随着当今科学技术的迅猛发展，数字图像处理技术正在各个行业得到广泛的应用，而FPGA技术的不断成熟改变了通常采用并行计算机或数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)等作为嵌入式处理器的惯例。可编程逻辑器件(FPGA)凭借其较低的开发成本、较高的并行处理速度、较大的灵活性及其较短的开发周期等特点，在图像处理系统中有独特的优势。 本文提出了一种基于FPGA的图像采集处理系统解决方案，并选用低成本高性能的Altera公司的CycloneIII系列FPGA EP3C40F324为核心，设计开发了图像采集处理的软硬件综合系统。文章阐述了如何在FPGA中嵌入NiosII软核处理器并完成图像采集处理系统功能的设计方案。硬件电路上，系统设计了三块电路板：FPGA核心处理板、图像采集卡、图像显示卡，其中通过I2C总线对采集卡的工作模式进行配置，在采集模块控制下，将采集到的图像数据存储到SDRAM；根据VGA显示原理及其时序关系，设计了VGA显示输出控制模块，合成了VGA工作的控制信号，又根据VGA显示器的工业标准，合成VGA接口的水平和帧同步信号。逻辑硬件上，应用SOPCBuilder工具生成了FPGA内部的逻辑硬件功能模块，定制了NiosII IP core、CMOS图像采集模块、VGA Controller及其I2C总线接口，系统各模块间通过Avalon总线连接起来。软件部分，在NiosII内核处理器上实现了彩色图像颜色空间转换、二值化、形态学腐蚀处理及其目标定位等算法。实验结果证明了本文提出的方案及算法的正确性，可行性。
上传时间： 2013-08-05
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逆变器广泛应用于工业生产的各个方面，数字控制具有方便实现复杂算法、抗干扰性强和产品容易升级等优点，已成为未来逆变器的发展趋势。使用数字技术控制设计逆变器，控制器的性能决定了逆变系统系统的性能。然而在很多高频应用的场合，目前常用的控制器的速度往往不能完全达到要求。与传统单片机和DSP芯片相比，FPGA器件具有更高的处理速度。同时FPGA应用在数字化逆变器设计中，还可以大大简化控制系统结构，并可实现多种高速算法，具有较高的性价比。在逆变器的全数字化控制领域，FPGA具有很好的应用价值。 论文首先介绍了SPWM基本原理及其控制方式，SPWM的生成方法，并结合本课题给出了查表法生成SPWM波的一般方法，且以单相全桥逆变器为例进行了仿真。分析其的电路特点，建立PWM逆变器的统一电路模型、连续状态空间以及离散状态空间模型，在此数学模型基础上，针对逆变器研究分析了目前用于逆变器设计的各种数字控制技术、控制方案，讨论了其控制方法的优缺点，相关控制器设计的一般问题，最后比较了其优缺点，指出其存在的共性问题，总结了使用FPGA设计逆变器数字控制器的优势。然后以单相电压型PWM逆变器为控制模型采用新型模数结合现场可编程门阵列FPGA实现数字化控制器的方案，给出了纯正正弦波逆变器的设计方案。 论文详细论述了采用模数混合型FPGA作为主控芯片的高频逆变器设计方法与实现过程。系统主控芯片采用Fusion系列AFS600，世界上首个模数混合型FPGA。主要设计要点包括：逆变器硬件电路设计以及SPWM数字控制系统软件设计。外围强电电路的设计的难点在于用于前端升压的高频变压器的设计以及输出端LC滤波电感与电容的选取。另外，SPWM“H”字全桥逆变电路中的高悬浮电压也是设计中需要值得注意的重要环节。在控制系统软件设计方面，采用FPGA自上而下的设计方法，对其控制系统进行了功能划分，完成了SPWM产生器以及加入死区补偿的PWM发生器、和反馈等模块的设计。 论文的结束部分给出了设计结果，并指出了进一步的工作的思路和方向。
上传时间： 2013-05-19
