随着图像处理技术和投影技术的不断发展,人们对高沉浸感的虚拟现实场景提出了更高的要求,这种虚拟显示的场景往往由多通道的投影仪器同时在屏幕上投影出多幅高清晰的图像,再把这些单独的图像拼接在一起组成一幅大场景的图像。而为了给人以逼真的效果,投影的屏幕往往被设计为柱面屏幕,甚至是球面屏幕。当图像投影在柱面屏幕的时候就会发生几何形状的变化,而避免这种几何变形的就是图像拼接过程中的几何校正和边缘融合技术。 一个大场景可视化系统由投影机、投影屏幕、图像融合机等主要模块组成。在虚拟现实应用系统中,要实现高临感的多屏幕无缝拼接以及曲面组合显示,显示系统还需要运用几何数字变形及边缘融合等图像处理技术,实现诸如在平面、柱面、球面等投影显示面上显示图像。而关键设备在于图像融合机,它实时采集图形服务器,或者PC的图像信号,通过图像处理模块对图像信息进行几何校正和边缘融合,在处理完成后再送到显示设备。 本课题提出了一种基于FPGA技术的图像处理系统。该系统实现图像数据的AiD采集、图像数据在SRAM以及SDRAM中的存取、图像在FPGA内部的DSP运算以及图像数据的D/A输出。系统设计的核心部分在于系统的控制以及数字信号的处理。本课题采用XilinxVirtex4系列FPGA作为主处理芯片,并利用VerilogHDL硬件描述语言在FPGA内部设计了A/D模块、D/A模块、SRAM、SDRAM以及ARM处理器的控制器逻辑。 本课题在FPGA图像处理系统中设计了一个ARM处理器模块,用于上电时对系统在图像变化处理时所需参数进行传递,并能实时从上位机更新参数。该设计在提高了系统性能的同时也便于系统扩展。 本文首先介绍了图像处理过程中的几何变化和图像融合的算法,接着提出了系统的设计方案及模块划分,然后围绕FPGA的设计介绍了SDRAM控制器的设计方法,最后介绍了ARM处理器的接口及外围电路的设计。
上传时间: 2013-04-24
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在传统的电力电子电路中,DC/DC变换器通常采用模拟电路实现电压或电流的控制。数字控制与模拟控制相比,有着显著的优点,数字控制可以实现复杂的控制策略,同时大大提高系统的可靠性和灵活性,并易于实现系统的智能化。但目前数字控制基本上限于电力传动领域,DC/DC变换器由于其开关频率较高,一般其外围功能由DSP或微处理器完成,而控制的核心,如PWM发生等大多采用专用控制芯片实现。FPGA由于其快速性、灵活性及保密性等优点,近年来在数字控制领域受到越来越多的关注。基于FPGA的DC/DC变换器是电力电子领域重要的研究方向之一。本文研究了同步Buck变换器的建模、设计及仿真,采用Xinlix的VIRTEX-Ⅱ PRO FPGA开发板实现了Buck变换器的全数字控制。 论文首先从Buck变换器的理论分析入手,根据它的物理特性,研究了该变换器的状态空间平均模型和小信号分析。为了获得高性能的开关电源,提出并分析了混杂模型设计方案,然后进行了控制器设计。并采用MATLAB/SIMULINK建立了同步Buck电路的仿真模型,并进行仿真研究。浮点仿真的运算精度与溢出问题,影响了仿真的精度。为了克服这些不足,作者采用了定点仿真方法,得到了满意的仿真结果。论文还着重论述了开关电源的数字控制器部分,数字控制器一般由三个主要功能模块组成:模数转换器、数字脉宽调制器(Digital PulseWidth Modulation:DPWM)和数字补偿器。文中重点研究了DPWM和数字补偿器,阐述了目前高频数字控制变换器中存在的主要问题,特别是高频状态下DPWM分辨率较低,影响控制精度,甚至引起极限环(Limit Cycling)现象,对DPWM分辨率的提高与系统硬件工作频率之间的矛盾、DPWM分辨率与A/D分辨率之间的关系等问题作了全面深入的分析。论文提出了一种新的提高DPWM分辨率的方法,该方法在不提高系统硬件频率的前提下,采用软件使DPWM的分辨率大大提高。作者还设计了两种数字补偿器,并进行了分析比较,选择了合适的补偿算法,达到了改善系统性能的目的。 设计完成后,作者使用ISE 9.1i软件进行了FPGA实现的前、后仿真,验证了所提出理论及控制算法的正确性。作者完成了Buck电路的硬件制作及基于FPGA的软件设计,采用32MHz的硬件晶振实现了11-bit的DPWM分辨率,开关频率达到1MHz,得到了满意的系统性能,论文最后给出了仿真和实验结果。
