《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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在卫星通信、移动通信技术快速发展的今天，短波这一最古老和传统的通信方式不仅没有被淘汰，还在快速发展。其通信距离远、设备简单以及移动方便等优点被广泛应用于无线通信领域。 数字调制技术作为通信领域中极为重要的一个方面，也得到了迅速发展。全数字调制解调技术的使用使各类现代调制解调技术融合一体，目前国内多速率/多制式调制解调大多基于通用．DSP实现，支持的速率比较低。由于运算量大和硬件参数的限制，采用通用DSP无法胜任高速率调制解调的任务。现代FPGA可以提供支持以低系统丌销、低成本实现高速乘．累加超前进位链的DSP算法。本文采用理论与实践相结合的方式研究基于FPGA技术来实现短波数字信号的调制解调。通过对具体的FPGA系统设计与调试，将理论应用到实际中。 本文通过具体的EPlC60240C8芯片作为处理器的FPGA实验板，研究了短波数字信号调制解调的设计与丌发过程。分析了现代通信的各种调制方式．误码率。得出了不同的调制方式的优劣性。最后重点提出了QPSK的调制解调方法。给出了Qf'SK的调制解调框图、QPSK的SystemView系统仿真、VHDL程序进行调制解调，在OUARTUS上进行仿真。然后设计AD/DA输入输出电路，对短波数字信号进行调制解调。通过设计的AD/DA电路输入短波数字信号进行调制解调，然后输出原始的模拟信号。文中还对比了其他的调制解调方式，通过对比，发现不同的调制解调方式对短波信号的影响。最后，通过比较FPGA与DSP在处理高速率、大容量的数字信号，得出不同的结论。展示了FPGA在这方面的优越性。
上传时间： 2013-06-05
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光纤水听器自问世以来，在巨大的军事价值和民用价值推动下得到了迅速发展，已逐渐从实验室研究阶段走向工程应用。同时随着光纤水听器的不断发展，对水声信号的检测技术以及数字处理能力也提出了新的要求。论文在此背景下开展了一系列研究工作，并提出了利用FPGA(Field ProgrammableGate Array，现场可编程门阵列)实现光纤3×3耦合器解调算法的新思路。 目前干涉型光纤水听器的解调一般采用PGC(Phase Generated Carrier，相位生成载波技术)技术和基于3×3光纤耦合器干涉的解调技术。PGC技术在解调过程中引入了载波信号，它对采样率，激光器等的要求都较高，因此我们把目光投向3×3耦合器解调技术，文中对其解调原理进行了阐述，对采样率的确定进行了讨论，并对3×3耦合器三路输出不对称的情况进行了分析，最后在本文的结论部分提出了基于3×3耦合器解调的改良方案。 目前，光纤信号数字化解调的硬件实现采用DSP(Digital Signal Process，可编程数字信号处理器)信号处理机，与之相比，FPGA解调具有速度快、资源占用少、易于扩展等优势。本文对FPGA与DSP、ASIC(application-specificintegrated circuit，专用集成电路)实现方案进行了对比，分析了适合利用FPGA实现的算法所应具备的特征；介绍了3×3耦合器解调算法中各个模块的设计情况；分析了系统的工作情况，硬件的构造及芯片的选择，最后验证了利用FPGA可以实现3×3耦合器解调算法。
上传时间： 2013-07-03
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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
上传用户：KIM66
数字射频存储器(Digital Radio FreqlJencyr：Memory DRFM)具有对射频信号和微波信号的存储、处理及传输能力，已成为现代雷达系统的重要部件。现代雷达普遍采用了诸如脉冲压缩、相位编码等更为复杂的信号处理技术，DRFM由于具有处理这些相干波形的能力，被越来越广泛地应用于电子对抗领域作为射频频率源。目前，国内外对DRFM技术的研究还处于起步阶段，DRFM部件在采样率、采样精度及存储容量等方面，还不能满足现代雷达信号处理的要求。 本文介绍了DRFM的量化类型、基本组成及其工作原理，在现有的研究基础上提出了一种便于工程实现的设计方法，给出了基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array FPGA)实现的幅度量化DRFM设计方案。本方案的采样率为1 GHz、采样精度12位，具体实现是采用4个采样率为250 MHz的ADC并行交替等效时间采样以达到1 GHz的采样率。单通道内采用数字正交采样技术进行相干检波，用于保存信号复包络的所有信息。利用FPGA器件实现DRFM的控制器和多路采样数据缓冲器，采用硬件描述语言(Very High Speed}lardware Description Language VHDL)实现了DRFM电路的FPGA设计和功能仿真、时序分析。方案中采用了大量的低压差分信号(Low Voltage Differential Signaling LVDS)逻辑的芯片，从而大大降低了系统的功耗，提高了系统工作的可靠性。本文最后对采用的数字信号处理算法进行了仿真，仿真结果证明了设计方案的可行性。 本文提出的基于FPGA的多通道DRFM系统与基于专用FIFO存储器的DRFM相比，具有更高的性能指标和优越性。
上传时间： 2013-06-01
上传用户：lanwei
