近年來，以FPGA為代表的數(shù)字系統(tǒng)現(xiàn)場集成技術取得了快速的發(fā)展，F(xiàn)PGA不但解決了信號處理系統(tǒng)小型化、低功耗、高可靠性等問題，而且基于大規(guī)模FPGA單片系統(tǒng)的片上可編程系統(tǒng)(SOPC)的靈活設計方式使其越來越多的取代ASIC的市場。傳統(tǒng)的通用信號處理系統(tǒng)使用DSP作為處理核心，系統(tǒng)的可重構型不強，F(xiàn)PGA解決了這一問題，并且現(xiàn)有的FPGA中，多數(shù)已集成DSP模塊，結合FPGA較強的信號并行處理特性使其與DSP信號處理能力差距很小。因此，F(xiàn)PGA作為處理核心的通用信號處理系統(tǒng)具有很強的可實施性。 @@ 基于上述要求，作者設計和完成了一個基于多FPGA的通用實時信號處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用4片XC3SD1800A作為處理核心，使用DDR2 SDRAM高速存儲實時數(shù)據(jù)。作者通過全面的分析，設計了核心板、底板和應用板分離系統(tǒng)架構。該平臺能夠根據(jù)實際需求進行靈活的搭配，核心板之間的數(shù)據(jù)傳輸采用了LVDS(低電壓差分信號)技術，從而使得數(shù)據(jù)能夠穩(wěn)定的以非常高的速率進行傳輸。 @@ 本系統(tǒng)屬于高速數(shù)字電路的設計范疇，因此必須重視信號完整性的設計與分析問題，作者根據(jù)高速電路的設計慣例和軟件輔助設計的方法，在分析和論證了阻抗控制、PCB堆疊、PCB布局布線等約束的基礎上，順利地完成了PCB繪制與調試工作。 @@ 作為系統(tǒng)設計的重要環(huán)節(jié)，作者還在文中研究了在系統(tǒng)設計過程中出現(xiàn)的電源完整性問題，并給出了解決辦法。 @@ LVDS高速數(shù)據(jù)通道接口和DDR2存儲器接口設計決定本系統(tǒng)的使用性能，本文基于所選的FPGA芯片進行了詳細的闡述和驗證。并結合系統(tǒng)的核心板和底板，完成了應用板，視頻圖像采集、USB、音頻、LCD和LED矩陣模塊顯示等接口的設計工作，對其中的部分接口進行了邏輯驗證。 @@ 經過測試，該通用的信號處理平臺具有實時性好、通用性強、可擴展和可重構等特點，能夠滿足當前一些信號處理系統(tǒng)對高速、實時處理的要求，可以廣泛應用于實時信號處理領域。通過本平臺的研究和開發(fā)工作，為進一步研究和設計通用、實時信號處理系統(tǒng)打下了堅實的基礎。 @@關鍵詞：通用實時信號處理；FPGA；信號完整性；DDR2；LVDS
標簽： FPGA 實時信號 處理系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-27
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互感器是電力系統(tǒng)中電能計量和繼電保護中的重要設備，其精度和可靠性與電力系統(tǒng)的安全性、可靠性和經濟運行密切相關。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)的電磁式互感器已經暴露出一系列的缺陷，電子式互感器能很好的解決電磁式互感器的缺點，電子式互感器逐步替代電磁式互感器代表著電力工業(yè)的發(fā)展方向。目前，國產的互感器校驗儀主要是電磁式互感器校驗儀，電子式互感器校驗儀依賴于進口。電子式互感器的發(fā)展，使得電子式互感器校驗儀的研制勢在必行。 本課題依據(jù)國際標準IEC60044-7、IEC60044-8和國內標準GB20840[1].7-2007、GB20840[1].8-2007，設計了電子式互感器檢驗儀。該校驗儀采用直接法對電子式互感器進行校驗，即同時測試待校驗電子式互感器和標準電磁式互感器二次側的輸出信號，比較兩路信號的參數(shù)，根據(jù)比較結果完成電子式互感器的校驗工作。論文首先介紹了電子式互感器結構及輸出數(shù)字信號的特征，然后詳細論述了電子式互感器校驗儀的硬件及軟件設計方法。硬件主要采用FPGA技術設計以太網控制器RTL8019的控制電路，以實現(xiàn)電子式互感器信號的遠程接收，同時設計A/D芯片MAX125的控制電路，以實現(xiàn)標準電磁式互感器模擬輸出的數(shù)字化。