再綜合考慮三路檢測結(jié)果,得到最終檢測結(jié)果。給出了算法FPGA實(shí)現(xiàn)過程,并對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了聯(lián)合時(shí)序仿真,提高了檢測性能。 6)給出了一種利用FFT變換后的兩根最大譜線進(jìn)行插值的快速高精度頻率估計(jì)方法,并將該算法在FPGA硬件中進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。通過利用FFT運(yùn)算后的實(shí)/虛部最大值進(jìn)行插值,降低了硬件資源消耗、縮短了運(yùn)算延遲。 7)結(jié)合4)、5)、6)中的研究成果,完成了對(duì)雷達(dá)脈沖信號(hào)到達(dá)時(shí)間、終止時(shí)間、脈沖寬度和脈沖頻率的估計(jì),最終在一塊FPGA芯片內(nèi)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)精簡的雷達(dá)信號(hào)偵察數(shù)字接收機(jī),并在微波暗室中進(jìn)行了測試。
標(biāo)簽: FPGA 雷達(dá)信號(hào) 數(shù)字接收機(jī)
上傳時(shí)間: 2013-06-13
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ModelSim具備強(qiáng)大的模擬仿真功能,在設(shè)計(jì)、編譯、仿真、測試、調(diào)試開發(fā)過程中,有一整套工具供你使用,而且操作起來極其靈活,可以通過菜單、快捷鍵和命令行的方式進(jìn)行工作。ModelSim的窗口管理界面讓用戶使用起來很方面,它能很好的與操作系統(tǒng)環(huán)境協(xié)調(diào)工作。ModelSim的一個(gè)很顯著的特點(diǎn)就是它具備命令行的操作方式,類似于一個(gè)shell有很多操作指令供你使用,給人的感覺就像是工作在Unix環(huán)境下,這種命令行操作方式是基于Tcl/Tk的,其功能相當(dāng)強(qiáng)大,這需要在以后的實(shí)際應(yīng)用中慢慢體會(huì)。ModelSim的功
標(biāo)簽: ModelSimSE
上傳時(shí)間: 2013-05-27
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ModelSim具備強(qiáng)大的模擬仿真功能,在設(shè)計(jì)、編譯、仿真、測試、調(diào)試開發(fā)過程中,有一整套工具供你使用,而且操作起來極其靈活,可以通過菜單、快捷鍵和命令行的方式進(jìn)行工作。ModelSim的窗口管理界面讓用戶使用起來很方面,它能很好的與操作系統(tǒng)環(huán)境協(xié)調(diào)工作。ModelSim的一個(gè)很顯著的特點(diǎn)就是它具備命令行的操作方式,類似于一個(gè)shell有很多操作指令供你使用,給人的感覺就像是工作在Unix環(huán)境下,這種命令行操作方式是基于Tcl/Tk的,其功能相當(dāng)強(qiáng)大,這需要在以后的實(shí)際應(yīng)用中慢慢體會(huì)。ModelSim的功
標(biāo)簽: ModelSimSE
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隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的迅速發(fā)展,數(shù)字視頻在信息社會(huì)中發(fā)揮著越來越重要的作用,視頻傳輸系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于交通管理、工業(yè)監(jiān)控、廣播電視、銀行、商場等多個(gè)領(lǐng)域。同時(shí),F(xiàn)PGA單片規(guī)模的不斷擴(kuò)大,在FPGA芯片內(nèi)部實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)也成為現(xiàn)實(shí),因此采用FPGA實(shí)現(xiàn)視頻壓縮和傳輸已成為一種最佳選擇。 本文將視頻壓縮技術(shù)和光纖傳輸技術(shù)相結(jié)合,設(shè)計(jì)了一種基于無損壓縮算法的多路數(shù)字視頻光纖傳輸系統(tǒng),系統(tǒng)利用時(shí)分復(fù)用和無損壓縮技術(shù),采用串行數(shù)字視頻傳輸?shù)姆绞剑稍谝桓饫w中同時(shí)傳輸8路以上視頻信號(hào)。