摘要：随着CCD性能的不断提高，CCD技术在军、民用领域都得到了广泛的应用。介绍了TCDI501C线阵CCD的驱动电路设计，详细介绍了用VHDL完成的CCD图像传感器驱动时序设计和视频输出差分信号驱动电路的设计。关键词：线阵CCD；图像传感器：仪器仪表放大器；差分驱动1引言电荷耦合器件（CCD，Charge Couple Device）是20世纪60年代末期出现的新型半导体器件。目前随着CCD器件性能不断提高，在图像传感、尺寸测量及定位测控等领域的应用日益广泛，CCD应用的前端驱动电路成本价格昂贵，而且性能指标受到生产厂家技术和工艺水平的制约，给用户带来很大的不便。CCD驱动器有两种：一种是在脉冲作用下CCD器件输出模拟信号，经后端增益调整电路进行电压或功率放大再送给用户；另一种是在此基础上还包含将其模拟量按一定的输出格式进行数字化的部分，然后将数字信息传输给用户，通常的线阵CCD摄像机就指后者，外加机械扫描装置即可成像。所以根据不同应用领域和技术指标要求，选择不同型号的线阵CCD器件，设计方便灵活的驱动电路与之匹配是CCD应用中的关键技术之一。
上传时间： 2022-06-23
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由于能源危机和环境污染，世界各国均在投巨资发展电动汽车。燃料电池电动汽车成为电动汽车发展的“热点”。大功率DC/DC变换器能够改善燃料电池的输出特性，是燃料电池轿车动力系统中关键的零部件。然而它作为一种BUCK形式的开关电源，主电路是很强的电磁干扰源，产生的干扰可能通过电源线进入到控制电路板，同时控制电路部分也要用小功率的开关电源进行稳压，因此也可能产生开关噪声经电源线向外传输。因此就必须在控制电路输入端设计电磁干扰(Electromagnetic Interference，EMI)滤波器进行传导干扰的抑制。 本论文首先讨论了DC/DC变换器的工作原理，分析了变换器产生传导干扰从而影响控制电路正常工作的原因。 其次全面、系统地阐述了EMI滤波器的相关理论，包括阻抗失配原则、人工电源网络、滤波网络、插入损耗等重要概念。接着研究了滤波元件的选取原则，并针对关键点之一—高频性能展开了分析，借助仿真观察了元件寄生参数的影响，提出了改善滤波器高频性能的部分方法。 随后介绍了滤波器的设计方法，除了介绍通用的设计方法外，着重分析了滤波器设计中的另一个关键点—噪声源阻抗的影响、测量及估算，并在此基础上系统地形成了基于源阻抗的设计方法，同时也考虑了滤波器与开关电源连接时可能出现的系统不稳定性问题，通过仿真分析提出解决方案。 然后阐述了EMI滤波器在工程应用中的各种注意事项。 最后结合DC/DC变换器控制电路的实际干扰情况，设计了EMI滤波器，使控制电路电源输入端的传导干扰基本下降到相关电磁兼容标准(CISPR25)的三级限值以下。
上传时间： 2013-06-15
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本文着重研究用现场可编程门阵列(FPGA)来开发设计精插补芯片。选用Altera公司的Cyclone系列的EP1C3T144C8芯片设计了逐点比较法，数字积分法和比较积分法三种经典插补算法，并对各种算法模块进行了仿真验证。又设计了三个算法选通信号，将三种算法模块综合成了一个整电路。 在完成了FPGA内部三种算法的实现后，设计以一个STC单片机为粗插补处理器的FPGA实验开发系统，并制作了PCB板。实验开发系统板中设计了单片机程序下载和的FPGA下载配置电路，并且配有FPGA专用配置芯片，能实现FPGA上电自动配置。可用该实验系统板进行精插补芯片的设计与开发，以及对所完成设计的功能进行验证。 为验证所设计芯片的插补功能，编写了单片机粗插补程序，将产生的粗插补坐标增量发给FPGA进行插补实验，得到了理想的插补输出脉冲。又编写了单片机脉冲处理程序，读回了FPGA的输出脉冲，并由串口发送给PC机。最后通过编写PC机的串口通信程序以及根据插补脉冲绘图的程序，把FPGA的输出脉冲绘制成了插补轨迹图形。 最终绘图结果显示，在20M输入时钟频率下，由插补脉冲生成的插补轨迹图形正确，验证了本文设计的三种插补算法功能的正确性。本设计插补芯片达到了高速插补功能要求。