軟件主要采用FPGA的SOPC技術，研制了MAX125和RTL8019的IP核，在NiosIIIDE集成開發(fā)環(huán)境下，完成對硬件電路的底層控制，運用準同步算法和DFT算法開發(fā)應用程序實現(xiàn)對數(shù)字信號的處理。最終完成電子式互感器校驗儀的設計。 最后進行了相關的實驗，所研制的電子式互感器校驗儀對0.5準確級的電子式電壓互感器和0.5準確級電子式電流互感器分別進行了校驗，對其額定負荷的20％、100％、120％點做為測量點進行測量。經過對實驗數(shù)據(jù)的處理分析可知，校驗儀對電子式互感器的校驗精度滿足0.5％的比差誤差和20’的相位差。本課題的研究為電子式互感器校驗儀的研制工作提供了理論和實踐依據(jù)。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著社會的發(fā)展，人們對電力需求特別是電能質量的要求越來越高。但由于非線性負荷大量使用，卻帶來了嚴重的電力諧波污染，給電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效運行帶來嚴重影響，給供用電設備造成危害。如何最大限度的減少諧波造成的危害，是目前電力系統(tǒng)領域極為關注的問題。諧波檢測是諧波研究中重要分支，是解決其它相關諧波問題的基礎。因此，對諧波的檢測和研究，具有重要的理論意義和實用價值。 目前使用的電力系統(tǒng)諧波檢測裝置，大多基于微處理器設計。微處理器是作為整個系統(tǒng)的核心，它的性能高低直接決定了產品性能的好壞。而這種微處理器為主體構成的應用系統(tǒng)，存在效率低、資源利用率低、程序指針易受干擾等缺點。由于微電子技術的發(fā)展，特別是專用集成電路ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)設計技術的發(fā)展，使得設計電力系統(tǒng)諧波檢測專用的集成電路成為可能，同時為諧波檢測裝置的硬件設計提供了一個新的發(fā)展途徑。本文目標就是設計電力系統(tǒng)諧波檢測專用集成電路，從而可以實現(xiàn)對電力系統(tǒng)諧波的高精度檢測。采用專用集成電路進行諧波檢測裝置的硬件設計，具有體積小，速度快，可靠性高等優(yōu)點，由于應用范圍廣，需求量大，電力系統(tǒng)諧波檢測專用集成電路具有很好的應用前景。 本文首先介紹了國內外現(xiàn)行諧波檢測標準，調研了電力系統(tǒng)諧波檢測的發(fā)展趨勢；隨后根據(jù)裝置的功能需求，特別是依據(jù)其中諧波檢測國標參數(shù)的測量算法，為系統(tǒng)選定了基于FPGA的SOPC設計方案。 本文分析了電力系統(tǒng)諧波檢測專用集成電路的功能模型，對專用集成電路進行了模塊劃分。定義了各模塊的功能，并研究了模塊間的連接方式，給出了諧波檢測專用集成電路的并行結構。設計了基于FPGA的諧波檢測專用集成電路設計和驗證的硬件平臺。配合專用集成電路的電子設計自動化(EDA)工具構建了智能監(jiān)控單元專用集成電路的開發(fā)環(huán)境。 在進行FPGA具體設計時，根據(jù)待實現(xiàn)功能的不同特點，分為用戶邏輯區(qū)域和Nios處理器模塊兩個部分。用戶邏輯區(qū)域控制A/D轉換器進行模擬信號的采樣，并對采樣得到的數(shù)字量進行諧波分析等運算。然后將結果存入片內的雙口RAM中，等待Nios處理器的訪問。Nios處理器對數(shù)據(jù)處理模塊的結果進一步處理，得到其各自對應的最終值，并將結果通過串行通信接口發(fā)送給上位機。 最后，對設計實體進行了整體的編譯、綜合與優(yōu)化工作，并通過邏輯分析儀對設計進行了驗證。在實驗室條件下，對監(jiān)測指標的運算結果進行了實驗測量，實驗結果表明該監(jiān)測裝置滿足了電力系統(tǒng)諧波檢測的總體要求。
標簽： FPGA 電力系統(tǒng) 諧波檢測
上傳時間： 2013-04-24