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函数发生器又名任意波形发生器，是一种常用的信号源，广泛应用于通信、雷达、导航等现代电子技术领域。信号发生器的核心技术是频率合成技术，主要方法有：直接模拟频率合成、锁相环频率合成（PLL）、直接数字合成技术（DDS）。DDS是开环系统，无反馈环节，输出响应速度快，频率稳定度高。因此直接数字频率合成技术是目前频率合成的主要技术之一，其输出信号具有相对较大的带宽、快速的相位捷变、极高的相位分辨率和相位连续等优点。本文的主要工作是采用SOPC结合虚拟仪器技术，进行DDS智能函数发生器的研制。 本文介绍了虚拟仪器技术的基本理论，简要阐述了仪器驱动程序、VISA等相关技术。对SOPC技术进行了深入的研究：SOPC技术是基于可编程逻辑器件的可重构片上系统，它作为SOC和CPLD/FPGA相结合的一项综合技术，结合了两者的优点，集成了硬核或软核CPU、DSP、锁相环、存储器、I/O接口及可编程逻辑，可以灵活高效地解决SOC方案，而且设计周期短，设计成本低，非常适合本设计的应用。本文还对基于DDS原理的设计方案进行了分析，介绍了DDS的基本理论以及数学综合，在研究DDS原理的基础上，利用SOPC技术，在一片FPGA芯片上实现了整个函数发生器的硬件集成。 本文就函数发生器的设计制定了整体方案，对软硬件设计原理及实现方法进行了具体的介绍，包括整个系统的硬件电路，SOPC片上系统和PC端软件的设计。在设计中，LabVIEW波形编辑软件和函数发生器二者采用异步串口进行通信。利用LabVIEW的强大功能，把波形的编辑，系统的设置放到计算机上完 成，具有人机界面友好、系统升级方便、节约硬件成本等诸多优势。同时充分利用了FPGA内部大量的逻辑资源，将DDS模块和微处理器模块集成到一个单片FPGA上，改变了传统的系统设计思路。通过对系统仿真和实际测试，结果表明该智能型函数发生器不仅能产生理想的输出信号，还具有集成度高、稳定性好和扩展性强等优点。关键词：智能型函数发生器，虚拟仪器，可编程片上系统，直接数字合成技术，NiosⅡ处理器。
上传时间： 2013-07-09
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断路器是电力系统中重要的控制和保护设备，对维护电力系统的安全、稳定和可靠运行起着重要的作用。如何使断路器高度智能化，并且更安全和可靠，是电力系统保护的发展要求，也是本论文研究的目的。 本文在深入研究了智能断路器国内外发展状况的基础上，精心设计了以数字信号处理器DSP和复杂可编程逻辑器件CPLD为核心的系统硬件。DSP是智能断路器测控单元的核心器件，它实现断路器的各种保护、报警、显示与控制功能。CPLD完成状态量的监测，以及各种逻辑信号的输出。两种器件相互配合使得断路器系统更加智能化。研究了断路器测控单元的测量原理及保护算法，并进行了具体的硬件和软件模块的设计，旨在实现断路器的智能保护、远程控制和集中管理。本设计以TI公司的DSP芯片TMS320LF2407为核心。硬件设计主要包括信号调理模块设计、信号采样模块设计、保护执行模块设计、CPLD模块设计和输入输出模块设计。并且利用TMS320LF2407本身具有的CAN2.0模块，通过CAN总线实现断路器和上位机的通信，实现遥测、遥调、遥控、遥信等“四遥”功能。软件采用模块化设计，每一个模块相对独立，完成某个特定功能，便于维护和添加新功能，并且调试灵活方便。文中给出了主程序及各个子程序的流程图，其中子程序有数据采集子程序、FFT计算子程序、液晶显示子程序、短路瞬时保护子程序、过载长延时保护子程序、接地故障保护子程序和短路短延时保护子程序等。并且设计中充分考虑了断路器工作环境的恶劣性，分析了各种干扰的来源，并针对各种干扰采取了对应的软件和硬件的抗干扰措施。最后，为了验证全波傅氏算法能否满足电网数据处理精度的要求，利用MATLAB搭建仿真平台，对其进行了仿真。结果表明全波傅氏算法能达到系统的要求。
上传时间： 2013-04-24
