数据采集处理技术是现代信号处理的基础，广泛应用于雷达、声纳、软件无线电、瞬态信号测试等领域。随着信息科学的飞速发展，人们面临的信号处理任务越来越繁重，对数据采集处理系统的要求也越来越高。近年来FPGA由于其设计灵活性、更强的适应性及可重构性，结合SDRAM的高速、大容量、价格优势，在设计高速实时数据采集系统时受到了广泛的关注。 本课题重点研究了基于FPGA与DDR2-SDRAM的高速实时数据采集系统的设计与实现技术，为需要大容量存储器的系统设计提供了新的思路。在深入研究了DDR2-SDRAM器件的基本构造与工作原理的基础上，结合成熟的商业化IP核，提出了基于FPGA与DDR2-SDRAM的高速实时数据采集系统的设计方案，并从总体设计构想到各逻辑细节实现都进行了详细描述。根据DDR2-SDRAM的特点，选择合适的内存调度方案，采用Verilog HDL语言设计实现了该高速实时数据采集系统，并对系统功能进行验证与分析，结果表明本设计完全能够满足系统的性能指标。
上传时间： 2013-06-24
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内部存储器负责计算机系统内部数据的中转、存储与读取，作为计算机系统中必不可少的三大件之一，它对计算机系统性能至关重要。内存可以说是CPU处理数据的“大仓库”，所有经过CPU处理的指令和数据都要经过内存传递到电脑其他配件上，因此内存性能的好坏，直接影响到系统的稳定性和运行性能。在当今的电子系统设计中，内存被使用得越来越多，并且对内存的要求越来越高。既要求内存读写速度尽可能的快、容量尽可能的大，同时由于竞争的加剧以及利润率的下降，人们希望在保持、甚至提高系统性能的同时也能降低内存产品的成本。面对这种趋势，设计和实现大容量高速读写的内存显得尤为重要。因此，近年来内存产品正经历着从小容量到大容量、从低速到高速的不断变化，从技术上也就有了从DRAM到SDRAM，再到DDR SDRAM及DDR2 SDRAM等的不断演进。和普通SDRAM的接口设计相比，DDR2 SDRAM存储器在获得大容量和高速率的同时，对存储器的接口设计也提出了更高的要求，其接口设计复杂度也大幅增加。一方面，由于I/O块中的资源是有限的，数据多路分解和时钟转换逻辑必须在FPGA核心逻辑中实现，设计者可能不得不对接口逻辑进行手工布线以确保临界时序。而另一方面，不得不处理好与DDR2接口有关的时序问题（包括温度和电压补偿）。要正确的实现DDR2接口需要非常细致的工作，并在提供设计灵活性的同时确保系统性能和可靠性。 本文对通过Xilinx的Spartan3 FPGA实现DDR2内存接口的设计与实现进行了详细阐述。通过Xilinx FPGA提供了I/O模块和逻辑资源，从而使接口设计变得更简单、更可靠。本设计中对I/O模块及其他逻辑在RTL代码中进行了配置、严整、执行，并正确连接到FPGA上，经过仔细仿真，然后在硬件中验证，以确保存储器接口系统的可靠性。
上传时间： 2013-06-08
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软件无线电(Software Radio)具有高度灵活性、开放性，很容易实现与现有和未来多种电台的兼容，能最大限度的满足了互联互通的要求。而基于多相滤波器组的信道化软件无线电接收技术以其固有的全概率接收、降采样速率以及其大幅提高运算速率的能力越来越受到重视。本文主要研究了基于现场可编程门阵列(FPGA)的软件无线电信道化中频接收技术设计与实现。 首先介绍了软件无线电的基本概念以及其发展状况，深入讨论了软件无线电的基本理论，主要介绍了设计中所用到的带通采样技术、信号的抽取技术与多相滤波技术。 然后简要介绍了信道化中频接收机的射频(Radio Frequency，RF)前端接收技术，设置宽中频超外差接收机射频前端的设计指标，给出了改进的实信号滤波器组低通型实现结构，并依此推导和建立了实信号多相滤波器组信道化中频接收机的数学模型。 最后基于EP1S80开发平台实现了实信号多相滤波器组信道化的中频接收机。给出了多相滤波器、抽取运算、FFT运算、信道划分以及复乘运算的设计方案。仿真结果表明，该接收机能够实现对中频信号的正确接收，验证了系统设计的可行性。
上传时间： 2013-06-12