系統(tǒng)在總體設(shè)計(jì)時(shí),確定了基于FPGA的設(shè)計(jì)方案,采用ADI公司的AD9280和AD9708芯片實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換,在FPGA里實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的時(shí)分復(fù)用/解復(fù)用、視頻數(shù)據(jù)壓縮/解壓縮和線路碼編解碼,利用光收發(fā)一體模塊實(shí)現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換和光電轉(zhuǎn)換。視頻壓縮采用LZW無損壓縮算法,用Verilog語言設(shè)計(jì)了壓縮模塊和解壓縮模塊,利用Xilinx公司的IP核生成工具Core Generator生成FIFO來緩存壓縮/解壓縮單元的輸入輸出數(shù)據(jù),光纖線路碼采用CIMT碼,設(shè)計(jì)了編解碼模塊,解碼過程中,利用數(shù)字鎖相環(huán)來實(shí)現(xiàn)發(fā)射與接收的幀同步,在ISE8.2和Modelsim仿真環(huán)境下對(duì)FPGA模塊進(jìn)行了功能仿真和時(shí)序仿真,并在Spartan-3E開發(fā)板和視頻擴(kuò)展板上完成了系統(tǒng)的硬件調(diào)試與驗(yàn)證工作,實(shí)驗(yàn)證明,系統(tǒng)工作穩(wěn)定,圖像清晰,實(shí)時(shí)傳輸效果好,可用于交通、安防、工業(yè)監(jiān)控等多個(gè)領(lǐng)域。 本文將視頻壓縮和線路碼編解碼在FPGA里實(shí)現(xiàn),利用FPGA的并行處理優(yōu)勢(shì),大大提高了系統(tǒng)的處理速度,使系統(tǒng)具有集成度高、靈活性強(qiáng)、調(diào)試方便、抗干擾能力強(qiáng)、易于升級(jí)等特點(diǎn)。
標(biāo)簽: FPGA 數(shù)字視頻 光纖傳輸系統(tǒng)
上傳時(shí)間: 2013-04-24
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數(shù)字信號(hào)處理是信息科學(xué)中近幾十年來發(fā)展最為迅速的學(xué)科之一。常用的實(shí)現(xiàn)高速數(shù)字信號(hào)處理的器件有DSP和FPGA。FPGA具有集成度高、邏輯實(shí)現(xiàn)能力強(qiáng)、速度快、設(shè)計(jì)靈活性好等眾多優(yōu)點(diǎn),尤其在并行信號(hào)處理能力方面比DSP更具優(yōu)勢(shì)。在信號(hào)處理領(lǐng)域,經(jīng)常需要對(duì)多路信號(hào)進(jìn)行采集和實(shí)時(shí)處理,為解決這一問題,本文設(shè)計(jì)了基于FPGA的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)。 本文首先介紹數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的組成和數(shù)字信號(hào)處理的優(yōu)點(diǎn),然后通過FFT算法的比較選擇和硬件實(shí)現(xiàn)方案的比較選擇,進(jìn)行總體方案的設(shè)計(jì)。在硬件方面,特別討論了信號(hào)調(diào)理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、FPGA芯片配置等功能模塊的設(shè)計(jì)方案和硬件電路實(shí)現(xiàn)方法。信號(hào)處理單元的設(shè)計(jì)以Xilinx ISE為軟件平臺(tái),采用VHDL和IP核的方法,設(shè)計(jì)了時(shí)鐘產(chǎn)生模塊、數(shù)據(jù)滑動(dòng)模塊、FFT運(yùn)算模塊、求模運(yùn)算模塊、信號(hào)控制模塊,完成信號(hào)處理單元的設(shè)計(jì),并采用ModelSim仿真工具進(jìn)行相關(guān)的時(shí)序仿真。最后利用MATLAB對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證,達(dá)到技術(shù)指標(biāo)要求。
標(biāo)簽: 同步數(shù)據(jù)采集 處理系統(tǒng)
上傳時(shí)間: 2013-07-07
