电液位置伺服系统具有控制精度高、响应速度快、输出功率大、信号处理灵活、易于实现各种参量反馈等优点，因此它已经遍及国民经济和军事工业的各个技术领域。近年来，对电液位置伺服系统的快速性、稳定性、准确性等控制性能提出了新的要求，作为电液位置伺服系统核心的控制器，起到更为关键的作用。 现阶段，嵌入式微处理器以其小型、专用、便携、高可靠的特点，已经在工业控制领域得到了广泛的应用，如工业过程、远程监控、智能仪器仪表、机器人控制、数控系统等，嵌入式微处理器嵌入实时操作系统，可以克服传统的基于单片机控制系统功能不足和基于PC的控制系统非实时性的缺点，其性能、可靠性等都能满足电液位置伺服系统控制的要求，在控制领域具有广泛的应用前景。 本文以实验室的电液位置伺服系统为研究对象，按照系统的控制要求，提出以ARM9(S3C2410)微处理器为核心的控制器对电液位置伺服系统进行控制的一种方案，设计了一种新型的基于ARM9(S3C2410)微处理器的电液位置伺服控制器。本系统控制器的开发设计中，在以ARM9(S3C2410)微处理器为核心的控制器基础上，通过外部扩展，使得系统控制器具有丰富的硬件资源，开发了A/D转换电路、D/A(PWM)转换电路、伺服放大电路、串行接口等电路，同时为了使得控制器的程序代码具有较强的可读性、可维护性、可扩展性，使用了操作系统，通过比较选择了uC/OS-Ⅱ实时内核，并成功移植到ARM9(S3C2410)微处理器中，并编写了A/D、数字滤波、D/A(PWM)等软件程序，通过编译、调试、验证，程序运行正常。在对电液位置伺服系统进行控制策略的选择中，分别采用PID、滑模变结构、模糊自学习滑模三种控制策略进行仿真比较，得出采用模糊自学习滑模控制策略更有利于系统控制。
上传时间： 2013-04-24
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正交频分复用(OnIlogonaJ Frequency Division Multiplexing，OFDM)技术通过将整个信道分为多个带宽相等并行传输的子信道，通过将信息经过子信道独立传输来实现通信，子信道的正交性可以保证最大限度的利用频谱资源。OFDM系统通过循环前缀来消除符号间干扰(ISI)，通过IDFT/DFT调制解调降低了系统实现的复杂度。由于其频谱利用率高，抗多径能力强，在多种通信场合中都得到了应用。虽然有着上述优点，但为了准确的恢复信号，信道估计是OFDM系统中必须实现的一环。 本文正是针对OFDM接收机中的信道估计模块的运算部件的实现进行了研究。首先，研究了OFDM信道估计的LS算法，一阶线性插值算法，二次多项式插值算法，建立了适用于宽带通信系统的信道估计模块模型。其次研究了加法器电路和乘法器电路的实现，包括进位行波加法器，曼彻斯特进位链，超前进位加法器和乘法原理，阵列乘法器，wallace树乘法器及BOOTH编码算法，并分析了各种电路的特性及优缺点。接着研究了几种主要的除法器设计算法，包括数字循环算法，基于函数迭代的算法，以及CORDIC算法，结合信道估计的特点选择了函数迭代和CORDIC算法作为具体实现的方法。最后，在前面的设计的基础上在FPGA芯片上实现了前面的设计方案。
上传时间： 2013-06-06
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JPEG2000是新一代图像压缩标准,JPEG2000与传统JPEG最大的不同,在于它放弃了JPEG所采用的以离散余弦变换(Discrete Cosine Transform)为主的区块编码方式,而采用以小波转换(Wavelet Transform)为主的多解析编码方式.离散小波变换算法是现代谱分析工具,在图像处理与图像分析领域正得到越来越广泛的应用.由于JPEG2000标准具有复杂的算法,全部用软件来实现将会占用很大的处理器时间开销和内存开销,尤其对于实时图像传输和处理系统,因而用硬件电路来实现JPEG2000标准的部分或全部,就具有重要的意义,本课题的目的就是用硬件电路来实现JPEG2000标准中的离散小波变换部分,论文研究的主要工作就是设计了一个符合JPEG2000标准的、高性能的多级二维离散小波变换的硬件电路.论文研究的内容主要分为两部分,第一部分首先分析了JPEG2000标准和离散小波变换的原理,重点研究了离散小波变换的快速算法,包括第一代小波变换所采用的卷积算法和第二代小波变换所采用的提升算法,然后具体分析了离散小波变换在JPEG2000中的具体实现.论文第二部分对两种离散小波变换快速算法的硬件实现进行了比较,并选择卷积滤波算法作为硬件实现的对象,并采用Daubechies9/7小波基.然后具体设计了离散小波变换的各个模块,所有的模块都是有硬件描述语言(Verilog HDL)来实现,经过仿真和逻辑综合,在一块自行设计的FPGA开发板上进行了验证.仿真和验证的结果表明了该小波变换的硬件电路符合JPEG2000标准,具有较高的速度和信噪比.