上传时间： 2013-04-24
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随着科学技术的发展与公共安全保障需求的提高，视频监控系统在工业生产、日常生活、警备与军事方面的应用越来越广泛。采用基于 FPGA 的SOPC技术、H．264压缩编码技术和网络传输控制技术实现网络视频监控系统，在稳定性、功能、成本与扩展性等方面都有着突出的优势，具有重要的学术意义与实用意义， 本课题所设计的网络视频监控系统由以Nios Ⅱ为核心的嵌入式图像服务器、相关网络设备与若干PC机客户端组成。嵌入式图像服务器实时采集图像，采用H．264 编码算法进行压缩，并持续监听网络。PC机客户端可通过网络对服务器进行远程访问，接收编码数据，使用H．264解码算法重建图像并实时显示，使监控人员有效地掌握现场情况， 在嵌入式图像服务器设计阶段，本文首先进行了芯片选型与开发平台选择。然后构建图像采集子系统，采用双缓存乒乓交换的方法设计图像采集用户自定义模块。接着设计双Nios Ⅱ架构的SOPC系统，阐述了双软核设计中定制连接、内存芯片共享、数据搬移、通信与互斥的解决方法。同时完成了网络服务器的设计，采用μC/OS-Ⅱ进行多任务的管理与调度， H．264视频压缩编解码算法设计与实现是本文的重点。文中首先分析H．264．标准，规划编解码器结构。接着设计了16×16帧内预测算法，并设计宏块扫描方式，采用两次判决策略进行预测模式选择。然后设计4×4子块扫描方式，编写整数变换与量化算法程序。熵编码采用Exp-Golomb编码与CAVLC相结合的方案，针对除拖尾系数之外的非零系数值编码子算法，实现了一种基于表示范围判别的编码方法。最后设计了网络传输的码流组成格式，并针对编码算法设计相应解码算法。使用VC++完成算法验证，并进行测试，观察不同参数下压缩率与失真度的变化。 算法验证完成后，本文进行了PC机客户端设计，使其具有远程访问、H．264解码与实时显示的功能。同时将H．264 编码算法程序移植到NiosⅡ中，并将嵌入式图像服务器与若干客户端接入网络进行联合调试，构建完整的网络视频监控系统， 实验结果表明，本系统视频压缩率高，监控图像质量良好，充分证明了系统软硬件与图像编解码算法设计成功。本系统具有成本低、扩展性好及适用范围广等优点，发展前景十分广阔。
上传时间： 2013-04-24
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建立在数据率转换技术之上的宽带数字侦察接收机要求能够实现高截获概率、高灵敏度、近乎实时的信号处理能力。双信号数据率转换技术是宽带数字侦察接收机关键技术之一，是解决宽带数字接收机中前端高速ADC采样的高速数据流与后端DSP处理速度之间瓶颈问题的可行方案。测频技术以及带通滤波，即宽带数字下变频技术，是实现数据率转换系统的关键技术。本文首先介绍了宽带数字侦察接收关键技术之一的数据率转换技术，着重研究了快速、高精度双信号测频算法以及实验系统硬件实现。论文主要工作如下： (1)分析了现代电子侦察环境下的信号特征，指出宽带数字接收机必须满足宽监视带宽、流水作业以及近实时的响应时间。