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本文针对目前国内外基于FPGA实现模糊控制器的理论、EDA软件工具的使用以及FPGA 技术的发展，对模糊控制器的设计作了有益的探索，并达到了预期的实验效果。文章综述了模糊控制理论的产生、发展、应用现状以及今后的发展方向；介绍了模糊逻辑、模糊控制的基本原理和模糊控制器的结构；阐述了常规模糊控制器的设计过程。文章介绍了运用 VHDL语言进行模糊控制器的设计过程。对模糊控制过程中隶属度函数的存储采用了分段存储法，其设计方法简单，提高了运算速度和运算精度。采用了“最大－最小”函数法简化了模糊控制规则的推理过程。运用“倒数相乘法”实现除法器的设计，能够实现任意数的除法运算，且精度较高。并以模糊空调温度控制器为例进行了理论说明和模糊设计，并给出了相应的VHDL代码。整体设计及其各个模块都在ALTERA公司的EDA 工具Quartus Ⅱ和Modelsim SE平台上进行了逻辑综合及功能时序仿真，综合与仿真的结果表明，基于FPGA的模糊控制器芯片消耗较少的硬件资源，达到了较高的设计性能，在速度和资源利用率方面均达到了较优的状态，通过在 FPGA开发板上的验证与测试，测试结果表明，所设计的模糊控制器可满足实时模糊控制的要求。关键词：模糊逻辑 模糊控制器 VHDL FPGA
上传时间： 2013-04-24
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激光打标是一种利用高能量的激光束在打标物体表面刻下永久性标识的技术。与传统的压刻等方法相比，激光打标具有速度快、无污染、质量高、性能稳定、不接触物体表面等优点。激光打标是目前工业产品标记的先进技术，是一种高效的标记方法。传统的基于ISA总线、PCI总线或者USB总线的激光打标控制器增加了激光打标机的成本和体积。本文提出一种基于ARM+FPGA架构的嵌入式系统方案，主要的研究工作如下：首先，介绍了激光打标系统的组成，激光打标技术的发展现状和激光打标机的原理。根据激光打标控制系统的功能要求和性能要求，提出了ARM+FPGA的总体设计，并简要讨论了ARM和FPGA的特点和优势。ARM处理器的主要功能是完成打标内容的输入和变换处理，打标机参数的设置和控制打标。FPGA的作用是接收、存储和转换打标数据，然后产生控制信号去控制激光打标设备。然后，详细讨论了激光打标机控制器的硬件电路设计，包括ARM控制单元电路、FPGA控制单元电路和数模转换模块等。为了使控制器能够长时间可靠稳定地工作，还采取了隔离技术等许多抗干扰措施。完成了 FPGA中各个模块的程序设计，利用Quartus Ⅱ软件进行了仿真验证，调试了控制器的功能。本文所设计的嵌入式激光打标控制器发挥了ARM和FPGA各自的优势。经过在实际打标系统中的测试，证明本次设计的激光打标机控制器实现了预期的功能，取得了满意的打标效果。关键词：ARM，FPGA，激光打标，FIFO，CO2激光器，扫描振镜系统
上传时间： 2013-04-24
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本文针对应用于军用直升机上的Doppler/SINS组合导航系统对导航计算机高精度、高性能的要求，设计出一种基于DSP(TMS320C6713)和FPGA(Spartan-3E XC3S500E) 协同合作的机载导航计算机系统。在分析Doppler/SINS组合导航系统模型的特点和系统对导航计算机的需求后，提出了基于DSP和FPGA的机载导航计算机整体设计方案，该方案采用DSP负责导航解算，利用FPGA强大的内部资源扩展系统的通信接口，完成外围通信模块控制信号的整合。在导航计算机整体设计方案，包括硬件设计方案和软件设计方案确立的基础上，首先对 DSP和FPGA芯片进行选型，其次对实现各个功能模块的关键技术进行研究和开发，包括基于FPGA的数据通信模块、基于DSP的处理器模块以及数据存储模块，开发过程中做了大量的仿真和验证，最后对系统进行综合测试和联调，并进行了地面跑车实验。实验结果证明：系统能够实时采集IMU角速率和加速度、Doppler雷达的速度等信息，能够对IMU、Doppler、GPS、航姿系统、高度表等信息进行导航解算，生成当前位置、姿态等导航数据，并能够完成与机载电子设备间的数据通信与控制。多次的联调和跑车实验结果证明，机载导航计算机达到了预期设计的目的，可以有效提高导航系统的运算精度，实现了高性能、小体积、低成本的要求，系统具有较高的应用价值。关键词：Doppler/SINS组合导航，导航计算机，DSP,FPGA
上传时间： 2013-07-25
