密集型的矩阵运算在信号处理和图像处理中被广泛应用，而且往往需要系统进行实时运算，这就需要系统具有很高的吞吐率。因此寻找矩阵运算的高速实现方法是很有意义的。FPGA的运算速度快并且可以并行运算，和其它矩阵运算的实现方式相比，FPGA有其独特的优势。本文主要设计并实现了基于FPGA的各种矩阵运算模块。 本文首先介绍了矩阵运算的特点和原理，接着讨论了FPGA浮点运算单元的VHDL设计方法，在此基础上，设计了矩阵相乘累加、三角矩阵求逆和一般矩阵分解求逆的运算模块，给出矩阵阶数扩大时各种矩阵运算的分块实现方法。然后在ModelSim环境下仿真了一般矩阵的求逆模块，与Maflab仿真结果比较，分析了运算精度、时间复杂度和资源占用情况，在Virtex-4系列FPGA硬件平台上进行了调试和测试，并通过USB接口将矩阵运算结果送入PC机，验证了基于FPGA矩阵运算的正确性和可行性。最后对矩阵求逆模块在雷达信号中的应用作了简单介绍。
上传时间： 2013-07-20
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在数字通信中，采用差错控制技术(纠错码)是提高信号传输可靠性的有效手段，并发挥着越来越重要的作用。纠错码主要有分组码和卷积码两种。在码率和编码器复杂程度相同的情况下，卷积码的性能优于分组码。 卷积码的译码方法主要有代数译码和概率译码。代数译码是基于码的代数结构；而概率译码不仅基于码的代数结构，还利用了信道的统计特性，能充分发挥卷积码的特点，使译码错误概率达到很小。 卷积码译码器的设计是由高性能的复杂译码器开始的，对于概率译码最初的序列译码，随着译码约束长度的增加，其译码错误概率可达到非常小。后来慢慢地向低性能的简单译码器演化，对不太长的约束长度，维特比(Viterbi)算法是非常实用的。维特比算法是一种最大似然的译码方法。当编码约束度不太大(小于等于10)或者误码率要求不太高(约10-5)时，Viterbi译码算法效率很高，速度很快，译码器也较简单。 目前，卷积码在数传系统，尤其是在卫星通信、移动通信等领域已被广泛应用。 本论文对卷积码编码和Viterbi译码的设计原理及其FPGA实现方案进行了研究。同时，将交织和解交织技术应用于编码和解码的过程中。 首先，简要介绍了卷积码的基础知识和维特比译码算法的基本原理，并对硬判决译码和软判决译码方法进行了比较。其次，讨论了交织和解交织技术及其在纠错码中的应用。然后，介绍了FPGA硬件资源和软件开发环境Quartus Ⅱ，包括数字系统的设计方法和设计规则。再有，对基于FPGA的维特比译码器各个模块和相应算法实现、优化进行了研究。最后，在Quartus Ⅱ平台上对硬判决译码和软判决译码以及有无交织等不同情况进行了仿真，并根据仿真结果分析了维特比译码器的性能。 分析结果表明，系统的误码率达到了设计要求，从而验证了译码器设计的可靠性，所设计基于FPGA的并行Viterbi译码器适用于高速数据传输的场合。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：zhenyushaw
随着信号处理技术的进步和电子技术的发展，雷达信号侦察接收机逐渐从模拟体制向数字体制转变。软件无线电概念的提出，促使雷达侦察接收机朝大带宽、全截获方向发展，现有的串行信号处理体制已经很难满足系统要求。FPGA器件的出现，为实现宽带雷达信号侦察数字接收机提供了硬件支持。 本文结合FPGA芯片特点，在前人研究基础上，从算法和硬件实现两方面，对雷达信号侦察数字接收机若干关键技术进行了研究和创新，主要研究内容包括以下几个方面。 1)给出了基于QuartusII/Matlab和ISE/ModelSim/Matlab的两种FPGA设计联合仿真技术。这种联合仿真技术，大大提高了基于FPGA的雷达信号侦察数字接收机的设计效率。 2)给出了一种基于FFT/IFFT的宽带数字正交变换算法，并将该算法在FPGA中进行了硬件实现，设计可对600MHz带宽内的输入信号进行实时正交变换。 3)提出了一种全并行结构FFT的FPGA实现方案，并将其在FPGA芯片中进行了硬件实现，设计能够在一个时钟周期内完成32点并行FFT运算，满足了数字信道化接收机对数据处理速度的要求。 4)提出了一种自相关信号检测FPGA实现方案，通过改变FIFO长度改变自相关运算点数，实现了弱信号检测。提出通过二次门限处理来消除检测脉冲中的毛刺和凹陷，降低了虚警概率，提高了检测结果的可靠性。 5)在单通道自相关信号检测算法基础上，提出采用三路并行检测，每路采用不同的相关点数和检测门限，再综合考虑三路检测结果，得到最终检测结果。给出了算法FPGA实现过程，并对设计进行了联合时序仿真，提高了检测性能。 6)给出了一种利用FFT变换后的两根最大谱线进行插值的快速高精度频率估计方法，并将该算法在FPGA硬件中进行了实现。通过利用FFT运算后的实/虚部最大值进行插值，降低了硬件资源消耗、缩短了运算延迟。 7)结合4)、5)、6)中的研究成果，完成了对雷达脉冲信号到达时间、终止时间、脉冲宽度和脉冲频率的估计，最终在一块FPGA芯片内实现了一个精简的雷达信号侦察数字接收机，并在微波暗室中进行了测试。