给出了一种频率引导式的数字接收机方案，简要介绍这种接收机的关键技术——快速、高精度频率估计以及高效的数据率转换。 (2)介绍了FFT技术在测频算法中的应用，比较了FFT专用芯片及其优点和缺点，指出为了满足实时处理要求，必须选用FPGA设计FFT模块。 (3)在分析常规的插值算法基础上，提出了一种单信号的快速插值频率估计方法，只需三个FFT变换系数的实部构造频率修正项，计算量低。该方法具有精度高、测频速率快的特点。 (4)基于DFT理论和自相关理论，提出了结合FFT和自相关的双信号频率估计算法。该方法先用DFT估计其中一个信号的频率和幅度，以此频率对信号解调并对消该频率成分，最后利用自相关理论估计出另一个信号的频率。 (5)基于DFT理论和FFT技术，研究了信号平方与FFT结合的双信号频率估计算法。根据信号中两频率分量的幅度比，只需一次一维平方信号谱峰搜索，就可以得到双信号的和频与差频分量的估计值，并利用插值技术提高测频精度。该算法能够精确地估计频率间隔小的双信号频率，且容易地扩展到复信号，FPGA硬件实现容易。 (6)基于现代谱分析理论，研究了基于AR(2)模型的双信号频率估计算法。方法在利用AR(2)模型系数估计双正弦信号频率之和的同时，利用FFT快速测频算法估计其中强信号分量的频率值。算法仿真验证和性能分析表明了提出的算法能快速高精度地估计双信号频率。 (7)给出了基于频谱重心算法的雷达双信号频率估计的FPGA硬件实现架构，并进行了时序仿真。 (8)讨论了双信号带宽匹配接收系统的硬件设计方案，给出了快速测频及带宽估计模块设计。
上传时间： 2013-06-02
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近年来微光、红外、X光图像传感器在军事、科研、工农业生产、医疗卫生等领域的应用越来越为广泛，但由于这些成像器件自身的物理缺陷，视觉效果很不理想，往往需要对图像进行适当的处理，以得到适合人眼观察或机器识别的图像。因此，市场急需大量高效的实时图像处理器能够在传感器后端对这类图像进行处理。而FPGA的出现，恰恰解决了这个问题。 近十年来，随着FPGA(现场可编程门阵列)技术的突飞猛进，FPGA也逐渐进入数字信号处理领域，尤其在实时图像处理方面。Xilinx的研究表明，在2000年主要用于DSP应用的FPGA的发货量，增长了50％；而常规的DSP大约增长了40％。由于FPGA可无比拟的并行处理能力，使得FPGA在图像处理领域的应用持续上升，国内外，越来越多的实时图像处理应用都转向了FPGA平台。与PDSP相比，FPGA将在未来统治更多前端(如传感器)应用，而PDSP将会侧重于复杂算法的应用领域。可以说，FPGA是数字信号处理的一次重大变革。 算法是图像处理应用的灵魂，是硬件得以发挥其强大功能的根本。”共轭变换”图像处理方法是一种新型的图像处理算法，由郑智捷博士上个世纪90年代初提出。这种算法使用基元形状(meta-shape)技术，而这种技术的特征正好具备几何与拓扑的双重特性，使得大量不同的基于形态的灰度图像处理滤波器可用这种方法实现。该种算法在空域进行图像处理，无需进行大量复杂的算术运算，算法简单、快速、高效，易于硬件实现。通过十多年来的实验与实践证明，在微光图像，红外图像，X光图像处理领域，”共轭变换”图像处理方法确实有其独特的优异性能。本篇论文就针对”共轭变换”图像处理方法在微光图像处理领域的应用，就如何在FPGA上实现”共轭变换”图像处理方法展开研究。首先在Matlab环境下，对常用的图像增强算法和”共轭变换”图像处理方法进行了比较，并且在设计制作“FPGA视频处理开发平台”的基础上，用VHDL实现了”共轭变换”图像处理方法的基本内核并进行了算法的硬件实现与效果验证。此外，本文还详细地讨论了视频流的采集及其编码解码问题以及I2C总线的FPGA实现。
