《计算机组成原理》是计算机系的一门核心课程。但是它涉及的知识面非常广，内容包括中央处理器、指令系统、存储系统、总线和输入输出系统等方面，学生在学习该课程时，普遍觉得内容抽象难于理解。但借助于该计算机组成原理实验系统，学生通过实验环节，可以进一步融会贯通学习内容，掌握计算机各模块的工作原理，相互关系的来龙去脉。 为了增强实验系统的功能，提高系统的灵活性，降低实验成本，我们采用FPGA芯片技术来彻底更新现有的计算器组成原理实验平台。该技术可根据用户要求为芯片加载由VHDL语言所编写出的不同的硬件逻辑，FPGA芯片具有重复编程能力，使得系统内硬件的功能可以像软件一样被编程，这种称为“软”硬件的全新系统设计概念，使实验系统具有极强的灵活性和适应性。它不仅使该系统性能的改进和扩充变得十分简易和方便，而且使学生自己设计不同的实验变为可能。计算机组成原理实验的最终目的是让学生能够设计CPU，但首先，学生必须知道CPU的各个功能部件是如何工作，以及相互之间是如何配合构成CPU的。因此，我们必须先设计出一个教学用的以FPGA芯片为核心的硬件平台，然后在此基础上开发出VHDL部件库及主要逻辑功能，并设计出一套实验。 本文重点研究了基于FPGA芯片的VHDL硬件系统，由于VHDL的高标准化和硬件描述能力，现代CPU的主要功能如计算，存储，I/O操作等均可由VHDL来实现。同时设计实验内容，包括时序电路的组成及控制原理实验、八位运算器的组成及复合运算实验、存储器实验、数据通路实验、浮点运算器实验、多流水线处理器实验等，这些实验形成一个相互关联的系统。每个实验先由教师讲解原理及原理图，学生根据教师提供的原理图，自己用MAX+PLUSII完成电路输入，学生实验实际上是编写VHDL，不需要写得很复杂，只要能调用接口，然后将程序烧入平台，这样既不会让学生花太多的时间在画电路图上，又能让学生更好的理解每个部件的工作原理和工作过程。 论文首先研究分析了FPGA硬件实验平台，即实验系统的硬件组成。系统采用FPGA-XC4010EPC84，62256CPLD以及其他外围芯片(例如74LS244，74LS275)组成。根据不同的实验要求，规划不同实验控制逻辑。用户可选择不同的实验逻辑，通过把实验逻辑下载到FPGA芯片中构成自己的实验平台。 其次，论文详细的阐述了VHDL模块化设计，如何运用VHDL技术来依次实现CPU的各个功能部件。VHDL语言作为一种国际标准化的硬件描述语言，自1987年获得IEEE批准以来，经过了1993年和2001年两次修改，至今已被众多的国际知名电子设计自动化(EDA)工具研发商所采用，并随同EDA设计工具一起广泛地进入了数字系统设计与研发领域，目前已成为电子业界普遍接受的一种硬件设计技术。再次，论文针对实验平台中遇到的较为棘手的多流水线等问题，也进行了深入的阐述和剖析。学生需要什么样的实验条件，实验内容及步骤才能了解当今CPU所采用的核心技术，才能掌握CPU的设计，运行原理。另外，本论文的背景是需要学生熟悉基本的VHDL知识或技能，因为实验是在编写VHDL代码的前提下完成的。 本文在基于实验室的环境下，基本上较为完整的实现了一个基于FPGA的实验平台方案。在此基础上，进行了部分功能的测试和部分性能方面的分析。本论文的研究，为FPGA在实际系统中的应用提供研究思路和参考方案。论文的研究结果将对FPGA与VHDL标准的进一步发展具有重要的理论和现实意义。
上传时间： 2013-04-24
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近年来，人们对无线数据和多媒体业务的需求迅猛增加，促进了宽带无线通信新技术的发展和应用。正交频分复用 (Orthogonal Frequency Division Multiolexing，OFDM)技术已经广泛应用于各种高速宽带无线通信系统中。然而 OFDM 系统相比单载波系统更容易受到频偏和时偏的影响，因此如何有效地消除频偏和时偏，实现系统的时频同步是 OFDM 系统中非常关键的技术。 本文讨论了非同步对 OFDM 系统的影响，分析了当前用于 OFDM 系统中基于数据符号的同步算法，并简单介绍非基于数据符号同步技术。基于数据符号的同步技术通过加入训练符号或导频等附加信息，并利用导频或训练符号的相关性实现时频同步。此算法由于加入了附加信息，降低了带宽利用率，但同步精度相对较高，同步捕获时间较短。 