上传时间: 2013-07-23
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在航空航天,遥感测量,安全防卫以及家用影视娱乐等领域,要求能及时保存高清晰度的视频信号供后期分析、处理、研究和欣赏。因此,研究一套处理速度快,性能可靠,使用方便,符合行业相关规范的高清视频编解码系统是十分必要的。 本文首先介绍了高清视频的发展历史。并就当前相关领域的发展阐述了高清视频编解码系统的设计思路,提出了可行的系统设计方案。基于H.264的高清视频编码系统对处理器的要求非常高,一般的DSP和通用处理器难以达到性能要求。本系统选择富士通公司最新的专用视频编解码芯片MB86H51,实时编解码分辨率达到1080p的高清视频。芯片具有压缩率高,功耗低,体积小等优点。系统的控制设备由三块FPGA芯片和ARM控制器共同完成。FPGA芯片分别负责视频输入输出,码流输入输出和主编解码芯片的控制。ARM作为上层人机交互的控制器,向系统使用者提供操作界面,并与主控FPGA相连。方案实现了高清视频的输入,实时编码和码流存储输出等功能于一体,能够编码1080p的高清视频并存储在硬盘中。系统开发的工作难点在于FPGA的程序设计与调试工作。其次,详细介绍了FPGA在系统中的功能实现,使用的方法和程序设计。使用VHDL语言编程实现I2C总线接口和接口控制功能,利用stratix系列FPGA内置的M4K快速存储单元实现128K的命令存储ROM,并对设计元件模块化,方便今后的功能扩展。编程实现了PIO模式的硬盘读写和SDRAM接口控制功能,实现高速的数据存储功能。利用时序状态机编程实现主芯片编解码控制功能,完成编解码命令的发送和状态读取,并对设计思路,调试结果和FPGA资源使用情况进行分析。着重介绍设计中用到的最新芯片及其工作方式,分析设计过程中使用的最新技术和方法。有很强的实用价值。最后,论文对系统就不同的使用情况提出了可供改进的方案,并对与高清视频相关的关键技术作了分析和展望。
上传时间: 2013-07-26
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随着红外探测技术和超大规模专用集成电路的发展,实时红外成像系统得到了越来越广泛的应用。如何针对红外图像的特性对红外图像进行实时处理,得到能真实反映探测场景、适合观察分析的红外图像是目前红外成像技术的研究热点。针对红外图像在被采集后立即进行预处理,简化后级数字信号处理单元的繁重任务,在红外成像技术中具有重要意义。本论文主要工作如下: (1)对红外成像的原理、红外图像的形成过程、红外图像的特征以及红外图像与可见光图像的区别进行了阐述。 (2)简要介绍了频域中图像的增强算法,以及图像的灰度变换原理。 (3)通过对时域中各种算法的分析对比,以及时域处理与频域处理的对比,选择数种适合红外图像预处理的算法进行硬件实现,然后再根据硬件实现的难易程度和算法对硬件资源的占用率,以及最终对图像的处理效果,选择一种最佳的平滑和锐化方法。 (4)针对FPGA的特点,采用了模块化结构设计,方便构成并行运算,充分体现了实时处理的要求。 (5)分析了红外图像灰度变换的硬件构成,实现了对红外图像的直方图统计。 (6)阐述了I2C总线标准,使用I2C总线对SAA7115视频图像处理芯片的控制,对模拟的红外图像采集、量化成数字图像信号;由于采用SDRAM进行数据的存储,所以针对数据的存储及读取方式设计了SDRAM存储器的控制器,将量化后的数据存储到SDRAM存储器。 (7)详细阐述了图像频域处理的硬件实现方法,并特别说明了DFT的FPGA硬件构成方法及这种方法与DSP处理器构成方法的区别。然后针对整个系统的时序构成及时序要求,采用了PLL核构成了系统的时序部分,并对系统进行了优化,以提高运行速度及减少资源占用率。