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本文對基于FPGA的對象存儲控制器原型的硬件設計進行了研究。主要內容如下： ⑴研究了對象存儲控制器的硬件設計，使其高效完成對象級接口的智能化管理和復雜存儲協(xié)議的解析，對對象存儲系統(tǒng)整體性能提升有重要意義。基于SoPC(片上可編程系統(tǒng))技術，在FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)上實現(xiàn)的對象存儲控制器，具有功能配置靈活，調試方便，成本較低等優(yōu)點。 ⑵采用Cyclone II器件實現(xiàn)的對象存儲控制器的網絡接口，包含處理器模塊、內存模塊、Flash模塊等核心組成部分，提供千兆以太網的網絡接口和PCI(周邊元件擴展接口)總線的主機接口，還具備電源模塊、時鐘模塊等以保證系統(tǒng)正常運行。在設計實現(xiàn)PCB(印制電路板)時，從疊層設計、布局、布線、阻抗匹配等多方面解決高達100MHz的全局時鐘帶來的信號完整性問題，并基于IBIS模型進行了信號完整性分析及仿真。針對各功能模塊提出了相應的調試策略，并完成了部分模塊的調試工作。 ⑶提出了基于Virtex-4的對象存儲控制器系統(tǒng)設計方案，Virtex-4內嵌PowerPC高性能處理器，可更好地完成對象存儲設備相關的控制和管理工作。實現(xiàn)了豐富的接口設計，包括千兆以太網、光纖通道、SATA(串行高級技術附件)等網絡存儲接口以及較PCI性能更優(yōu)異的PCI-X(并連的PCI總線)主機接口；提供多種FPGA配置方式。使用Cadence公司的Capture CIS工具完成了該系統(tǒng)硬件的原理圖繪制，通過了設計規(guī)則檢查，生成了網表用作下一步設計工作的交付文件。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著信息技術和電子技術的進步和日益成熟，計算機數(shù)據(jù)采集技術得到了廣泛應用。由于ISA數(shù)據(jù)采集卡的固有缺陷，PCI接口的數(shù)據(jù)采集卡將逐漸取代ISA數(shù)據(jù)采集卡，成為數(shù)據(jù)采集的主流。為了簡化PCI數(shù)據(jù)采集卡結構，提高數(shù)據(jù)采集可靠性，本文研究并開發(fā)了一種基于FPGA的PCI結構的數(shù)據(jù)采集卡系統(tǒng)。 論文對PCI對目標設備數(shù)據(jù)采集卡實現(xiàn)的原理和方法進行了深入研究，設計了基于FPGA的PCI數(shù)據(jù)采集卡的硬件電路，通過在FPGA中嵌入了PCI目標設備的IP核與用戶邏輯部分，構成了SOPC系統(tǒng)。使用Verilog硬件描述語言設計并實現(xiàn)了FPGA內部采集數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)管理寄存器和FIFO數(shù)據(jù)緩沖隊列等模塊電路。利用ModelSim對PCI系統(tǒng)進行了仿真。完成了系統(tǒng)硬件電路PCB板的設計，最終制作了PCI數(shù)據(jù)采集卡。 論文針對PCI結構的數(shù)據(jù)采集卡系統(tǒng)軟件需求，研究了WDM設備驅動軟件、Windows環(huán)境的簡易虛擬示波器以及簡易虛擬邏輯儀實現(xiàn)原理和方法。利用DriverStudio+Windows DDK for XP+VC6的軟件平臺，開發(fā)了WDM設備驅動程序。實現(xiàn)了Windows環(huán)境的簡易虛擬示波器，和簡易虛擬邏輯儀。系統(tǒng)測試結果表明該系統(tǒng)設計正確，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，功能和指標達到了設計要求。
標簽： FPGA PCI 數(shù)據(jù)采集卡
上傳時間： 2013-07-27
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串行數(shù)字接口SDI是目前使用最廣泛的數(shù)字視頻接口。它是遵循SMPTE-259M和EBtJ-Tech-3267標準制定的，己經被世界上眾多數(shù)字視頻設備生產廠家普遍采納并作為標準視頻接口，主要用在非線性編輯系統(tǒng)、視頻服務器、虛擬演播室以及數(shù)字切換矩陣和數(shù)字光端機等場合。 以往的SDI接口在實現(xiàn)方法上有成本高、靈活性低等缺點，針對這些不足，本文在研究串行數(shù)字接口工作原理的基礎上，提出了一種基于FPGA的標清串行數(shù)字接口(SD-SDI)的設計方案，并使用SOPC Builder構成一個Nios II處理器系統(tǒng)，將SDI接口以IP核形式嵌入到FPGA內部，從而提高系統(tǒng)的集成度，使之具有視頻數(shù)據(jù)處理速度快、實時性強、性價比高的特點。具體研究內容包括： 1.