随着电子芯片技术的快速发展，电子设计自动化 (Electronic DesignAutomation，EDA) 技术和可编程逻辑芯片 (FPGA/CPLD) 的应用越来越受到大家的重视，为此文中对 EDA 技术和 Altera 公司制造的 FPGA 芯片的原理和结构特点进行了阐述，还介绍了在相关软件平台进行开发的系统流程。 论文在对基于数据符号三种算法进行较详细的分析和研究的基础上，尤其改进了基于导频符号的同步算法之后，利用 Altera 公司的 FPGA 芯片EP1S25F102015 在 OuartusⅡ5.0 工具平台上实现了 OFDM 同步的硬件设计，然后进行了软件仿真。其中对基于导频符号同步的改进算法硬件设计过程了进行了详细阐述。不仅如此，对于基于 PN 序列帧的同步算法和基于循环前缀 (Cycle Prefix，CP) 的极大似然 (Maximam Likelihood,ML)估计同步算法也有具体的仿真实现。 最后，文章还对它们进行了比较，基于导频符号同步设计的同步精度比较高，但是耗费芯片的资源多，另一个缺点是没有频偏估计，因此运用受到一定限制。基于 PN 序列帧的同步设计使用了最少的芯片资源，但要提取 PN 序列中的信号数据有一定困难。基于循环前缀的同步设计占用了芯片 I/O 脚稍显多。这几种同步算法各有优缺点，但可以根据不同的信道环境选用它们。
上传时间： 2013-04-24
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随着科学技术水平的不断提高，在科研和生产过程中为了更加真实的反映被测对象的性质，对测试系统的性能要求越来越高。传统的测试装置，由于传输速度低或安装不便等问题已不能满足科研和生产的实际需要。USB技术的出现很好的解决了上述问题。USB总线具有支持即插即用、易于扩展、传输速率高(USB2.0协议下为480Mbps)等优点，已逐渐得到广泛的应用。 本课题研究并设计了一套基于USB2.0的数据采集系统。论文首先详细介绍了USB总线协议，然后从系统的总体结构、硬件电路、软件程序以及系统性能检测等几个方面，详细阐述了系统的设计思想和实现方案。系统采用双12位A/D转换器，提供两条模拟信号通道，可以同时采集双路信号，最高的采样率为200KHz。USB接口芯片采用Cypress公司的CY7C68013。论文详细介绍了其在SlaveFIFO接口模式下的电路设计和程序设计。系统应用FPGA芯片作系统的核心控制，控制系统的数据采集和与USB接口芯片的数据交换，并产生其中的逻辑控制信号和时序信号。同时应用FPGA芯片作系统的核心控制可提高了系统稳定性、减小设备的体积。系统的软件设计，主要包括FPGA芯片中的逻辑、时序控制程序、8051固件程序、客户应用程序及其驱动程序。客户端选择了微软的Visual Studio6.0 C++作开发平台，虽然增加了复杂程度，但是软件执行效率及重用性均得到提高。 最后，应用基于USB2.0的数据采集系统测试标准信号及电木的导热系数，以验证测试系统的可靠信与准确性。
上传时间： 2013-04-24
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本文分析了当代高精度地震勘探数据采集系统的发展现状，研究了数据采集的A/D方法及理论、现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA)技术的发展及原理，串口通信的原理及实现。在此基础上，探讨了采用FPGA控制24位△∑模数转换器来实现高精度地震勘探数据采集系统的实现思路，对探测传感器或检波器后端数据采集系统的信号A/D转换、FPGA与外部接口设计、串口数据通信做了详细的研究，尤其是在用FPGA来完成与外部ADC的接口控制上做了深入的开发和设计，整个接口控制模块采用VHDL语言编写，并同时将ROM、FIFO等数字逻辑模块一起集成到一片FPGA芯片当中，并在Quartus Ⅱ6.0的开发平台上通过了软件仿真，时序仿真结果达到了系统要求。
上传时间： 2013-05-21
上传用户：yuele0123
论述了AD574逐次逼近型12位模数转换器的原理、应用以及与单片机所构成的数据采集系统,分析了系统的硬件、软件结构和具体操作,给出了AD574与AT89C51单片机的接口线路图.