上传时间： 2013-04-24
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近年来，在钢铁材质质量检测的研究领域，电磁无损检测方法以其非破坏性和简便快速的优点取得了大量成果，然而对于钢材及其制品的混料、硬度和裂纹质量检测还存在许多难题.如用传统检测平台检测钢铁件硬度的检测精度和速度都不够理想。 基于上述情况，论文将先进的SOPC技术应用到钢铁件的电磁无损检测中。SOPC技术将处理器、存储器、IO接口、各种外围设备等系统设计需要的部件集成到一个可编程逻辑器件上，构建成一个可编程的片上系统。 论文详细论述了基于FPGA的电磁无损检测试验装置的理论基础，并在此基础上给出了总体设计方案。全文着重叙述了系统的模拟部分，系统配置以及软件部分的整个设计过程。利用QuartusⅡ自定义外设和Avalon总线多主并行处理的特点，采用Vefilog HDL，语言实现激励信号发生器和高速数据采集器，使得信号激励和信号采集在同一片芯片中实现，从而提高了信号及信号处理的精确度。由于电磁检测对多种参数的敏感反应，必须抑制由此引入的多种因素的干扰，利用FIR数字滤波和相关方法从众多的干扰信号中提取出有效信号的幅度和相位，同时利用NiosⅡC2H功能对滤波模块进行硬件加速处理，大大提高了信号处理的速度。利用最小二乘法建立回归方程模型进行无损检测。最后运用此电磁无损检测系统对轴承钢的硬度进行了定性测试，取得了较好的检测结果。 试验结果表明，将SOPC技术应用到电磁无损检测系统中，系统的检测速度和检测精度都有所提高，并使得整个系统在规模、可靠性、性能指标、开发成本、产品维护及硬件升级等多方面实现了优化。
上传时间： 2013-06-04
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在图像处理及检测系统中，实时性要求往往影响着系统处理速度的性能。本文在分析研究视频检测技术及方法的基础上，应用嵌入式系统设计和图像处理技术，以交通信息视频检测系统为研究背景，展开了基于FPGA视频图像检测技术的研究与应用，通过系统仿真验证了基于FPGA架构的图像并行处理和检测系统具有较高的实时处理能力，能够准确并稳定地检测出运动目标的信息。可见FPGA对提高视频检测及处理的实时性是一个较好的选择。 本文主要研究的内容有： 1．分析研究了视频图像检测技术，针对传统基于PC构架和DSP处理器的视频检测系统的弊端，并从可靠性、稳定性、实时性和开发成本等因素考虑，提出了以FPGA芯片作为中央处理器的嵌入式并行数据处理系统的设计方案。 2．应用模块化的硬件设计方法，构建了新一代嵌入式视频检测系统的硬件平台。该系统由异步FIFO模块、图像空间转换模块、SRAM帧存控制模块、图像预处理模块和图像检测模块等组成，较好地解决了图像采样存储、处理和传输的问题，并为以后系统功能的扩展奠定了良好的基础。 3．在深入研究了线性与非线性滤波几种图像处理算法，分析比较了各自的优缺点的基础上，本文提出一种适合于FPGA的快速图像中值滤波算法，并给出该算法的硬件实现结构图，应用VHDL硬件描述语言编程、实现，仿真结果表明，快速中值滤波算法的处理速度较传统算法提高了50％，更有效地降低了系统资源占用率和提高了系统运算速度，增强了检测系统的实时性能。 4．研究了基于视频的交通车流量检测算法，重点讨论背景差分法，图像二值化以及利用直方图分析方法确定二值化的阈值，并对图像进行了直方图均衡处理，提高图像检测精度。并结合嵌入式系统处理技术，在FPGA系统上研究设计了这些算法的硬件实现结构，用VHDL语言实现，并对各个模块及相应算法做出了功能仿真和性能分析。 5．