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隨著圖像分辨率的越來越高,軟件實(shí)現(xiàn)的圖像處理無法滿足實(shí)時(shí)性的需求;同時(shí)FPGA等可編程器件的快速發(fā)展使得硬件實(shí)現(xiàn)圖像處理變得可行。如今基于FPGA的圖像處理研究成為了國內(nèi)外的一個(gè)熱門領(lǐng)域。 本文在FPGA平臺(tái)上,用Verilog HDL實(shí)現(xiàn)了一個(gè)研究圖像處理算法的可重復(fù)配置的硬件模塊架構(gòu),架構(gòu)包括PC機(jī)預(yù)處理和通信軟件,控制模塊,計(jì)算單元,存儲(chǔ)器模塊和通信適配模塊五個(gè)部分。其中的計(jì)算模塊負(fù)責(zé)具體算法的實(shí)現(xiàn),根據(jù)不同的圖像處理算法可以獨(dú)立實(shí)現(xiàn)。架構(gòu)為計(jì)算模塊實(shí)現(xiàn)了一個(gè)可添加、移出接口,不同的算法設(shè)計(jì)只要符合該接口就可以方便的加入到模塊架構(gòu)中來進(jìn)行調(diào)試和運(yùn)行。 在硬件架構(gòu)的基礎(chǔ)上本文實(shí)現(xiàn)了排序?yàn)V波,中值濾波,卷積運(yùn)算及高斯濾波,形態(tài)學(xué)算子運(yùn)算等經(jīng)典的圖像處理算法。討論了FPGA的圖像處理算法的設(shè)計(jì)方法及優(yōu)化策略,通過性能分析,F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)圖像處理在時(shí)間上比軟件處理有了很大的提高;通過結(jié)果的比較,發(fā)現(xiàn)FPGA的處理結(jié)果達(dá)到了軟件處理幾乎同等的效果水平。最后本文在實(shí)現(xiàn)較大圖片處理和圖像處理窗口的大小可配置性方面做了一定程度的討論和改進(jìn),提高了算法的可用性,同時(shí)為進(jìn)一步的研究提供了更加便利的平臺(tái)。 整個(gè)設(shè)計(jì)都是在ISE8.2和ModelSim第三方仿真軟件環(huán)境下開發(fā)的,在xilinx的Spartan-3E XC3S500E硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。在軟件仿真過程中利用了ISE8.2自帶仿真工具和ModelSim結(jié)合使用。 本課題為制造FPGA的專用圖像處理芯片做了有益的探索性研究,為實(shí)現(xiàn)FPGA為核心處理芯片的實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)有著積極的作用。
標(biāo)簽: 圖像處理 算法研究 硬件設(shè)計(jì)
上傳時(shí)間: 2013-05-30
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隨著計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的提高和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,基于離散對(duì)數(shù)問題和大整數(shù)因子分解問題的數(shù)字簽名算法越來越不能滿足信息安全的需要。為了滿足信息安全的要求,安全性依賴于橢圓曲線離散對(duì)數(shù)困難問題(ECDLP)的橢圓曲線密碼體制是當(dāng)前密碼學(xué)界研究的熱點(diǎn)之一。現(xiàn)有的求解ECDLP的算法都是全指數(shù)時(shí)間復(fù)雜度的算法。由于專用集成電路具有速度快、性能好、安全性高等優(yōu)勢(shì),使得采用專用集成電路來實(shí)現(xiàn)橢圓曲線密碼體制己成為主要趨勢(shì)。因此,本課題著眼于應(yīng)用,針對(duì)基于橢圓曲線數(shù)字簽名算法的FPGA實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了較為深入的探討與研究。 本課題從實(shí)際應(yīng)用的需要出發(fā),以初等數(shù)論、有限域理論、數(shù)字簽名技術(shù)和橢圓曲線理論為依據(jù),確定了如下基于橢圓曲線數(shù)字簽名算法的硬件實(shí)現(xiàn)方案:首先,對(duì)實(shí)現(xiàn)基于橢圓曲線數(shù)字簽名算法所需的算法和技術(shù)進(jìn)行了剖析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。然后,按照層次化、模塊化的設(shè)計(jì)思想,在Xinlinx公司的ISE 7.1工具中,采用硬件描述語言VHDL作為設(shè)計(jì)輸入,對(duì)各運(yùn)算器和控制模塊進(jìn)行電路設(shè)計(jì);采用Menter公司的ModelSim SE 6.2b工具對(duì)之進(jìn)行功能仿真,以保證底層設(shè)計(jì)的正確性。最后,在確保每個(gè)模塊的設(shè)計(jì)正確的前提下,完成電路的總體設(shè)計(jì),再進(jìn)行總體設(shè)計(jì)的仿真與測試。 本課題對(duì)Schnorr數(shù)字簽名算法的改進(jìn),實(shí)現(xiàn)了比未改進(jìn)前的Schnorr數(shù)字簽名算法平均節(jié)省三分之一的運(yùn)行時(shí)間。對(duì)基于橢圓曲線數(shù)字簽名算法的設(shè)計(jì)也獲得了良好的指標(biāo):產(chǎn)生簽名只需要1ms多的時(shí)間,驗(yàn)證簽名也需要不到3ms。本課題的研究對(duì)實(shí)現(xiàn)電子交易安全方面有重要的作用,尤其是在密鑰分配、電子貨幣、電子證券、電子商務(wù)和電子政務(wù)等領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用價(jià)值,其成果具有廣泛的應(yīng)用前景。