上传时间: 2013-07-12
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本文介绍了一种基于现场可编程门阵列FPGA器件的电子密码锁的设计方法。重点阐述了红外遥控电子密码锁的整体架构设计;介绍了一种由PT2248作为发送器,MIM-R1AA 38KHZ红外一体化接收解调器作为接收器的红外遥控系统的构建方法;详细说明了如何运用EDA技术自顶向下的设计方法,来实现基于XILINX公司出品的Spartan-3E系列FPGA芯片的红外遥控解码、密码锁的解锁、密码修改、报警提示及液晶显示等功能。在分析红外遥控电子密码锁各功能模块时,本论文详细阐述了各模块的功能及外部接口信号,给出了各模块的仿真波形以及整个系统的测试流程和测试结果。本论文在介绍Spartan-3E系列FPGA芯片的特点和性能的同时,利用Spartan-3E系列的XC3S500芯片中的KCPSM3和自行设计完成的状态机控制器分别实现液晶显示控制器,通过比较分析得知KCPSM3实现的控制器,在对FPGA的资源利用方面更加合理,实现更加便捷。 本论文利用红外遥控技术解锁,大大提高了电子密码锁的安全性能;采用FPGA开发设计,所有算法完全由硬件电路来实现,使得系统的工作可靠性大为提高,同时由于FPGA具有在系统可编程功能,当设计需要更改时,只需更改FPGA中的控制和接口电路,利用EDA工具将更新后的设计下载到FPGA中即可,无需更改外部电路的设计,大大提高了设计的效率。因此,采用FPGA开发的数字系统,不仅具有很高的工作可靠性,其升级与改进也极其方便。
上传时间: 2013-06-19
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随着网络技术和通信技术的突飞猛进,人们对通信的保密性能,抗干扰能力的要求越来越高,而且对信息隐蔽、多址保密通信等特性提出了更高的要求。这些要求的实现都离不开扩频通信技术的应用,而扩频通信芯片作为扩频通信网络的核心器件,自然也成了研究的重点。本论文旨在借鉴国内外相关研究成果,并以家庭电力线通信环境为背景,验证了一种CDMA码分多址通信的实现方案,并通过智能家庭系统展示了其应用效果。 本课题以构建家庭电力载波通信网络为目标,首先,以两块Cyclone系列FPGA开发板为基础,分别作为发送单元和接收单元,构建了系统的硬件开发平台;以QuartusⅡ 7.2为开发环境,运用Verilog硬件描述语言,编写扩频模块和解扩模块,并且进行了测试、仿真和综合,验证了通过专用芯片实现扩频通信系统的可行性。应用方面,采用电力线载波通信芯片,提出了一种由智能插线板和嵌入式网关构成的家电控制系统。用户通过WEB方式登陆嵌入式网关,智能插线板能够在嵌入式网关的控制下控制电器的电源、发送红外遥控指令,实现对家电的远程遥控。使用两块FPGA开发板,实现了扩频通信基本收发是本设计得主要成果;将扩频通讯技术、嵌入式Web技术引入到智能家庭系统的设计当中是本文的一个特点。 仿真和实验表明:采用电力线载波通信芯片组建家庭网络的方案可行,由智能插线板和嵌入式网关构成的家电控制系统能灵活、便捷地实施家电控制,并具有一定的节能效果。
上传时间: 2013-06-17
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通用异步收发器UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)是广泛使用的串行传输协议。串行外设用到异步串行接口一般采用专用集成电路实现。但是这类芯片一般包含许多辅助模块,而时常不需要使用完整的UART的功能和辅助功能,或者当在FPGA上设计时,需要将UART功能集成到FPGA内部而不能使用芯片。蓝牙主机控制器接口则是实现主机设备与蓝牙模块之间互操作的控制部件。当在使用蓝牙设备的时候尤其是在监控场所,接口控制器在控制数据与计算机的传输上就起了至关重要的作用。 