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随着图像处理技术的不断发展，图像处理技术在国民经济和社会生活的各个方面都得到了广泛的运用。与此同时，人们对图像处理的要求也越来越高。传统的数字图像处理器件主要有专用集成芯片（Application Specific Integrated Circuit）和数字信号处理器（Digital Signal Process）。进入20世纪以来，伴随着半导体技术的发展，现场可编程门阵列FPGA以其应用灵活、集成度高、功能强大、设计周期短、开发成本低的特点，越来越多地被应用在图像处理领域。大量实践证明，FPGA的并行处理能力与流水线作业能显著地提高图像处理的速度，因此基于FPGA的图像处理系统有着广阔的发展前景。 本文研究的是一个在嵌入式视频监控系统下的图像预处理子系统。首先实现了一个通用可重复配置的图像处理算法研究硬件平台，完成图像的采集、接收、处理、存储、输出等功能。由于FPGA本身具有完全的可重复配置性，所以该架构的硬件平台可以很方便的升级和重复配置。其次在该平台上，本文使用Verilog HDL硬件语言在FPGA芯片上实现了多种图像预处理算法。在实现过程中，为了充分发挥FPGA在并行处理方面的强大功能，本文对算法做了一定的改进，使其尽量能使用并行处理的方式来完成。实验结果表明，本图像预处理系统能在毫秒级高速地完成多种图像算法，完全能够满足视频监控系统50帧/秒的输出要求。 最后根据视频监控系统在实际运用中出现的噪声类型多样化的情况，我们设计了一种基于反馈理论的图像处理效果控制模块。该模块能通过对处理后图像峰值信噪比（PSNR）的分析，控制FPGA对下一幅图像的噪声采用更有针对性的图像处理方法。
上传时间： 2013-05-20
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任意波形发生器已成为现代测试领域应用最为广泛的通用仪器之一，代表了信号源的发展方向。直接数字频率合成(DDS)是二十世纪七十年代初提出的一种全数字的频率合成技术，其查表合成波形的方法可以满足产生任意波形的要求。由于现场可编程门阵列(FPGA)具有高集成度、高速度、可实现大容量存储器功能的特性，能有效地实现DDS技术，极大的提高函数发生器的性能，降低生产成本。 本文首先介绍了函数波形发生器的研究背景和DDS的理论。然后详尽地叙述了用FPGA完成DDS模块的设计过程，接着分析了整个设计中应处理的问题，根据设计原理就功能上进行了划分，将整个仪器功能划分为控制模块、外围硬件、FPGA器件三个部分来实现。最后就这三个部分分别详细地进行了阐述。 在实现过程中，本设计选用了Altera公司的EP2C35F672C6芯片作为产生波形数据的主芯片，充分利用了该芯片的超大集成性和快速性。在控制芯片上选用了三星公司的上S3C2440作为控制芯片。本设计中，FPGA芯片的设计和与控制芯片的接口设计是一个难点，本文利用Altera的设计工具QuartusⅡ并结合Verilog—HDL语言，采用硬件编程的方法很好地解决了这一问题。论文最后给出了系统的测量结果，并对误差进行了一定分析，结果表明，可输出步进为0.01Hz，频率范围0.01Hz～20MHz的正弦波、三角波、锯齿波、方波，或0.01Hz～20KHz的任意波。通过实验结果表明，本设计达到了预定的要求，并证明了采用软硬件结合，利用FPGA技术实现任意波形发生器的方法是可行的。
上传时间： 2013-08-03
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随着中国二代导航系统的建设，卫星导航的应用将普及到各个行业，具有自主知识产权的卫星导航接收机的研究与设计是该领域的一个研究热点。在接收机的设计中，对于成熟技术将利用ASIC芯片进行批量生产，该芯片是专用芯片，一旦制造成型不能改变。但是对于正在研究的接收机技术，特别是在需要利用接收机平台进行提高接收机性能研究时，利用FPGA通用可编程门阵列芯片是非常方便的。在FPGA上的研究成果，一旦成熟可以很方便的移植到ASIC芯片，进行批量生产。