標(biāo)簽: 橢圓曲線 密碼體制 數(shù)字簽名算法
上傳時(shí)間: 2013-04-24
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回波消除器廣泛應(yīng)用于公用電話交換網(wǎng)(PSTN)、移動(dòng)通信系統(tǒng)和視頻電話會(huì)議系統(tǒng)等多種語音通信領(lǐng)域。在PSTN系統(tǒng)中,由于線路阻抗不匹配,遠(yuǎn)端語音信號(hào)通過混合線圈時(shí)產(chǎn)生一定泄漏,一部分信號(hào)又傳回遠(yuǎn)端,產(chǎn)生線路回波,回波的存在會(huì)嚴(yán)重影響語音通信質(zhì)量。本文主要針對(duì)線路回波進(jìn)行研究,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了滿足實(shí)用要求的基于FPGA平臺(tái)的回波消除器。 首先,對(duì)回波產(chǎn)生原理和目前幾種常用回波消除算法進(jìn)行了分析,在研究自適應(yīng)回波消除器的各個(gè)模塊,特別是深入分析各種自適應(yīng)濾波算法和雙講檢測算法,綜合考慮各種算法的運(yùn)算復(fù)雜度和性能的情況下,這里采用NLMS算法實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)回波消除器。針對(duì)傳統(tǒng)雙講檢測算法在近端語音幅度較低情況下容易產(chǎn)生誤判的情況,給出一種基于子帶濾波器組的改進(jìn)雙講檢測算法。 本文首先使用C語言實(shí)現(xiàn)回波消除器的各個(gè)模塊,其中包括自適應(yīng)濾波器、遠(yuǎn)端檢測、雙講檢測、非線性處理和舒適噪聲產(chǎn)生模塊。經(jīng)過仿真測試,相關(guān)模塊算法能夠有效提高回波消除器性能。在此基礎(chǔ)上,本文使用硬件描述語言Veillog HDL,在QuartusⅡ和ModelSim軟件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)各功能模塊,并通過模塊級(jí)和系統(tǒng)級(jí)功能仿真以及時(shí)序仿真驗(yàn)證,最終在現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Arrav,F(xiàn)PGA)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)回波消除系統(tǒng)。本文詳細(xì)闡述了基于FPGA的設(shè)計(jì)流程與設(shè)計(jì)方法,并描述了自適應(yīng)濾波器、基于分布式算法FIR濾波器、除法器和有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)過程。 根據(jù)ITU-T G.168標(biāo)準(zhǔn)提出的測試要求,本文塒基于FPGA設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的自適應(yīng)回波消除系統(tǒng)進(jìn)行大量主客觀測試。經(jīng)過測試,各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到或超過G.168標(biāo)準(zhǔn)的要求,具有良好的回波消除效果。
上傳時(shí)間: 2013-06-18
