DFT(Discrete Fourier Transformation)是数字信号分析与处理如图形、语音及图像等领域的重要变换工具,直接计算DFT的计算量与变换区间长度N的平方成正比.当N较大时,因计算量太大,直接用DFT算法进行谱分析和喜好的实时处理是不切实际的.快速傅里叶变换(Fast Fourier Transformation,简称FFT)使DFT运算效率提高1~2个数量级.本文的目的就是研究如何应用FPGA这种大规模可编程逻辑器件实现FFT的算法.本设计主要采用先进的基-4DIT算法研制一个具有实用价值的FFT实时硬件处理器.在FFT实时硬件处理器的设计实现过程中,利用递归结构以及成组浮点制运算方式,解决了蝶形计算、数据传输和存储操作协调一致问题.合理地解决了位增长问题.同时,采用并行高密度乘法器和流水线(pipeline)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很大提高,实际合理地解决了资源和速度之间相互制约的问题.本设计采用Verilog HDL硬件描述语言进行设计,由于在设计中采用Xilinx公司提供的称为Core的IP功能块极大地提高了设计效率.
上传时间： 2013-06-20
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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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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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人脸识别技术继指纹识别、虹膜识别以及声音识别等生物识别技术之后，以其独特的方便、经济及准确性而越来越受到世人的瞩目。作为人脸识别系统的重要环节—人脸检测，随着研究的深入和应用的扩大，在视频会议、图像检索、出入口控制以及智能人机交互等领域有着重要的应用前景，发展速度异常迅猛。 FPGA的制造技术不断发展，它的功能、应用和可靠性逐渐增加，在各个行业也显现出自身的优势。FPGA允许用户根据自己的需要来建立自己的模块，为用户的升级和改进留下广阔的空间。并且速度更高，密度也更大，其设计方法的灵活性降低了整个系统的开发成本，FPGA 设计成为电子自动化设计行业不可缺少的方法。 本文从人脸检测算法入手，总结基于FPGA上的嵌入式系统设计方法，使用IBM的Coreconnect挂接自定义模块技术。经过训练分类器、定点化、以及硬件加速等方法后，能够使人脸检测系统在基于Xilinx的Virtex II Pro开发板上平台上，达到实时的检测效果。本文工作和成果可以具体描述如下： 1. 算法分析：对于人脸检测算法，首先确保的是检测率的准确性程度。本文所采用的是基于Paul Viola和Michael J.Jones提出的一种基于Adaboost算法的人脸检测方法。算法中较多的是积分图的特征值计算，这便于进一步的硬件设计。同时对检测算法进行耗时分析确定运行速度的瓶颈。 2. 软硬件功能划分：这一步考虑市场可以提供的资源状况，又要考虑系统成本、开发时间等诸多因素。Xilinx公司提供的Virtex II Pro开发板，在上面有可以供利用的Power PC处理器、可扩展的存储器、I/O接口、总线及数据通道等，通过分析可以对算法进行细致的划分，实现需要加速的模块。 3. 定点化：在Adaboost算法中，需要进行大量的浮点计算。这里采用的方法是直接对数据位进行操作它提取指数和尾数，然后对尾数执行移位操作。 4. 改进检测用的级联分类器的训练，提出可以迅速提高分类能力、特征数量大大减小的一种训练方法。 5. 最后对系统的整体进行了验证。实验表明，在视频输入输出接入的同时，人脸检测能够达到17fps的检测速度，并且获得了很好的检测率以及较低的误检率。
上传时间： 2013-04-24
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正交频分复用(OFDM)技术是一种多载波数字调制技术，具有频谱利用率高、抗多径干扰能力强、成本低等特点，适合无线通信的高速化、宽带化及移动化的需求，将成为下一代无线通信系统(4G)的核心调制传输技术。 本文首先描述了OFDM技术的基本原理。对OFDM的调制解调以及其中涉及的特性和关键技术等做了理论上的分析，指出了OFDM区别于其他调制技术的巨大优势；然后针对OFDM中的信道估计技术，深入分析了基于FFT级联的信道估计理论和基于联合最大似然函数的半盲分组估计理论，在此基础上详细研究描述了用于OFDM系统的迭代的最大似然估计算法，并利用Matlab做了相应的仿真比较，验证了它们的有效性。 而后，在Matlab中应用Simulink工具构建OFDM系统仿真平台。在此平台上，对OFDM系统在多径衰落、高斯白噪声等多种不同的模型参数下进行了仿真，并给出了数据曲线，通过分析结果可正确评价OFDM系统在多个方面的性能。 