上传时间： 2013-05-23
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基于FPGA技术的网络入侵检测是未来的发展方向，而网络包头的分类是入侵检测系统的关键。 文章首先介绍了FPGA技术的基本原理以及其在信息安全方面的应用，接着介绍入侵检测系统以及FPGA技术在入侵检测系统中的应用。 分析了几种比较出名的网络包分类算法，包括软件分类方法、TCAM分类算法、BV算法、Tree Bitmap算法以及端口范围分类算法。 在此基础上，文章设计了一个基于FPGA技术的入侵检测系统包分类的基本框架图，实现框架图中的各个基本功能模块。在实现过程中，提出了一类结合三态内容可寻址内存(TCAM)和普通存储器(RAM)的网络包包头分类方案。我们将检测规则编号并位图化，使用RAM存储与包头结构相关的规则位图，通过TCAM上的数据匹配操作，快速关联待分析的网络数据包与入侵检测规则。文章还讨论了网包头分类方法的优化算法，将优化算法与未优化算法在速度和空间上进行比较。此外，还讨论了对Snort的规则库进行整理和规则化的问题。 最后，对所设计的包头分类匹配模块在Quartus II进行仿真评估，将实验结果与已有的一些分类算法进行了比较。结果说明，本设计在匹配速度和更新速度上有优势，但消耗了较多的存储空间．
上传时间： 2013-07-17
上传用户：gonuiln
目前，数字信号处理广泛应用于通信、雷达、声纳、语音与图像处理等领域，信号处理算法理论己趋于成熟，但其具体硬件实现方法却值得探讨。FPGA是近年来广泛应用的超大规模、超高速的可编程逻辑器件，由于其具有高集成度、高速、可编程等优点，大大推动了数字系统设计的单片化、自动化，缩短了单片数字系统的设计周期、提高了设计的灵活性和可靠性，在超高速信号处理和实时测控方面有非常广泛的应用。本文对FPGA的数据采集与处理技术进行研究，基于FPGA在数据采样控制和信号处理方面的高性能和单片系统发展的新热点，把FPGA作为整个数据采集与处理系统的控制核心。主要研究内容如下： FPGA的单片系统研究。针对数据采集与处理，对FPGA进行选型，设计了基于FPGA的单片系统的结构。把整个控制系统分为三个部分：多通道采样控制模块，数据处理模块，存储控制模块。 多通道采样控制模块的设计。利用4片AD7506和一片AD7862对64路模拟量进行周期采样，分别设计了通道选择控制模块和A/D转换控制模块，并进行了仿真，完成了基于FPGA的多通道采样控制。 数据处理模块的设计。FFT算法在数字信号处理中占有重要的地位，因此本文研究了FFT的硬件实现结构，提出了用FPGA实现FFT的一种设计思想，给出了总体实现框图。分别设计了旋转因子复数乘法器，碟形运算单元，存储器，控制器，并分别进行了仿真。重点设计实现了FFT算法中的蝶形处理单元，采用了一种高效乘法器算法设计实现了蝶形处理单元中的旋转因子乘法器，从而提高了蝶形处理器的运算速度，降低了运算复杂度。理论分析和仿真结果表明，状态机控制器成功地对各个模块进行了有序、协调的控制。 存储控制模块的设计。利用闪存芯片K9K1G08UOA对采集处理后的数据进行存储，设计了FPGA与闪存的硬件连接，设计了存储控制模块。 本文对FFT算法的硬件实现进行了研究，结合单片系统的特点，把整个系统分为多通道采样控制模块，数据处理模块，存储控制模块进行设计和仿真。设计采用VHDL编写程序的源代码。仿真测试结果表明，此FPGA单片系统可完成对实时信号的高速采集与处理。
上传时间： 2013-07-06
上传用户：eclipse