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感應(yīng)電機(jī)由于具有可靠性好、結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉和體積小等優(yōu)點(diǎn),成為生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用最廣泛的一種電動(dòng)機(jī)。然而,感應(yīng)電機(jī)是一個(gè)多變量、強(qiáng)耦合、非線性的時(shí)變系統(tǒng),這使得感應(yīng)電機(jī)的控制十分復(fù)雜,尤其是在對(duì)控制精度要求比較高的場合,設(shè)計(jì)出高精度的感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)變得非常困難。 針對(duì)高精度感應(yīng)電機(jī)控制較困難的問題,本文分析了感應(yīng)電機(jī)的數(shù)學(xué)建模方法及電機(jī)控制策略問題。在對(duì)感應(yīng)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了數(shù)學(xué)推導(dǎo)的基礎(chǔ)上,在Matlab/Simulink平臺(tái)上建立了感應(yīng)電機(jī)的電機(jī)模型,提出了一種感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)仿真建模的新方法。對(duì)常用的數(shù)字脈寬調(diào)制方法進(jìn)行了數(shù)學(xué)推導(dǎo)及仿真研究,并將模糊控制理論應(yīng)用于感應(yīng)電機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)中,改善了傳統(tǒng)PI控制器超調(diào)較大、響應(yīng)較慢、魯棒性差的缺點(diǎn)。仿真結(jié)果驗(yàn)證模糊PI控制方案的優(yōu)越性。 在感應(yīng)電機(jī)建模仿真的基礎(chǔ)上,根據(jù)高精度感應(yīng)電機(jī)控制器的需求及FPGA的特點(diǎn),本文提出感應(yīng)電機(jī)控制器的的設(shè)計(jì)方案。按照FPGA模塊化設(shè)計(jì)思想,將整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了合理的劃分,對(duì)SVPWM、Park變換、模糊PI控制器、反饋速度測量等重要模塊的FPGA硬件實(shí)現(xiàn)算法進(jìn)行了深入的研究。并在一些模塊算法的設(shè)計(jì)上提出了自己的思路。各模塊在Modelsim平臺(tái)上完成功能仿真后并下載到Spartan-3E開發(fā)板上完成硬件驗(yàn)證。
標(biāo)簽: FPGA 感應(yīng)電機(jī) 控制器
上傳時(shí)間: 2013-04-24
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本文針對(duì)目前國內(nèi)外基于FPGA實(shí)現(xiàn)模糊控制器的理論、EDA軟件工具的使用以及FPGA 技術(shù)的發(fā)展,對(duì)模糊控制器的設(shè)計(jì)作了有益的探索,并達(dá)到了預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果。文章綜述了模糊控制理論的產(chǎn)生、發(fā)展、應(yīng)用現(xiàn)狀以及今后的發(fā)展方向;介紹了模糊邏輯、模糊控制的基本原理和模糊控制器的結(jié)構(gòu);闡述了常規(guī)模糊控制器的設(shè)計(jì)過程。文章介紹了運(yùn)用 VHDL語言進(jìn)行模糊控制器的設(shè)計(jì)過程。對(duì)模糊控制過程中隸屬度函數(shù)的存儲(chǔ)采用了分段存儲(chǔ)法,其設(shè)計(jì)方法簡單,提高了運(yùn)算速度和運(yùn)算精度。采用了“最大-最小”函數(shù)法簡化了模糊控制規(guī)則的推理過程。運(yùn)用“倒數(shù)相乘法”實(shí)現(xiàn)除法器的設(shè)計(jì),能夠?qū)崿F(xiàn)任意數(shù)的除法運(yùn)算,且精度較高。并以模糊空調(diào)溫度控制器為例進(jìn)行了理論說明和模糊設(shè)計(jì),并給出了相應(yīng)的VHDL代碼。整體設(shè)計(jì)及其各個(gè)模塊都在ALTERA公司的EDA 工具Quartus Ⅱ和Modelsim SE平臺(tái)上進(jìn)行了邏輯綜合及功能時(shí)序仿真,綜合與仿真的結(jié)果表明,基于FPGA的模糊控制器芯片消耗較少的硬件資源,達(dá)到了較高的設(shè)計(jì)性能,在速度和資源利用率方面均達(dá)到了較優(yōu)的狀態(tài),通過在 FPGA開發(fā)板上的驗(yàn)證與測試,測試結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)的模糊控制器可滿足實(shí)時(shí)模糊控制的要求。關(guān)鍵詞:模糊邏輯 模糊控制器 VHDL FPGA
上傳時(shí)間: 2013-04-24
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