在综合了OFDM的系统架构和仿真分析之后，设计并实现了基于FPGA的OFDM调制解调系统。首先根据802.16协议和OFDM系统的具体要求，设定了合理的参数；然后从调制器和解调器的具体组成模块入手，对串/并转换，QPSK映射，过采样处理，插入导频，添加循环前缀，IFFT/FFT，帧同步检测等各个模块进行硬件设计，详细介绍了各个模块的设计和实现过程，并给出了相应的仿真波形和参数说明。其中，针对定点运算的局限性，为系统设计并自定义了24位的浮点运算格式，参与傅立叶反变换和傅立叶变换的运算，在系统参数允许的范围内，充分利用了有限资源，提高了系统运算精度；然后重点描述了基于FPGA的快速傅立叶变换算法的改进、优化和设计实现，针对原始快速傅立叶变换FPGA实现算法运算空闲时间过多，资源占用较大的问题，提出了带有流水作业功能、资源占用较少的快速傅立叶变换优化算法设计方案，使之运用于OFDM基带处理系统当中并加以实现，结果满足系统参数的需求。最后以理论分析为依据，对整个OFDM的基带处理系统进行了系统调试与性能分析，证明了设计的可行性。 综上所述，本文完成了一个基于FPGA的OFDM基带处理系统的设计、仿真和实现。本设计为OFDM通信系统的进一步改进提供了大量有用的数据。
上传时间： 2013-04-24
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随着各种非线性电力电子设备的大量应用，电网中的谐波污染日益严重。为了保证电力系统的安全经济运行，保证电气设备和用电人员的安全，治理电磁环境污染、维护绿色环境，研究实时、准确的电力谐波分析系统，对电网中的谐波进行实时检测、分析和监控，都具有重要的理论和工程实际意义。 目前实际应用的电力谐波分析系统大多是以单片机为核心组成。单片机运行速度慢，实时性较差，不能满足实际应用中对系统实时性越来越高的要求。另外，单片机的地址线和数据线位数较少，这使得由单片机构成的电力谐波分析系统外围电路庞大，系统的可靠性和可维护性上都大打折扣。 本文首先研究了电力谐波的产生，危害及国内外研究现状，对电力谐波检测中常用的各种算法进行分析和比较；然后介绍了FPGA芯片的特性和SOPC系统的特点，并分析比较了传统测量谐波装置和基于FPGA的新型谐波测量仪器的特性。综述了可编程元器件的发展过程、主要工艺发展及目前的应用情况。 然后，对整个谐波处理器系统的框架及结构进行描述，包括系统的功能结构分配，外围硬件电路的结构及软件设计流程。其后，针对系统外围硬件电路、FFTIP核设计和SOPC系统的组建，进行详细的分析与设计。系统采用NiosⅡ处理器核和FFT运算协处理器相结合的结构。FFT运算用专门的FFT运算协处理器核完成，使得系统克服的单片机系统实时性差和速度慢的缺点。FFTIP核采用现在ASIC领域的一种主流硬件描述语言VHDL进行编写，采用顺序的处理结构和IEEE浮点标准运算，具有系统简单、占用硬件资源少和高运算精度的优点。谐波分析仪系统组建采用SOPC系统。SOPC系统具有可对硬件剪裁和添加的特点，使得系统的更简单，应用面更广，专用性更强的优点。最后，给出了对系统中各模块进行仿真及系统生成的结果。
上传时间： 2013-04-24
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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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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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·内容简介：以数字信号处理器(DSP)为核心的实时数字信号处理技术正在迅猛发展，各种类型的DSP分别适应了不同领域的应用要求。本书根据当今最新的DSP和外围器件技术水平，着重介绍了国内外最常用的4种定点和浮点DSP的原理和应用；全面介绍了DSP的结构特点、指令体系、软件编程、硬件设计和软硬件调试方法；结合具体实例讲述了如何针对不同应用场合，设计DSP的软硬件。 &n
上传时间： 2013-04-24
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·以高速数字信号处理器(DSPs)为基础的实时数字信号处理技术正在迅速发展，并得到广泛应用。TMS320C6000是TI公司1997年推出的DSPs产品，其定点产品峰值处理能力为2400MIPS，浮点产品峰值处理能力为1GFLOPS。本书介绍了C6000的芯片结构、特点、软件编程、硬件设计等内容，并对在C6000系统设计中出现的主要问题和解决方法进行了总结。本书的读者对象是各领域内从事信号处理的科研
上传时间： 2013-04-24
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