上传时间： 2013-06-13
上传用户：Divine
汽车工业在国民经济增长中发挥着越来越重要的作用。近几年，虽然我国的汽车工业已经得到了飞速的发展，但汽车ECU(Electronic Control Unit)的设计制造一直无法实现国产化，严重制约了汽车工业的发展。针对这个现状，本课题对于ECU的设计进行了初步研究。首次尝试了基于SOPC技术的ECU系统设计，并利用dSPACE实时仿真发动机，完成了ECU的硬件在回路仿真，对控制效果进行了测试和分析。 目前，市场上的ECU系统都是基于专用单片机的。本文首先对现有的汽车发动机控制器结构进行了分析比较，总结出ECU的主要组成部件；而后通过各类方案的对比，确定了本课题采用基于FPGA的嵌入NIOS Ⅱ软核的SOPC技术方案。 之后，进行了汽车发动机模型搭建和控制算法的设计。发动机模型以Hendricks提出的均值模型为基础，参考mathworks公司的发动机建模方案进行设计。并在该模型基础上，参考Fekete提出的针对多缸发动机的基于模型的空燃比控制策略和mathworks发动机控制方案，建立了以控制空燃比为核心的发动机喷油控制算法。并通过simulink的仿真，验证了模型和算法的合理有效性。 基于系统设计总体方案，完成了ECU硬件电路设计，并在该系统中完成了上述算法的移植和优化。最后，利用dSPACE实时仿真发动机，进行ECU的硬件在回路仿真，对本文设计的ECU系统进行了测试。证实了该ECU方案在空燃比控制方面取得了较好的效果。 本论文以大量的图示形式介绍了发动机模型和系统软硬件设计，使得系统结构和软件流程等一目了然，浅显易懂。同时论文中采用的基于SOPC技术的ECU设计具有一定创新性，对于其他ECU系统的开发和设计具有一定指导意义。
上传时间： 2013-07-11
上传用户：小眼睛LSL
软件无线电(SDR)
上传时间： 2013-06-13
上传用户：linlin
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
软件无线电技术作为一种新的通信技术，其基本思想是构造一个通用硬件平台，使宽带A/D，D/A尽量靠近天线，在数字域完成信号处理，通过选用不同软件模块即可实现不同的通信功能，这样大大缩短了电台的研发周期。该技术在通信(尤其是在移动通信)领域有着迫切的需求和广阔的应用前景。 本文阐述了软件无线电的基础理论，对信号采样理论、多速率信号处理技术、高效数字滤波器、数字正交变换理论进行了分析和研究。从目前器件发展水平和实验研究条件出发，设计了一个基于FPGA的软件无线电通信平台。设计采用了中频数字化处理的硬件平台结构，选用Altera Cyclone系列FPGA作为信号处理和总体控制配置的核心，并结合专用通信芯片，数字上变频器AD9856和数字下变频器AD6654来实现该平台。采用VHDL和Verilog HDL语言对时分复用模块、信道编解码模块、调制解调模块等进行了模块化设计，并对电路板设计过程中系统的配置和控制、无源滤波器设计、阻抗匹配电路设计等问题进行了详细的讨论，最后对印制电路板进行测试和调试，获得了预期的效果。 本文给出的设计方案，大大简化了数字通信系统的硬件设备，具有较强的通用性和灵活性，通过修改系统参数和配置程序，即可适应不同的通信模式和信道状况，充分体现了软件无线电的优势。该平台不仅仅能应用在通信设备上，在许多系统验证平台、测试设备中均可应用，颇具实用价值。
上传时间： 2013-07-21
上传用户：浅言微笑
目前对数字化音频处理的具体实现主要集中在以DSP或专用ASIC芯片为核心的处理平台的开发方面，存在着并行处理性能差，系统升级和在线配置不灵活等缺点。另一方面现有解决方案的设计主要集中于处理器芯片，而对于音频编解码芯片的关注度较低，而且没有提出过从芯片层到PCB板层的完整设计思路。本文针对上述问题对数字化音频处理平台进行了研究，主要内容包括： 1、提出了基于FPGA的通用音频处理平台，该方案有别于现有的基于MCU、DSP和其它专用ASIC芯片的方案，论证了基于FPGA的音频处理系统的结构及设计工作流程，并对嵌入式音频处理系统专门进行了研究。 2、提出了从芯片层到PCB板层的完整设计思路，并将设计思路得以实现。