系统仿真与验证是整个FPGA设计流程中最重要的步骤，针对现有仿真工具用手动设置输入波形工作量大等弊病，本文提出了一种VHDL测试基准(TestBench)方法解决系统输入源仿真问题，用TEXTIO程序包设计了MATLAB与FPGA仿真软件的接口，很好地解决了仿真测试中因测试向量庞大而难以手动输入的问题。并将系统的仿真结果数据在MATLAB上还原为图像，方便了系统测试结果的分析与调试。系统测试的结果表明，运动目标的检测基本符合要求，可以排除行走路人等移动物体(除车辆外)的噪声干扰，有效地检测出正确的目标。 本文主要研究了基于FPGA片上系统的图像处理及检测技术，针对FPGA技术的特点对某些算法提出了改进，并在MATLAB、QuartusⅡ和ModelSim软件开发平台上仿真实现，仿真结果达到预期目标。本文的研究对智能化交通监控系统的车流量检测做了有益探索，对其他场合的图像高速处理及检测也具有一定的参考价值。
上传时间： 2013-07-13
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随着 EDA 技术及微电子技术的飞速发展，现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称 FPGA)的性能有了大幅度的提高，FPGA的设计水平也达到了一个新的高度。基于FPGA的嵌入式系统设计为现代电子产品设计带来了更大的灵活性，以Nios Ⅱ软核处理器为核心的SOPC(System on Programmable Chip)系统便是把嵌入式系统应用在FPGA上的典型例子，本文设计的指纹识别模块就是基于FPGA的Nios Ⅱ处理器为核心的SOPC设计。通过IP核技术和灵活的软硬件编程，实现Nios Ⅱ对FPGA外围器件的控制，并对指纹处理算法进行了改进，研究了指纹识别算法到Nios Ⅱ系统的移植。 本文首先阐述了指纹识别模块的SOPC设计方案，然后是对模块的详细设计。在硬件方面，完成了指纹识别模块的 FPGA 硬件设计，包括 FPGA 内部的Nios Ⅱ系统硬件设计和 FPGA 外围电路设计。前者利用 SOPC Builder将Nios Ⅱ处理器、指纹读取接口 UART、键盘与LCD显示接口、FLASH接口、SDRAM控制器构建成NiosⅡ硬件系统，后者是电源和时钟电路、SDRAM存储器电路、FLASH存储器电路、LCD显示电路、指纹传感器电路、FPGA 配置电路这些纯实物硬件设计，给出了设计方法和电路连接图。 在软件方面，包括下面两个内容： 完成 FPGA 外围器件程序设计，实现对外围器件的操作。 深入的研究了指纹识别算法。对指纹图像识别算法中的指纹图像滤波和匹配算法进行了分析，提出了指纹图像增强改进算法和匹配改进算法，通过试验，改进后的指纹图像滤波算法取得了较好的指纹图像增强效果。改进后的匹配算法速度较快，误识率较低。最后研究了指纹识别算法如何在FPGA中的Nios Ⅱ系统的实现。
上传时间： 2013-06-12
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随着微电子技术的发展，国内外红外成像技术也得到了广泛的应用和研究。各国军方针对现代战争和未来信息战的新形势，对热成像技术提出了更高的要求，希望今后能研制出性能更佳、体积更小、分辨率和灵敏度更高、作用距离更远、价格更低的红外成像系统。 CCD 成像系统的关键技术是 CCD 器件设计和图像处理。本课题通过对CCD 图像处理技术的研究，采用嵌入式 Nios Ⅱ+FPGA 的工作方式，充分发挥嵌入式 Nios Ⅱ处理器灵活性和 FPGA 处理速度快的优点，构建出结构灵活、处理速度高以及功能完善的图像处理系统。