在分析SDI接口的硬件結構和工作原理的基礎上，提出了串行數(shù)字接口的嵌入式系統(tǒng)設計方法，完成了SDI接口卡的FPGA芯片內部配置以及驅動電路、均衡電路、電源電路等硬件電路設計。 2.采用軟邏輯方法實現(xiàn)SDI接口的傳輸功能，進行了具體的模塊化設計與仿真。 3.引入Nios II嵌入式軟核處理器對數(shù)據(jù)進行處理，設計了視頻圖像數(shù)據(jù)的采集程序。 該傳輸系統(tǒng)以Altera公司的Cyclone II EP2C35F672C8為核心芯片，通過發(fā)送和接收電路的共同作用，能夠完成標清數(shù)字視頻信號的傳輸，初步確立了以SDI接口為數(shù)據(jù)源的視頻信號傳輸系統(tǒng)的整體模式和框架。
上傳時間： 2013-07-31
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本文以電子不停車收費系統(tǒng)課題為背景，設計并實現(xiàn)了基于FPGA的π/4-DOPSK全數(shù)字中頻發(fā)射機和接收機。π/4-DQPSK廣泛應用于移動通信和衛(wèi)星通信中，具有頻帶利用率高、頻譜特性好、抗衰落性能強的特點。 近年來現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)器件在芯片邏輯規(guī)模和處理速度等方面性能的迅速提高，用硬件編程實現(xiàn)無線功能的軟件無線電技術在理論和實用化上都趨于成熟和完善，因此可以把數(shù)字調制，數(shù)字上/下變頻，數(shù)字解調在同一塊FPGA上實現(xiàn)，即實現(xiàn)了中頻發(fā)射機和接收機一體化的片上可編程系統(tǒng)(SOPC，System On Programmabie Chip)。 本文首先根據(jù)指標要求對數(shù)字收發(fā)機方案進行設計，確定了適合不停車收費系統(tǒng)的全數(shù)字發(fā)射機和接收機的結構，接著根據(jù)π/4-DQPSK發(fā)射機和接收機的理論，設計并實現(xiàn)了基于FPGA的成形濾波器SRRC、半帶濾波器HB和定時算法并給出性能分析，最后給出硬件測試平臺上結果和測試結果分析。
上傳時間： 2013-06-23
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基于FPGA的智能小車系統(tǒng)就是本地計算機通過接入Internet小車實現(xiàn)對遠端工作現(xiàn)場、危險工作地段等特殊環(huán)境進行監(jiān)視和控制的系統(tǒng)。智能小車是智能行走機器人的一種，這種智能小車可以適應不同環(huán)境，不受溫度、濕度、空間、磁場輻射、重力等條件的影響，可以在人類無法進入或生存的環(huán)境中完成人類無法完成的探測任務。適用于國防及民用多個領域。整個系統(tǒng)以遙控小車裝置為基礎，通過配置在上面的攝像頭實現(xiàn)圖像的采集及對行車道的檢測，通過配置的紅外測溫儀探測環(huán)境和目標的溫度，具有一定的智能性。其明顯的優(yōu)點是可以通過網絡遠程控制小車運行及采集現(xiàn)場的溫度、圖像等相關信息，完成人類在特定條件下無法完成的工作。對人類的科學研究、探索未知領域、遠程監(jiān)控等有著重要的意義。 論文在深入研究SOPC和嵌入式操作系統(tǒng)的基礎上，提出了基于FPGA的智能小車遠程監(jiān)控方案。采用FPGA來實現(xiàn)，可以充分利用現(xiàn)有的IP核，功能擴展容易，設計開發(fā)成本低，上市時間快，修改方便，甚至可以遠程重構系統(tǒng)。與單片機相比，集成度高，可靠性好，調試和維護方便。 論文主要內容包括以下幾個部分：在對智能小車功能分析的基礎上，設計了硬件系統(tǒng)，并在FPGA上構建了基于Nios Ⅱ的嵌入式系統(tǒng)，配置了SPI、串行口和以太網接口模塊和驅動程序，以及各種存儲器。移植了μClinux操作系統(tǒng)，配置嵌入式Web服務器，編寫CGI程序，設計了動態(tài)網頁；并對行車道檢測系統(tǒng)進行了研究，在DSP Builder中構建了該模塊，并在Matlab中進行了仿真。在研究數(shù)碼相機模塊和紅外測溫模塊的基礎上，編寫了圖像采集和溫度測量程序以及小車運動控制程序，并對系統(tǒng)進行了調試，初步達到通過Internet實現(xiàn)遠程監(jiān)控的目的。