完成了FPGA的设计及实现过程，包括：系统整体分析，设计流程分析，配置模块和数据通信模块的RTL实现等；解决了FPGA与音频编解码芯片TLV320AIC23B之间接口不匹配问题；给出配置和数据通信模块的功能方框图；从多个角度完善PCB板设计，给出了各个系统组成部分的详细设计方案和硬件电路原理图，并附有PCB图。 3、建立了实验和分析环境，完成了各项实验和分析工作，主要包括：PCB板信号完整性分析和优化，FPGA系统中各个功能模块的实验与分析等。实验和分析结果论证了系统设计的合理性和实用性。 本文的研究与实现工作通过实验和分析得到了验证。结果表明，本文提出的由FPGA和音频编解码芯片TLV320AIC23B组成的数字化音频处理系统完全可以实现音频信号的数字化处理，从而可以将FPGA在数字信号处理领域的优点充分发挥于音频信号处理领域。
上传时间： 2013-06-09
上传用户：gaojiao1999
扩频通信系统与常规的通信系统相比，具有很强的抗窄带干扰，抗多径干扰，抗人为干扰的能力，并具有信息隐蔽、多址保密通信等优点。在近年来得到了迅速的发展。本论文主要讨论和实现了基于FPGA的直接序列扩频信号的解扩解调处理。论文对该直扩通信系统和FPGA设计方法进行了相关研究，最后用Altera公司的最新的FPGA开发平台Quarus Ⅱ5.0实现了相关设计。 整个系统分为两个部分，发送部分和接收部分。发送部分主要有串并转换、差分卷积编码、PN码扩频、QPSK调制、成型滤波等模块。接收部分主要有前端抗干扰、数字下变频、解扩解调等模块。 论文首先介绍了扩频通信系统的特点以及相关技术的国内外发展现状，并介绍了本论文的研究思路和内容。 然后，论文分析了几种常用的窄带干扰抑制、载波同步及PN码同步算法，结合实际需要，设计了一种零中频DSSS解调解扩方案。给出了抗窄带干扰、PN码捕获及跟踪以及载波同步的算法分析，采用了基于数字外差调制的自适应陷波器来进行前端窄带干扰抑制处理，用基于自适应门限技术的滑动相关捕获和分时复用单相关器跟踪来改善PN码同步的性能，用基于硬判决的COSTAS(科斯塔斯)环来减少载波提取的算法复杂度，用改进型CORDIC算法实现NCO来方便的进行扩展。 接着，论文给出了系统总体设计和发送及接受子系统的各个功能模块的实现分析以及在Quartus Ⅱ5.0上的实现细节，给出了仿真结果。 然后论文介绍了整个系统的硬件电路设计和它在真实系统中连机调试所得到的测试结果，结果表明该系统具有性能稳定，灵活性好，生产调试容易，体积小，便于升级等特点并且达到课题各项指标的要求。 最后是对论文工作的一些总结和对今后工作的展望。
上传时间： 2013-07-04
上传用户：yd19890720
随着科学技术的发展，指纹识别技术被广泛应用到各种不同的领域。对于一般的指纹识别系统，其设计要求具有很高的实时性和易用性，因此识别算法应该具有较低的复杂度，较快的运算速度，从而满足实时性的要求。所以有必要根据不同的识别算法采用不同的实现平台，使得指纹识别系统具有较高的可靠性、实时性、有效性等性能要求。 SOPC片上可编程系统和嵌入式系统是当前电子设计领域中最热门的概念。NiosⅡ是Altera．公司开发的一种采用流水线技术、单指令流的RISC嵌入式处理器软核，可以将它嵌入到FPGA内部，与用户自定义逻辑组建成一个基于FPGA的片上专用系统。 本文在综合考虑各种应用情况的基础上，以网络技术、数据库技术、指纹识别技术和嵌入式系统技术为理论基础，提出了一种有效可行的系统架构方案。对指纹识别技术中各个环节的算法和原理进行了深入研究，合理的改进了部分指纹识别算法；同时为了提高系统的实时性，采用NiosⅡ嵌入式处理器和FPGA硬件模块实现指纹图像处理主要算法。论文主要包括以下几个方面： 1、对指纹图像预处理、特征提取和特征匹配算法原理进行阐述，同时改进了指纹图像的细化算法，提高了算法的性能，并设计了一套实用的指纹特征数据结构； 2、针对指纹图像预处理模块，包括图像的归一化、频率提取、方向提取以及方向滤波，采用基于FPGA的硬件电路的方式实现。实验结果表明，在保证系统误识率较低、可靠性高的基础上，大大提高了系统的执行速度； 3、改变了传统的单枚指纹识别方法，提出采用多枚指纹唯一标识身份，大大降低了识别系统的误识率； 4、改进了传统的基于三角形匹配中获取基准点的方法，同时结合可变界限盒思想进行指纹特征匹配。 5、结合COM+技术、数据库技术和网络技术，开发了后台指纹特征匹配服务系统，实现了嵌入式指纹识别系统同数据库的实时信息交换。 实验结果表明，本文所提出的系统构架方案有效可行，基于FPGA的自动指纹识别系统在速度、功耗、扩展性等方面具有独特的优势，拥有广阔的发展前景。
上传时间： 2013-04-24
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