在数字化推进速度加快的大背景下，全球农业也由传统农业向现代农业方向转变，而实现农业信息与数字化则是现代化农业的重要标志与核心技术。我国农业具有地域分散、对象多样、生物自身变异大、环境因子不确定等特点，也是受环境影响最明显的领域，因此对环境与生物信息的监测显得十分重要。同时现代无线网络信息技术和计算机应用等技术近几年得到了长足的发展，广泛的应用于工业的各个领域。因此，将这些最新的技术应用于相对发展较慢的农业各领域显得迫在眉睫。 本文根据农业对象具有偏远、分散、易变、多样等特点，提出了一种针对农业环境信息远程监测的系统设计方案，并从软件和硬件二方面详细介绍了系统方案的设计和实现方法。本研究通过采用μC/OS-Ⅱ系统的嵌入式技术，实现了数据采集系统底层网络与信息发布上层网络的无缝连接为建立基于WEB的农业环境远程监测系统奠定了基础，同时也为农业网络通信“最后一公里”问题的解决提供了一种解决方案。 该系统的设计充分利用了网络技术。通过INTERNET，用户可以随时了解农业环境的实时情况以采取措施。系统中嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ的应用提高了系统的实时性、可靠性和可扩展性：减少了对系统硬件的依赖，增加了系统安全性；降低了成本。特别是自主开发的核心板卡，经连续的调试运行稳定、数据可靠。 本文首先介绍了高速实时数据采集系统的发展和现状。由于传统的设计方式的欠缺而考虑到将嵌入式操作系统引入到该系统中，很好的解决了多传感器的接入，使得本系统具有巨大的灵活性和可扩展性。 本文以源码开放的嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ为核心，以LPC2210微控制器为载体，充分利用GPRS无线网络传输技术，实现了高速实时信息监测系统的关键设计。 考虑到该系统以后的可扩展性，在设计的过程中硬件部分预留了一部分接口电路以备后续开发使用；软件的设计过程中应该注意的问题和实际操作中出现的一系列问题以及解决办法在文中都有详细的说明，并且软件的基本构架在文章中也有所体现，文章结尾给出了一些系统经实验后在WEB上发布显示的数据。
上传时间： 2013-05-17
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随着嵌入式技术的不断发展和现代通讯技术的日臻成熟与完善，手机作为这两种技术紧密结合的典型代表，成为众多开发人员设计与创新的焦点。为了适应社会的需求，目前很多高校都开设了与此相关的课程。本文首次提出一套基于嵌入式系统的手机编程开发平台教学系统。如何合理设计开发平台，为高等院校提供一种功能完备、价格低廉、技术流行、能满足教学和开发双重需求的手机编程开发平台正是本课题研究和解决的重点。 本论文在研究手机硬件体系结构和软件体系结构的基础上，主要研究了已有手机平台的基本结构特点以及所需要的基本核心技术，进而提出了本课题研究的手机平台结构，共分以下三部分： 1．硬件平台：划分为通讯模块单元、基于ARM的应用处理模块单元以及输入输出模块单元，这三部分相互独立设计并能单独完成各自任务，同时设计统一接口规范，使这三大部分能够方便的连接在一起，协同工作，完成手机功能。这种模块化的设计方法，为整体系统的开发、调试与升级提供了便利。 2．软件平台：分为Bootloader、操作系统、驱动程序以及GUI。这四部分彼此独立又相互联系。设计时可以根据实际需要，开发的难易程度，开销与维护成本等多方面考虑，灵活设计。 3．应用软件：这部分主要是基于通讯协议的软件开发与编程实战。 本课题最终完成了硬件的全部设计并调试成功，实现了手机编程开发平台软件平台的设计及应用软件的开发。同时针对各部分内容编写配套的实验指导手册并在教学实践中取得初步成功。
上传时间： 2013-05-17