本课题就是基于FPGA研究GPS并行捕获技术的硬件电路，着重进行了其中一个捕获通道的设计和实现。 GPS信号捕获时间是影响GPS接收机性能的一个关键因素，尤其是在高动态和实时性要求高的应用中或者对弱GPS信号的捕获方面。因此，本文在滑动相关法基础上引出了基于FFT的并行快速捕获方法，采用自顶向下的方法对系统进行总体功能划分和结构设计，并采用自底向上的方法对系统进行功能实现和验证。 本课题以Xilinx公司的Spartan3E开发板为硬件开发平台，以ISE9.2i为软件开发平台，采用Verilog HDL编程实现该系统。并利用Nemerix公司的GPS射频芯片NJ1006A设计制作了GPS中频信号产生平台。该平台可实时地输出采样频率为16.367MHz的GPS数字中频信号。 本课题主要是基于采样率变换和FFT实现对GPS C/A码的捕获。该算法利用平均采样的方法，将信号的采样率降低到1.024 MHz，在低采样率下利用成熟的1024点FFT IP核对C/A码进行粗捕，给出GPS信号的码相位(精度大约为1/4码片)和载波的多普勒频率，符合GPS后续跟踪的要求。 同时，由于FFT算法是以资源换取时间的方法来提高GPS捕获速度的，所以在设计时，合理地采用FPGA设计思想与技巧优化系统。基于实用性的要求，详细的给出了基于FFT的GPS并行捕获各个模块的实现原理、实现结构以及仿真结果。并达到降低系统硬件资源，能够快速、高效地实现对GPS C/A码捕获的要求。 本研究是导航研究所承担的国家863课题“利用多径信号提高GNSS接收机性能的新技术研究”中关于接收机信号捕获算法的一部分，对接收机的设计具有一定的参考价值。
上传时间： 2013-07-22
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现场可编程门阵列(FPGA)的发展已经有二十多年，从最初的1200门发展到了目前数百万门至上千万门的单片FPGA芯片。现在，FPGA已广泛地应用于通信、消费类电子和车用电子类等领域，但国内市场基本上是国外品牌的天下。 在高密度FPGA中，芯片上时钟分布质量变的越来越重要，时钟延迟和时钟偏差已成为影响系统性能的重要因素。目前，为了消除FPGA芯片内的时钟延迟，减小时钟偏差，主要有利用延时锁相环(DLL)和锁相环(PLL)两种方法，而其各自又分为数字设计和模拟设计。虽然用模拟的方法实现的DLL所占用的芯片面积更小，输出时钟的精度更高，但从功耗、锁定时间、设计难易程度以及可复用性等多方面考虑，我们更愿意采用数字的方法来实现。 本论文是以Xilinx公司Virtex-E系列FPGA为研究基础，对全数字延时锁相环(DLL)电路进行分析研究和设计，在此基础上设计出具有自主知识产权的模块电路。 本文作者在一年多的时间里，从对电路整体功能分析、逻辑电路设计、晶体管级电路设计和仿真以及最后对设计好的电路仿真分析、电路的优化等做了大量的工作，通过比较DLL与PLL、数字DLL与模拟DLL，深入的分析了全数字DLL模块电路组成结构和工作原理，设计出了符合指标要求的全数字DLL模块电路，为开发自我知识产权的FPGA奠定了坚实的基础。 本文先简要介绍FPGA及其时钟管理技术的发展，然后深入分析对比了DLL和PLL两种时钟管理方法的优劣。接着详细论述了DLL模块及各部分电路的工作原理和电路的设计考虑，给出了全数字DLL整体架构设计。最后对DLL整体电路进行整体仿真分析，验证电路功能，得出应用参数。在设计中，用Verilog-XL对部分电路进行数字仿真，Spectre对进行部分电路的模拟仿真，而电路的整体仿真工具是HSIM。 本设计采用TSMC0.18μmCMOS工艺库建模，设计出的DLL工作频率范围从25MHz到400MHz，工作电压为1.8V，工作温度为-55℃～125℃，最大抖动时间为28ps，在输入100MHz时钟时的功耗为200MW，达到了国外同类产品的相应指标。最后完成了输出电路设计，可以实现时钟占空比调节，2倍频，以及1.5、2、2.5、3、4、5、8、16时钟分频等时钟频率合成功能。
上传时间： 2013-06-10