上传时间： 2013-04-24
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随着科学技术的发展与公共安全保障需求的提高，视频监控系统在工业生产、日常生活、警备与军事方面的应用越来越广泛。采用基于 FPGA 的SOPC技术、H．264压缩编码技术和网络传输控制技术实现网络视频监控系统，在稳定性、功能、成本与扩展性等方面都有着突出的优势，具有重要的学术意义与实用意义， 本课题所设计的网络视频监控系统由以Nios Ⅱ为核心的嵌入式图像服务器、相关网络设备与若干PC机客户端组成。嵌入式图像服务器实时采集图像，采用H．264 编码算法进行压缩，并持续监听网络。PC机客户端可通过网络对服务器进行远程访问，接收编码数据，使用H．264解码算法重建图像并实时显示，使监控人员有效地掌握现场情况， 在嵌入式图像服务器设计阶段，本文首先进行了芯片选型与开发平台选择。然后构建图像采集子系统，采用双缓存乒乓交换的方法设计图像采集用户自定义模块。接着设计双Nios Ⅱ架构的SOPC系统，阐述了双软核设计中定制连接、内存芯片共享、数据搬移、通信与互斥的解决方法。同时完成了网络服务器的设计，采用μC/OS-Ⅱ进行多任务的管理与调度， H．264视频压缩编解码算法设计与实现是本文的重点。文中首先分析H．264．标准，规划编解码器结构。接着设计了16×16帧内预测算法，并设计宏块扫描方式，采用两次判决策略进行预测模式选择。然后设计4×4子块扫描方式，编写整数变换与量化算法程序。熵编码采用Exp-Golomb编码与CAVLC相结合的方案，针对除拖尾系数之外的非零系数值编码子算法，实现了一种基于表示范围判别的编码方法。最后设计了网络传输的码流组成格式，并针对编码算法设计相应解码算法。使用VC++完成算法验证，并进行测试，观察不同参数下压缩率与失真度的变化。 算法验证完成后，本文进行了PC机客户端设计，使其具有远程访问、H．264解码与实时显示的功能。同时将H．264 编码算法程序移植到NiosⅡ中，并将嵌入式图像服务器与若干客户端接入网络进行联合调试，构建完整的网络视频监控系统， 实验结果表明，本系统视频压缩率高，监控图像质量良好，充分证明了系统软硬件与图像编解码算法设计成功。本系统具有成本低、扩展性好及适用范围广等优点，发展前景十分广阔。
上传时间： 2013-08-03
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随着空间科学任务的增加,需要处理的空间科学数据量激增,要求建立一个高速的空间数据连接网络.高速复接器作为空间飞行器星上网络的关键设备,其性能对整个空间数据网络的性能起着重要影响.该文阐述了利用先入先出存储器FIFO进行异步速率调整,应用VHDL语言和可编程门阵列FPGA技术,对多个信号源数据进行数据打包、信道选通调度和多路复接的方法.设计中,用VHDL语言对高速复接器进行行为级建模,为了验证这个模型,首先使用软件进行仿真,通过编写testbench程序模拟FIFO的动作特点,对程序输入信号进行仿真,在软件逻辑仿真取得预期结果后,继续设计硬件电路,设计出的实际电路实现了将来自两个不同速率的信源数据(1394总线数据和1553B总线数据)复接成一路符合CCSDS协议的位流业务数据.在实验调试中对FPGA的输出数据进行检验,同时对设计方法进行验证.验证结果完全符合设计目标.应用硬件可编程逻辑芯片FPGA设计高速复接器,大幅度提高了数据的复接速率,可应用于未来的星载高速数据系统中,能够完成在轨系统的数据复接任务.