随着数字技术的高速发展，越来越多的针对数字视频压缩、传送、显示等的设备涌入市场。要从这些良莠不齐的产品中挑选出令人满意的商品，一套良好的数字视频测试设备就必不可少。然而，现阶段大多数数字视频信号源都存在不同的缺点，如测试图像种类太少、没有动态测试源、缺乏专用测试信号等。为有效克服这些缺陷，作者设计并开发了一套基于FPGA的数字视频信号发生器。整个系统包括硬件平台和图像格式转换软件两大部分。硬件平台本身即为独立的信号发生器，可以生成多种测试图像。配备了图像格式转换软件，就可以实现硬件平台从PC机接收各种静态测试图像、动态测试序列，不断更新测试图像库。整个系统具有良好的硬件体系结构、便捷的输入接口，稳定的信号输出，同时操作灵活、方便，易于升级更新。 在系统的开发过程中，使用了多种硬件、软件开发工具，如PROTEL DXP、ISE、MODEL SIM、MATLAB、C＃．NET等。由于软硬件调试均由同一人完成，因此整个系统具备良好的统一性和兼容性。 另外，作者还研究并设计了一种针对H.264编解码器压缩损伤的测试信号。评估一个编码器的性能可采用主观评价或客观评价两种方法。其中主观评价最为直接、有效。本文在依托主观评价方法的基础上，结合客观参数的指导性，研究并设计一种通过人眼就可以方便的观测到实际存在的压缩损伤的测试信号，以达到直接对编解码器性能进行比较的目的。
上传时间： 2013-07-19
上传用户：cxl274287265
软件无线电是无线电领域研究的热点。现阶段限于硬件的发展水平，大多采用宽带中频带通采样数字化结构，数字中频技术就成为实现该结构的关键技术。目前FPGA器件在数字信号处理技术的实现方面发挥着越来越重要的作用。本文目的正是要把这两者相结合，使数字中频处理在FPGA中得到实现，满足具体的应用要求。 首先，对软件无线电体系和数字中频处理结构进行了研究；其次，在信号采样理论、多速率数字信号处理理论、滤波器设计理论、FPGA硬件数字算法等理论的基础上，结合本文的应用需要，提出了适合于FPGA实现的数字化中频处理的系统方案：采用多相结构来高效的实现抽取，并用FIR滤波器作为低通抗混叠滤波器来实现6倍抽取的抗混叠滤波。对系统进行了Matlab仿真，以验证系统方案的可行性。再次，具体通过Vefilog编程在FPGA中硬件实现该数字中频系统。其中包括混频器模块、抽取滤波器模块、信号产生器模块。 最后对该系统进行了软件仿真和硬件功能验证，结果表明数字中频系统性能达到了设计要求。
上传时间： 2013-07-26
上传用户：zhouli
图像增强技术是数字图像处理领域中的一项重要内容，随着数字图像处理应用领域的不断扩大，快速、实时图像处理技术成为研究的热点。超大规模集成电路技术的飞速发展为数字图像实时处理技术提供了硬件基础，尤其是FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)凭借其高速并行、可重配置的架构和基于查找表的独特结构等优点使得在数字信号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逐渐转向FPGA平台。 本文基于FPGA的图像增强技术研究主要是针对空间域方法，这种方法是指在空间域内直接对像素灰度值进行运算处理，算法简单并且存在并行性，非常适合于用硬件实现。FPGA可以灵活地实现并行、实时处理图像数据，正是利用这一特点，本文提出了一种基于FPGA的图像增强处理系统设计。该系统采用SOPC技术，完成图像增强处理。文中给出了系统设计思路，并分析了该系统的结构及功能实现，说明了系统实现过程。其硬件平台的核心部分是Altera公司Stratix系列的．FPGA EPlS40芯片，采用自顶向下的设计方法构造图像增强处理功能模块，利用硬件描述语言vHDL对图像增强模块进行电路描述，并进行设计优化、仿真，在生成系统配置文件后加载到FPGA上进行板级调试。完成了基于FPGA的图像增强算法模块的设计，重点设计实现了点运算增强处理模块、中值滤波器模块，并对中值滤波器进行了改进设计实现，采用FPGA完成了对图像增强算法的硬件加速。
上传时间： 2013-06-16
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软件无线电是无线通信领域继固定到移动、模拟到数字之后的第三次革命，是目前乃至未来的无线电领域的技术发展方向，它在提高系统灵活性上有无可比拟的优势，是实现未来无线通信系统的有效手段。扩频通信具有卓越的抗干扰和保密性能。扩频通信相对于传统的窄带通信，在频谱利用率上也有明显的优势，是未来无线通信系统中的关键技术，直接序列扩频则是其中在民用领域使用最多的一种扩频技术。FPGA在分布式计算、并行处理、流水线结构上有独特的优势，自然成为设计扩频软件无线电系统的首选技术之一。 首先介绍了软件无线电的理论基础，并分析了它的硬件结构和技术关键。软件无线电的关键思路在于构建一个通用的强大的硬件平台，这也正是本课题的主要工作之一。而后，重点介绍了直序扩频的理论基础。对于发射机，其中最关键的是寻找一种相关特性卓越的伪随机序列，本课题主要对m序列、OVSF码和Gold码进行了深入研究。最后，详述了基于DDFS的数字调制技术和FPGA技术。 基于以上理论基础研究，根据软件无线电硬件结构，开发了基于Altera公司Cyclone系列FPGA的硬件平台。该平台具有210Mbps的高速DAC，并配有串口、USB接口、音频CODEC输入输出通道、以及LVDS扩展口和SDRAM，考虑到通用性，设计中加入了足以开发出接收机的两路40Mbps的高速ADC。FPGA的代码开发也是核心内容，本课题编写了大量相应的代码，包括加扩模块（含伪随机序列发生器）、基于DDFS的数字调制模块以及串口通信模块、LCD驱动模块，SDRAM Controller、ADC驱动模块，并编写了相应的测试代码。整个系统测试通过。关于硬件平台设计和代码开发，在本文第三章和第四章详细介绍。 总体说来，本课题基于现有的理论发展，在充分理解相关理论的前提下，将主要经历集中于具体应用的研究与开发，并取得了一定的成果。
上传时间： 2013-06-27
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