上傳時間： 2013-05-24
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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)調制解調器的方案。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)調制解調算法提出了一種基于DSP Builder調制解調器的SOPC實現(xiàn)方案，模塊化的設計方法大大縮短了調制解調器的開發(fā)周期。 在SOPC技術開發(fā)調制解調器的過程中，用MATLAB/Simulink的圖形方式調用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，調制解調器電路中的低通濾波器可直接調用FIRIP Core，進一步提高了開發(fā)效率。 在進行編譯、仿真調試成功后，經過QuartusⅡ將編譯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，從而給出了一種調制解調器的SOPC系統(tǒng)實現(xiàn)方案。
上傳時間： 2013-06-24
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隨著科學技術的發(fā)展與公共安全保障需求的提高，視頻監(jiān)控系統(tǒng)在工業(yè)生產、日常生活、警備與軍事方面的應用越來越廣泛。采用基于 FPGA 的SOPC技術、H．264壓縮編碼技術和網絡傳輸控制技術實現(xiàn)網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在穩(wěn)定性、功能、成本與擴展性等方面都有著突出的優(yōu)勢，具有重要的學術意義與實用意義， 本課題所設計的網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)由以Nios Ⅱ為核心的嵌入式圖像服務器、相關網絡設備與若干PC機客戶端組成。嵌入式圖像服務器實時采集圖像，采用H．264 編碼算法進行壓縮，并持續(xù)監(jiān)聽網絡。PC機客戶端可通過網絡對服務器進行遠程訪問，接收編碼數(shù)據(jù)，使用H．264解碼算法重建圖像并實時顯示，使監(jiān)控人員有效地掌握現(xiàn)場情況， 在嵌入式圖像服務器設計階段，本文首先進行了芯片選型與開發(fā)平臺選擇。然后構建圖像采集子系統(tǒng)，采用雙緩存乒乓交換的方法設計圖像采集用戶自定義模塊。接著設計雙Nios Ⅱ架構的SOPC系統(tǒng)，闡述了雙軟核設計中定制連接、內存芯片共享、數(shù)據(jù)搬移、通信與互斥的解決方法。同時完成了網絡服務器的設計，采用μC/OS-Ⅱ進行多任務的管理與調度， H．264視頻壓縮編解碼算法設計與實現(xiàn)是本文的重點。文中首先分析H．264．標準，規(guī)劃編解碼器結構。接著設計了16×16幀內預測算法，并設計宏塊掃描方式，采用兩次判決策略進行預測模式選擇。然后設計4×4子塊掃描方式，編寫整數(shù)變換與量化算法程序。熵編碼采用Exp-Golomb編碼與CAVLC相結合的方案，針對除拖尾系數(shù)之外的非零系數(shù)值編碼子算法，實現(xiàn)了一種基于表示范圍判別的編碼方法。最后設計了網絡傳輸?shù)拇a流組成格式，并針對編碼算法設計相應解碼算法。使用VC++完成算法驗證，并進行測試，觀察不同參數(shù)下壓縮率與失真度的變化。 算法驗證完成后，本文進行了PC機客戶端設計，使其具有遠程訪問、H．264解碼與實時顯示的功能。同時將H．264 編碼算法程序移植到NiosⅡ中，并將嵌入式圖像服務器與若干客戶端接入網絡進行聯(lián)合調試，構建完整的網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)， 實驗結果表明，本系統(tǒng)視頻壓縮率高，監(jiān)控圖像質量良好，充分證明了系統(tǒng)軟硬件與圖像編解碼算法設計成功。本系統(tǒng)具有成本低、擴展性好及適用范圍廣等優(yōu)點，發(fā)展前景十分廣闊。
標簽： H264 FPGA 網絡視頻監(jiān)控
上傳時間： 2013-04-24
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