上传时间： 2013-07-17
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该文利用FPGA技术,设计了全概率宽带数字接收机的实验平台,并在其上提出了数字接收机实现的可行性方法,以及对这些方法的验证.该文的主要贡献和创新有以下几个方面.提出了并行结构算法的工程实现,讨论了解决前端采样的高速数据流远远超过后端DSP处理能力问题的可行性方法.利用多相滤波下变频的并行结构特点,使滤波器能够以高效的形式实现,也使得后端的混频能够工作在一个较低的速率上.经过多相滤波下变频处理后的数据,在速率和数量上都有大幅减少,达到了现有通用DSP器件的处理能力的要求.针对多相滤波下变频与短数据快速测频算法的特点,用FPGA搭建了其实验模型,并利用微机EPP接口,对实验目标板进行控制并与其进行数据交换.利用FPGA的在线编程特性,可以方便灵活对各种实现方法加以验证、比较.同时也给调试带来了方便,可以每个模块单独调试而不用改变硬件结构,使调试效率大大提高.该平台也可用来对其他数字处理算法进行实现性分析与实验.参考软件无线电设计的概念和国内外相关文献,提出了多项滤波下变频结构的FPGA实现.传统的DDC通过数字混频、滤波、抽取实现数字下变频,在高速A/D和电子侦察环境条件下商用DDC不能使用.该文采用滤波器多相分解方法,按数字混频序列划分调谐信道,使用先抽取,后低通滤波,再混频的数字下变频结构,高效实现了变载频带通信号数字下变频.结合多相滤波下变频结构、算法对测频精度及速度的要求,提出了短数据快速测频算法的具体实现,使用流水线的设计方法,提高了系统的数据吞吐率,在尽可能短的时间内提供多相滤波下变频所需的载频位置信息.以上两部分的FPGA实现除了纯粹的算法模块外,还包括测试用的外围模块,以及运行于实验平台上的控制模块、缓存、数据控制等.这些模块也用FPGA来实现.
上传时间： 2013-06-22
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随着计算机科学和视频技术的广泛发展,数字图像采集在电子通信与信息处理领域得到了广泛的应用,例如广播电视的数字化、网络视频、监视监控系统等. 视频图像采集卡作为计算机视频应用的前端设备,承担着模拟视频信号向数字视频信号转换的任务,在多媒体时代占据着重要的位置.设计一种功能灵活,使用方便,便于嵌入到系统中的视频信号采集电路具有重要的实用意义. 本文首先介绍数字图像采集系统的发展现状和前景,提出了本次设计的目标: 完成基于PCI总线的高分辨率图像采集卡设计.然后简单介绍了本次设计用到的基本理论:数据采集理论,特别说明了采样和量化的定义与区别,以及量化的几种方式和量化与AD技术之间的关系. 图像采集系统的基本构成,是以数字信号处理器为核心,控制外围的A/D、D/A转换器和外围存储器.本文对比了当下流行的DSP芯片和IFPGA芯片作为数字处理核心的优缺点,并根据系统实际需要,选用FPGA作为数字信号处理器.然后列举了几款常用A/D视频芯片,还介绍了SDRAM控制的基本流程,最后提出了系统的整体设计方案. 图像采集卡的硬件设计分为A/D前端模拟通道设计和FPGA数字信号传输及外围电路设计.本文重点介绍了A/D芯片外围电路连接和使用方法,对PCI总线和它的控制电路也做了详细阐述.对图像采集卡的PCB布局布线也有详细说明. 图像采集卡FPGA内部程序构成也是本文的一个重点.本次的程序设计主要分为数据采集模块,即与A/D接口模块,数据暂存模块,即SDRAM读写控制模块,数据处理模块和数据传输模块,即PCI控制模块.重点在于对的SDRAM的连续读写控制和各个模块间的协调工作.说明了.A/D采集数据从接收到存储详细过程,以及对SDRAM读写状态机和PCI总线的操控. 最后介绍了硬件调试和FPGA程序验证结果.详细说明了以Modelsim为平台的前端功能仿真和后端时序仿真,以及以SignalTapⅡ为平台,程序下载到FPGA中进行的实时验证.结果表明整个图像采集系统基本达到了系统设计中所给出的性能指标,证明了整个系统设计的正确性和合理性.
上传时间： 2013-04-24
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