该系统能同时实时实现两点校正算法、加权滤波算法、对比度增强算法以及疵点补偿等多项功能。 本系统成功应用于国内某研究所研制的目前国内最大型面阵 (PtSi 512×512) CCD 焦平面探测器成像组件中，得到了良好的成像效果；同时，由该处理系统构成的 InGaAs 成像组件也处于国内领先水平。从长远来看，该项技术应用于中电 44 所多种成像组件项目的研究中，推动了 PtSi 256×256、PtSi 512×512 焦平面探测器成像组件以及 4096×96TDI CCD 成像组件的工程化应用进程。
上传时间： 2013-05-22
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回波消除器广泛应用于公用电话交换网(PSTN)、移动通信系统和视频电话会议系统等多种语音通信领域。在PSTN系统中，由于线路阻抗不匹配，远端语音信号通过混合线圈时产生一定泄漏，一部分信号又传回远端，产生线路回波，回波的存在会严重影响语音通信质量。本文主要针对线路回波进行研究，设计并实现了满足实用要求的基于FPGA平台的回波消除器。 首先，对回波产生原理和目前几种常用回波消除算法进行了分析，在研究自适应回波消除器的各个模块，特别是深入分析各种自适应滤波算法和双讲检测算法，综合考虑各种算法的运算复杂度和性能的情况下，这里采用NLMS算法实现自适应回波消除器。针对传统双讲检测算法在近端语音幅度较低情况下容易产生误判的情况，给出一种基于子带滤波器组的改进双讲检测算法。 本文首先使用C语言实现回波消除器的各个模块，其中包括自适应滤波器、远端检测、双讲检测、非线性处理和舒适噪声产生模块。经过仿真测试，相关模块算法能够有效提高回波消除器性能。在此基础上，本文使用硬件描述语言Veillog HDL，在QuartusⅡ和ModelSim软件平台上实现各功能模块，并通过模块级和系统级功能仿真以及时序仿真验证，最终在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Arrav，FPGA)平台上实现回波消除系统。本文详细阐述了基于FPGA的设计流程与设计方法，并描述了自适应滤波器、基于分布式算法FIR滤波器、除法器和有限状态机的设计过程。 根据ITU-T G.168标准提出的测试要求，本文埘基于FPGA设计实现的自适应回波消除系统进行大量主客观测试。经过测试，各项性能指标均达到或超过G.168标准的要求，具有良好的回波消除效果。
上传时间： 2013-06-18
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本文研究的视频处理系统是上海市科委技术攻关基金项目“计算机视觉及其芯片化实现”的一部分，主要完成计算机视觉系统的一些基本工作，即视频图像的采集、预处理和显示等。 视频图像采集和预处理系统以Xilinx公司Virtex-ⅡPro系列的FPGA为核心控制器件，结合视频模数转换芯片和VGA显示器，完成视频图像的实时采集、预处理和显示。采集和显示部分作为同外界交流信息的渠道，是构成计算机视觉系统必不可少的一部分；图像预处理则是计算机视觉系统进行高层处理的基础，优秀的预处理算法能有效改善图像质量，提高系统分析判断的准确性。 本文在介绍基于FPGA的视频采集、预处理系统整体架构的基础上，围绕以下四个方面展开了工作： 1.研究并给出了两种基于FPGA的设计方案用于实现YCrCb色度空间到RGB色度空间的转换； 2.针对采集的视频图像，根据VGA显示的要求，给出了一种实现图像去隔行的方案； 3.