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自20世纪90年代以来，随着计算机技术、超大规模集成电路技术和通信及网络技术的发展，微机保护和测控装置的性能得到大幅提升，以此为基础的变电站自动化系统在我国的电力系统中得到长足的发展和广泛的应用。 @@ 为增加产品的市场竞争力，电力系统二次设备生产厂商紧跟市场需求，将各种具有高性价比的新型处理器芯片和外围芯片大量应用到变电站自动化系统的保护、测控装置上，如32位CPU、数字信号处理芯片DSP、高速高精度A/D转换芯片、大容量Flash存储芯片、可编程逻辑器件CPLD、FPGA等。这些功能强大的器件的应用使保护测控装置在外形上趋于小型化集成化，而在功能上则较以前有显著提升。同时，各种成熟的商用嵌入式实时操作系统的采用使处理器的性能得到充分发挥，装置通信、数据存储及处理能力更强，性能大幅提高，程序移植升级更加方便快捷。 @@ 本论文以现阶段国内外变电站自动化系统测控技术为参考，根据变电站自动化系统的发展趋势和要求，研究一种基于ARM和FPGA技术并采用嵌入式实时操作系统的高性能测控装置，并给出硬软件设计。 @@ 装置硬件采用模块化设计，按照测控装置基本功能设计插件板。分为主CPU插件、交流采样插件、遥信采集插件、遥控出口插件、直流采样及输出插件。除主CPU插件，其他插件的数量可以根据需要任意增减，满足不同用户的需求。 @@ 装置主CPU采用目前先进的基于ARM技术的微处理器AT91RM9200，通过数据、地址总线和其他插件板连接，构成装置的整个系统。交流采样插件采用FPGA技术，利用ALTERA公司的FPGA芯片EP1K10实现交流采样的控制，降低了CPU的负担。 @@ 软件采用Vxworks嵌入式实时操作系统，增加了系统的性能。以任务来管理不同的软件功能模块，利于装置软件的并行开发和维护。 @@关键词：测控装置；嵌入式实时操作系统；ARM；现场可编程门阵列
上传时间： 2013-04-24
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焊有元件的印制电路板在线测试是印制电路板生产过程中的一个重要环节，关系着整个电子产品的质量。本文在深入研究国内外印制电路板自动测试技术的基础上，结合当前先进的电子技术，设计出一套高性能，低价位，小体积，便于携带和操作的印制电路板在线测试仪。 本文设计的在线测试仪系统包括控制器电路、信号发生电路、信号采集电路、元件测试电路、USB通信电路和开关矩阵电路等，其中控制器电路是以FPGA可编程控制芯片为核心，负责控制下位机其它所有电路的正常工作，并实现与上位机间的通信。 针对模拟元件的测试，本文首先探讨了对印制电路板上模拟元件测试时的隔离原理，继而详细阐述了电阻、电容（电感）、二极管、三极管、运算放大器等的测试方法，并分别设计了硬件测试电路。因为测试时需向被测元件施加测试激励信号，本文设计并完成了一信号发生电路，可输出幅值可调的直流恒压源信号和直流恒流源信号、幅值和频率都可调的交流信号。 针对数字器件的测试，本文将数字器件分为两种，一种为具有边界扫描功能单元的器件，另一类为非边界扫描器件，并分别对两种类型的数字器件的测试原理和方法进行了详细的描述，在文中给出了相关的硬件测试电路图。 本设计中，所有测试激励信号经测试电路后输出的测试结果都是直流电压信号，所以本文设计了一通用信号采集电路来完成对测试结果的取样。本文还设计了开关矩阵电路，用于将被测印制电路板上的元件接入到测试电路中。对通信电路的设计，本文采用USB通信方式与上位机进行有效的数据交换，并通过USB接口芯片完成了硬件电路的设计。 在软件方面，本文采用NiosⅡ C语言完成所有软件设计，以协助硬件部分来完成对印制电路板的测试工作。 本文已完成各部分电路试验及系统联调，试验证明设计达到了项目预定要求。
上传时间： 2013-08-02
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