论文针对信息技术的发展和开发过程中的实际需要,设计了一个蓝牙HCI-UART(Host Controller Interface-Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)控制接口的模块。使用VHDL将其核心功能集成,既可以单独使用,也可集成到系统芯片中,并且整个设计紧凑、稳定且可靠,其用途广泛,具有一定的使用价值。 本设计采用TOP-DOWN设计方法,整体上分为UART接口和蓝牙主机控制器接口两部分。首先根据UART和蓝牙主机控制器接口的实现原理和设计指标要求进行系统设计,对系统划分模块以及各个模块的信号连接;然后进行模块设计,设计出每个模块的功能,并用VHDL语言编写代码来实现模块功能;再使用ISE8.2I自带的仿真器对各模块进行功能仿真和时序仿真;最后进行硬件验证,在Virtex-II开发板上对系统进行功能验证。实现了发送、接收和波特率发生等功能,验证了结果,表明设计正确,功能良好,符合设计要求。
上传时间: 2013-04-24
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DS5250是Maxim安全微控制器系列中的一款高度安全、4时钟每机器周期、100%兼容8051指令集的微控制器。DS5250设计用作加密引擎,应用于密码键盘、金融终端及其它数据安全性较高的应用。该器
上传时间: 2013-06-02
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随着电子科学、图像传输处理技术与理论的迅速发展,机器人视频监控技术的实际研究与应用曰益得到重视,并不断地在许多领域取得骄人的成果。特别是近年来,机器人视频监控技术已成为高技术领域一个重要的研究课题。 本论文详细介绍了一种机器人视频监视系统的设计方案,实现了具有前端视频采集、图像传输处理功能的FPGA系统。该系统采用Altera公司的FPGA芯片作为中央处理器,由视频采集模块、异步FIFO模块、I
上传时间: 2013-07-21
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随着国民经济的发展和社会的进步,人们越来越需要便捷的交通工具,从而促进了汽车工业的发展,同时汽车发动机检测维修等相关行业也发展起来。在汽车发动机检测维修中,发动机电脑(Electronic Control.Unit-ECU)检测维修是其中最关键的部分。发动机电脑根据发动机的曲轴或凸轮轴传感器信号控制发动机的喷油、点火和排气。所以,维修发动机电脑时,必须对其施加正确的信号。目前,许多发动机的曲轴和凸轮轴传感器信号已不再是正弦波和方波等传统信号,而是多种复杂波形信号。为了能够提供这种信号,本文研究并设计了一种能够产生复杂波形的低成本任意波形发生器(Arbitrary Waveform Generator-AWG)。 本文提出的任意波形发生器依据直接数字频率合成(Direct Digial FrequencySynthesis-DDFS)原理,采用自行设计现场可编程门阵列(FPGA)的方案实现频率合成,扩展数据存储器存储波形的量化幅值(波形数据),在微控制单元(MCU)的控制与协调下输出频率和相位均可调的信号。 任意波形发生器主要由用户控制界面、DDFS模块、放大及滤波、微控制器系统和电源模块五部分组成。在设计中采用FPGA芯片EPF10K10QC208-4实现DDFS的硬件算法。波形调整及滤波由两级放大电路来完成:第一级对D/A输出信号进行调整;第二级完成信号滤波及信号幅值和偏移量的调节。电源模块利用三端集成稳压器进行电压值变换,利用极性转换芯片ICL7660实现正负极性转换。 该任意波形发生器与通用模拟信号源相比具有:输出频率误差小,分辨率高,可产生任意波形,成本低,体积小,使用方便,工作稳定等优点,十分适合汽车维修行业使用,具有较好的市场前景。
上传时间: 2013-04-24
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