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由于全球定位系统在航天、航空、航海、海洋上程、大地测量、陆地导航以及军事上的大量运用及其广阔的应用前景，使得GPS接收机系统成为国内外相关领域竞相研究的对象。GPS系统的用户部分主要是各种型号的GPS接收机。所以GPS接收机中的微处理器的运算能力和功耗直接影响整机的性能。 本文所研究的是基于ARM微处理器和μC/OS—Ⅱ的嵌入式系统开发及其在GPS接收机中的应用。介绍了OPS接收机设计原理，分析了接收机硬件模块的组成和功能，设计了由FPGA和ARM完成基带信号处理及导航解算的接收机，建立了基于ARM和μC/OS—Ⅱ的GPS接收机嵌入式硬件开发平台。研究了嵌入式实时操作系统μC/OS—Ⅱ，分析了其内核的组成结构：与处理器无关代码、处理器相关代码、与应用相关代码，并重点分析和配置了其中与处理器相关和与应用相关的代码部分，最终将其成功移植到ARM LPC2290微处理器上。建立了基于ARM LPC2290和μC/OS—Ⅱ的嵌入式系统软件编译和调试的交叉环境，设计了运行在此环境下的中断和多任务来实现接收机信号处理、导航解算及显示等功能，最终完成了基于ARM和μC/OS—Ⅱ的GPS接收机软应用件设计。 总之，本文从研究嵌入式系统的软、硬件设计及其应用着手，掌握了嵌入式系统开发的核心技术，研制了基于ARM嵌入式开发平台的GPS接收机。
上传时间： 2013-04-24
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近年来，LED(light emitting diode，发光二极管)电子显示屏作为一种高科技产品日益引起人们的重视。它可以实时显示或循环播放文字、图形和图像信息，具有显示方式丰富、观赏性强、显示内容修改方便、亮度高、显示稳定且寿命长等多种优点，被广泛应用于商业广告、体育比赛、交通信息报导等诸多领域。 LED显示屏的核心技术主要集中在控制器中。目前，大部分异步显示屏采用的是8位或16位的微控制器，由于受到微处理器的处理速度、体系架构、寻址范围、外围接口资源等诸多限制，已难以在要求显示较多像素、显示内容帧频较高、动态显示效果复杂的情况下得到良好的动态视觉效果。 针对以上情况，本文研究开发了一种全新的，由32位高性能ARM微处理器组成的LED显示屏控制系统，就控制平台、硬件结构和软件开发实现给出了驱动部分和控制部分的详细分析与设计。 本文根据LED显示屏在列车车厢和火车、汽车车站旅客导向系统中为应用背景，结合LPC2138的功能特点和LED显示屏的功能需求。详细介绍了显示屏控制系统中包括电源模块、复位模块、RS485通讯电路等主要模块的设计。成功实现了数据扫描、数据发送、数据通讯等LED显示屏所需的功能。 结合控制系统RS485通讯协议和系统显示的要求，分析了LED显示屏通讯和控制系统的软件开发流程。并详细分析了显示屏的静、动态图文显示软件流程结构；系统从上位机接受数据到信息显示的整个软件处理流程。 最后本文分析了LED显示屏控制系统研发中所遇到的几个难点问题，包括：提高RS485总线可靠性和抗干扰问题、系统在频繁更换内容死机的问题、显示内容较多时视觉效果的处理问题，并给出了解决方法。 经过实际测试，本文所述LED显示屏控制系统性能良好，工作稳定可靠，易于维护升级，具有很高的性价比。
上传时间： 2013-05-28
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现场可编程门阵列(FPGA)是近年来迅速发展起来的新型可编程器件。随着它的不断应用和发展，也使电子设计的规模和集成度不断提高。同时也带来了电子系统设计方法和设计思想的不断推陈出新。 随着数字电子技术的发展，数字信号处理的理论和技术广泛的应用于通讯、语音处理、计算机和多媒体等领域。快速傅里叶变换(FFT)作为数字信号处理的核心技术之一，是离散傅里叶变换的运算时间缩短了几个数量级。FFT已经成为现代信号处理的重要理论之一。 该文的目的就是研究如何应用FPGA实现FFT算法，研制具有自己知识产权的FFT信号处理器具有重要的理论意义和实用意义。 设计采用基4算法设计了一个具有实用价值的FFT实时硬件处理器。其中使用了改进的CORDIC流水线结构设计了FFT的蝶型运算单元，将硬件不易于实现、运算缓慢的乘法单元转换成硬件易于实现、运算快捷的加法单元。并根据基4算法的寻址特点设计了简单快速的地址发生器。整体采用流水线的工作方式，并将双端口RAM、只读ROM全部内置在FPGA芯片内部，使整个系统的数据交换和处理速度得以提高。 整个设计利用ALTERA公司提供的QUARTUSⅡ4.0开发软件，采用先进的层次化设计思想，使用一片FPGA芯片完成了整个FFT处理器的电路设计。整体设计经过时序仿真和硬件仿真，运行速度达到100MHz以上。
上传时间： 2013-07-01