分析了一系列图像滤波的预处理算法，如均值滤波、中值滤波和自适应滤波等，在比较和总结各算法特点的基础上，提出了一种新的适用于处理混合噪声的滤波算法：混合自适应滤波法； 4.根据算法特点设计了多种采用FPGA实现的图像滤波算法，并对硬件算法进行RTL级的功能仿真和验证，还给出了各种滤波算法的实验结果，在此基础上对各种算法的效果进行直观的比较。 文中，预处理算法的实现充分利用了FPGA的片内资源，体现了FPGA在图像处理方面的特点及优势。同时，视频采集和显示的控制模块也由同一FPGA芯片实现，从而简化了系统整体结构。视频采集和预处理系统在FPGA上的成功实现为“计算机视觉及其芯片化实现”奠定了必要的基础、提供了一定理论依据。
上传时间： 2013-04-24
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随着GPS(Global Positioning System)技术的不断发展和成熟，其全球性、全天候、低成本等特点使得GPS接收机的用户数量大幅度增加，应用领域越来越广。但由于定位过程中各种误差源的存在，单机定位精度受到影响。目前常从两个方面考虑减小误差提高精度：①用高精度相位天线、差分技术等通过提高硬件成本获取高精度；②针对误差源用滤波算法从软件方面实现精度提高。两种方法中，后者相对于前者在满足精度要求的前提下节约成本，而且便于系统融合，是应用于GPS定位的系统中更有前景的方法。但由于在系统中实现定位滤波算法需要时间，传统CPU往往不能满足实时性的要求，而FPGA以其快速并行计算越来越受到青睐。 本文在FPGA平台上，根据“先时序后电路”的设计思想，由同步没计方法以及自顶向下和自下而上的混合设计方法实现系统的总体设计。从GPS-OEM板输出的定位信息的接收到定位结果的坐标变换，最终到kalman滤波递推计算减小定位误差，实现实时、快速、高精度的GPS定位信息采集处理系统，为GPS定位数据的处理方法做了新的尝试，为基于FPGA的GPS嵌入式系统的开发奠定了基础。具体工作如下： 基于FPGA设计了GPS定位数据的正确接收和显示，以及经纬度到平面坐标的投影变换。根掘GPS输出信息标准和格式，通过串口接收模块实现串口数掘的接收和经纬度信息提取，并通过LCD实时显示。在提取信息的同时将数据格式由ASCⅡ码转变为十进制整数型，实现利用移位和加法运算达到代替乘法运算的效果，从而减少资源的利用率。在坐标转换过程中，利用查找表的方法查找转化时需要的各个参数值，并将该参数先转为双精度浮点小数，再进行坐标转换。根据高斯转化公式的规律将公式简化成只涉及加法和乘法运算，以此简化公式运算量，达到节省资源的目的。 卡尔曼滤波器的实现。首先分析了影响定位精度的各种误差因素，将各种误差因素视为一阶马尔科夫过程的总误差，建立了系统状态方程、观测方程和滤波方程，并基于分散滤波的思想进行卡尔曼滤波设计，并通过Matlab进行仿真。结果表明，本文设计的卡尔曼滤波器收敛性好，定位精度高、估计误差小。在仿真基础上，实现基于FPGA的卡尔曼滤波计算。在满足实时性的基础上，通过IP核、模块的分时复用和树状结构节省资源，实现数据卡尔曼滤波，达到提高数据精度的效果。 设计中以Xilinx公司的Virtex-5系列的XC5VLX110-FF676为硬件平台，采用Verilog HDL硬件描述语言实现，利用Xilinx公司的ISE10.1工具布局布线，一共使用44438个逻辑资源，时钟频率达到100MHZ以上，满足实时性信号处理要求，在保证精度的前提下达到资源最优。Modelsim仿真验证了该设计的正确性。
上传时间： 2013-04-24
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