随着现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)的出现，由于其具有集成度高、体积小，可在线编程、开发周期短等优点，因此FPGA被越来越多的应用于数据采集与处理系统中。 论文首先简要介绍了数据采集与处理系统的现状、存在的问题、以及发展的趋势。本数据处理与传输系统采用了ALTERA公司的FPGA芯片，整个系统由数据采集模块、异步FIFO模块、FFT处理模块、DMA控制模块、总线接口模块构成。模拟信号送入后，经AD芯片ADl672转换成数字信号，送入异步FIFO中缓冲，然后进行FFT处理。处理结果向PC104总线进行DMA传输。整个系统做成扩展卡的形式，直接插入PC104插槽内。 在软件方面，从系统功能实现的角度对软件总体设计进行规划，采用模块化的软件设计方法使系统的各部分软硬件更易于设计、实现和调整，文中对系统设计及实现中的关键问题进行了较为详细的描述。经过系统分析、芯片选择、软硬件设计与编程调试，实现整个系统。达到了预期的目标。
上传时间： 2013-07-15
上传用户：jcljkh
数字信号处理是信息科学中近几十年来发展最为迅速的学科之一。常用的实现高速数字信号处理的器件有DSP和FPGA。FPGA具有集成度高、逻辑实现能力强、速度快、设计灵活性好等众多优点，尤其在并行信号处理能力方面比DSP更具优势。在信号处理领域，经常需要对多路信号进行采集和实时处理，为解决这一问题，本文设计了基于FPGA的数据采集和处理系统。 本文首先介绍数字信号处理系统的组成和数字信号处理的优点，然后通过FFT算法的比较选择和硬件实现方案的比较选择，进行总体方案的设计。在硬件方面，特别讨论了信号调理模块、模数转换模块、FPGA芯片配置等功能模块的设计方案和硬件电路实现方法。信号处理单元的设计以Xilinx ISE为软件平台，采用VHDL和IP核的方法，设计了时钟产生模块、数据滑动模块、FFT运算模块、求模运算模块、信号控制模块，完成信号处理单元的设计，并采用ModelSim仿真工具进行相关的时序仿真。最后利用MATLAB对设计进行验证，达到技术指标要求。
上传时间： 2013-07-07
上传用户：小火车啦啦啦
人体血液成份的无创检测是生物医学领域尚未攻克的前沿课题之一，动态光谱法在理论上克服了其它检测方法难以逾越的障碍——个体差异和测量条件对检测结果的影响。实现动态光谱检测，其关键在于采集多波长的光电容积脉搏波信号，并对其进行处理。针对动态光谱检测中信号微弱、信噪比低、处理数据量大的特点，本文设计了基于FPGA和面阵CCD摄像头的动态光谱数据采集与预处理系统，提高检测精度，采集出满足动态光谱信号提取要求的光电脉搏波；并对动态光谱频域提取法的核心算法FFT的FPGA实现进行研究。 课题提出用高灵敏度的面阵CCD摄像头替代常规光栅光谱仪中的光电接收器，实现对多波长的光电容积脉搏波的检测。结合面阵CCD的二维图像特点，采用信号累加法去除噪声，提高信号的信噪比。 创新性的提出一种不同于以往的信号累加方法——将处于同一行的视频信号在采样过程中直接累加，然后再进行传输和存储。不同于帧累加和异行累加，这种同行累加方式不但大大的提高了信号的信噪比，同时减小了数据的传输速度和传输量，降低了对存储器容量的要求，改善了动态光谱信号检测系统的性能。 针对面阵CCD摄像头输出的复合视频信号的特点，设计视频信号解调电路，得到高速、高精度的数字视频信号和准确的视频同步信号，用于后续的视频信号采集与处理。 根据动态光谱信号检测和视频信号采集的要求，选择可编程逻辑器件FPGA作为硬件平台，设计并实现了基于FPGA和面阵CCD摄像头的光电脉搏波采集与预处理系统。该系统实现了视频信号的精确定位，通过光谱信号的高速同行累加，实现了光电脉搏波信号的高精度检测。系统采用基于FPGA的Nios II嵌入式处理器系统，通过对其应用程序的开发，可靠的实现了数据的采集、传输和存储，提高了系统的集成度，降低了开发成本。 为实现动态光谱信号的频域提取，研究了基于FPGA的FFT实现方案，对各关键模块进行设计，为动态光谱信号的进一步处理打下良好的基础。 最后，通过实验证明了系统数据采集的正确性和信号预处理的可行性，得到了符合动态光谱信号提取要求的脉搏波信号。
上传时间： 2013-04-24
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