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直接数字合成(DDS)技术采用全数字的合成方法，所产生的信号具有频率分辨率高、频率切换速度快、频率切换时相位连续、输出相位噪声低和可以产生任意波形等诸多优点。本文研究的是一种基于DDS/FPGA的多波形信号源系统，其中，DDS技术是其核心技术。DDS可以精确地控制合成信号的三个参量：幅度、相位以及频率，因此利用DDS技术可以合成任意波形。但因其数字化合成的固有特点，使其输出信号中存在大量杂散信号。杂散信号的主要来源是：相位截断带来的杂散信号；幅度量化带来的杂散信号；DAC的非线性特性带来的杂散信号。这些杂散信号严重影响了合成信号的频谱纯度。因此抑制这些杂散信号是提高合成信号谱质的关键。 本文在研究各种抑制DDS杂散技术的基础上，提出了中和加扰技术，这可以在很大程度上减小杂散对DDS输出信号谱质的影响。 EP1S808956C6是一款高性能的FPGA芯片，其超强的数据处理能力十分适合应用于DDS多波形信号源的开发。在QuartusⅡ平台下运用Verilog HDL语言和原理图设计可以很方便地应用各种抑制杂散信号的方法来提高输出信号的谱质。 结合高速DDS技术和FPGA两者的优点，本文设计了一种基于DDS/FPGA的多波形信号源，它能完成正弦波、余弦波、三角波、锯齿波、方波、AM、SSB、FM、2ASK、2FSK、π/4-QDPSK等多种信号。使得所设计的信号源可以适应多种不同的工作环境，给工作带了方便。
上传时间： 2013-07-27
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低密度校验码（LDPC，Low Density Parity Check Code）是一种性能接近香农极限的信道编码，已被广泛地采用到各种无线通信领域标准中，包括我国的数字电视地面传输标准、欧洲第二代卫星数字视频广播标准（DVB-S2，Digital Video Broadcasting-Satellite 2）、IEEE 802.11n、IEEE 802.16e等。它是3G乃至将来4G通信系统中的核心技术之一。 当今LDPC码构造的主流方向有两个，分别是结合准循环（QC，Quasi Cyclic）移位结构的单次扩展构造和类似重复累积（RA，Repeat Accumulate）码构造。相应地，主要的LDPC码编码算法有基于生成矩阵的算法和基于迭代译码的算法。基于生成矩阵的编码算法吞吐量高，但是需要较多的寄存器和ROM资源；基于迭代译码的编码算法实现简单，但是吞吐量不高，且不容易构造高性能的好码。 本文在研究了上述几种码构造和编码算法之后，结合编译码器综合实现的复杂度考虑，提出了一种切实可行的基于二次扩展（Dex，Duplex Expansion）的QC-LDPC码构造方法，以实现高吞吐量的LDPC码收发端；并且充分利用该类码校验矩阵准循环移位结构的特点，结合RU算法，提出了一种新编码器的设计方案。 基于二次扩展的QC-LDPC码构造方法，是通过对母矩阵先后进行乱序扩展（Pex，Permutation Expansion）和循环移位扩展（CSEx，Cyclic Shift Expansion）实现的。在此基础上，为了实现可变码长、可变码率，一般编译码器需同时支持多个乱序扩展和循环移位扩展的扩展因子。本文所述二次扩展构造方法的特点在于，固定循环移位扩展的扩展因子大小不变，支持多个乱序扩展的扩展因子，使得译码器结构得以精简；构造得到的码字具有近似规则码的结构，便于硬件实现；（伪）随机生成的循环移位系数能够提高码字的误码性能，是对硬件实现和误码性能的一种折中。 新编码器在很大程度上考虑了资源的复用，使得实现复杂度近似与码长成正比。考虑到吞吐量的要求，新编码器结构完全抛弃了RU算法中串行的前向替换（FS，Forward Substitution）模块，同时简化了流水线结构，由原先RU算法的6级降低为4级；为了缩短编码延时，设计时安排每一级流水线计算所需的时钟数大致相同。 这种码字构造和编码联合设计方案具有以下优势：相比RU算法，新方案对可变码长、可变码率的支持更灵活，吞吐量也更大；相比基于生成矩阵的编码算法，新方案节省了50％以上的寄存器和ROM资源，单位资源下的吞吐量更大；相比类似重复累积码结构的基于迭代译码的编码算法，新方案使高性能LDPC码的构造更为方便。以上结果都在Xilinx Virtex II pro 70 FPGA上得到验证。 通过在实验板上实测表明，上述基于二次扩展的QC-LDPC码构造和相应的编码方案能够实现高吞吐量LDPC码收发端，在实际应用中具有很高的价值。 目前，LDPC码正向着非规则、自适应、信源信道及调制联合编码方向发展。跨层联合编码的构造方法，及其对应的编码算法，也必将成为信道编码理论未来的研究重点。
上传时间： 2013-07-26
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现场可编程门阵列(FPGA)是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,它结合了微电子技术、电路技术和EDA(Electronics Design Automation)技术。随着它的广泛应用和快速发展,使设计电路的规模和集成度不断提高,同时也带来了电子系统设计方法和设计思想的不断推陈出新。 随着数字电子技术的发展,数字信号处理的理论和技术广泛的应用于通讯、语音处理、计算机和多媒体等领域。离散傅立叶变换(DFT)作为数字信号处理中的基本运算,发挥着重要作用。而快速傅里叶变换(FFT)算法的提出,使离散傅里叶变换的运算量减小了几个数量级,使得数字信号处理的实现变得更加容易。FFT已经成为现代数字信号处理的核心技术之一,因此对FFT算法及其实现方法的研究具有很强的理论和现实意义。 本文主要研究如何利用FPGA实现FFT算法,研制具有自主知识产权的FFT信号处理器。该设计采用高效基-16算法实现了一种4096点FFT复数浮点运算处理器,其蝶形处理单元的基-16运算核采用两级改进的基-4算法级联实现,仅用8个实数乘法器就可实现基-16蝶形单元所需的8次复数乘法运算,在保持处理速度的优势下,比传统的基-16算法节省了75％的乘法器逻辑资源。 在重点研究处理器蝶形单元设计的基础上,本文完成了整个FFT处理器电路的FPGA设计。首先基于对处理器功能和特点的分析,研究了FFT算法的选取和优化,并完成了处理器体系结构的设计；在此基础上,以提高处理器处理速度和减小硬件资源消耗为重点研究了具体的实现方案,完成了1.2万行RTL代码编程,并在XILINX公司提供的ISE 9.1i集成开发环境中实现了处理器各个模块的RTL设计：随后,以XILINX Spartan-3系列FPGA芯片xc3S1000为硬件平台,完成了整个FFT处理器的电路设计实现。 经过仿真验证,本文所设计的FFT处理器芯片运行速度达到了100MHz,占用的FPGA门数为552806,电路的信噪比可以达到50dB以上,达到了高速高性能的设计要求。
上传时间： 2013-04-24
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《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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正交频分复用（OFDM）是一种无线环境下的高速传输技术，它使用一系列低速子载波并行传输数据，具有抗多径干扰的能力、能以很高的频谱利用率实现高速数据传输等优点。数字音频广播（DAB）系统中采用OFDM调制技术。 本文首先概述了OF'DM的基本原理和实现方法，分析了DAB中不同模式下OFDM调制的参数和特点。实现OFDM的核心技术是快速傅立叶变换（FFT）。本文在分析研究了多种FFT算法的基础上选择了最适合FPGA实现的，满足DAB系统中OFDM调制要求的FFT算法，即将2048点FFT分解为基-4和基-2混合基算法。 本文研究重点是使用FPGA实现2048点复数FFT处理器。2048点FFT由五级基-4运算和一级基-2运算组成。针对这一算法以及FPGA特点，进行系统结构设计、各个模块设计、FPGA实现和测试。一个基-4和基-2复用的蝶形运算模块是整个FFT处理器的核心部分。此外系统还包括：系统控制模块，地址产生模块，RAM和ROM。本文特别针对2048点按频率抽取基-4/2顺序处理的FFT处理器提出了一种巧妙的数据地址和旋转因子地址生成的方法。 仿真和验证表明，运算的结果可以达到一定的精度要求，运算速度满足系统要求，说明该OFDM调制器的设计是可行的，可以应用于DAB系统中
上传时间： 2013-06-05
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