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信号与信息处理是信息科学中近几年来发展最为迅速的学科之一,随着片上系统(SOC,System On Chip)时代的到来,FPGA正处于革命性数字信号处理的前沿。基于FPGA的设计可以在系统可再编程及在系统调试,具有吞吐量高,能够更好地防止授权复制、元器件和开发成本进一步降低、开发时间也大大缩短等优点。然而,FPGA器件是基于SRAM结构的编程工艺,掉电后编程信息立即丢失,每次加电时,配置数据都必须重新下载,并且器件支持多种配置方式,所以研究FPGA器件的配置方案在FPGA系统设计中具有极其重要的价值,这也给用于可编程逻辑器件编程的配置接口电路和实验开发设备提出了更高的要求。 本论文基于IEEE1149.1标准和USB2.0技术,完成了FPGA配置接口电路及实验开发板的设计与实现。作者在充分理解IEEE1149.1标准和USB技术原理的基础上,针对Altcra公司专用的USB数据配置电缆USB-Blaster,对其内部工作原理及工作时序进行测试与详细分析,完成了基于USB配置接口的FPGA芯片开发实验电路的完整软硬件设计及功能时序仿真。作者最后进行了软硬件调试,完成测试与验证,实现了对Altera系列PLD的配置功能及实验开发板的功能。 本文讨论的USB下载接口电路被验证能在Altera的QuartusII开发环境下直接使用,无须在主机端另行设计通信软件,其兼容性较现有设计有所提高。由于PLD(Programmable Logic Device)厂商对其知识产权严格保密,使得基于USB接口的配置电路应用受到很大限制,同时也加大了自行对其进行开发设计的难度。 与传统的基于PC并口的下载接口电路相比,本设计的基于USB下载接口电路及FPGA实验开发板具有更高的编程下载速率、支持热插拔、体积小、便于携带、降低对PC硬件伤害,且具备其它下载接口电路不具备的SignalTapII嵌入式逻辑分析仪和调试NiosII嵌入式软核处理器等明显优势。从成本来看,本设计的USB配置接口电路及FPGA实验开发板与其同类产品相比有较强的竞争力。
上传时间： 2013-06-07
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本文将高效数字调制方式QAM和软件无线电技术相结合，在大规模可编程逻辑器件FPGA上对16QAM算法实现。在当今频谱资源日趋紧缺的情况下有很大现实意义。 论文对16QAM软件实现的基础理论，带通采样理论、变速率数字信号处理相关抽取内插技术做了推导和分析；深入研究了软件无线电核心技术数字下变频原理和其实现结构；对CIC、半带等高效数字滤波器原理结构和性能作了研究；16QAM调制和解调系统设计采用自项向下设计思想；采用硬件描述语言VerilogHDL在EDA工具QuartusII环境下实现代码输入；对系统调试采用了算法仿真和在系统实测调试相结合方法。 论文首先对16QAM调制解调算法进行系统级仿真，并对实现的各模块的可行性仿真验证，在此基础上，完成了调制端16QAM信号的时钟分频模块、串并转换模块、星座映射、8倍零值内插、低通滤波以及FPGA和AD9857接口等模块；解调器主要完成带通采样、16倍CIC抽取滤波，升余弦滚降滤波，以及16QAM解码等模块，实现了16QAM调制器；给出了中频信号时域测试波形和频谱图。本系统在200KHz带宽下实现了512Kbps的高速数据数率传输。论文还对增强型数字锁相环EPLL的实现结构进行了研究和性能分析。
上传时间： 2013-07-29
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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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H.264视频编解码标准以其高压缩比、高图像质量、良好的网络适应性等优点在数字电视广播、网络视频流媒体传输、视频实时通信等许多方面得到了广泛应用。提高H.264帧内预测的速度，对于实时性要求较高的场合具有重大的意义。为此，论文在总结国内外相关研究的基础上，针对H.264帧内预测的软件实现具有运算量大、实时性差等缺点，提出了一种基于FPGA的高并行、多流水线结构的帧内预测算法的硬件实现。 论文在详细阐述H.264帧内预测编码技术的基础上，分析了17种预测模式算法，通过Matlab仿真建模，直观地给出了预测模式的预测效果，并在JM12.2官方验证平台上测试比较各种预测模式对编码性能的影响，以此为根据对帧内预测模式进行裁剪。接着论文提出了基于FPGA的帧内预测系统的设计方案，将前段采集剑的RGB图像通过色度转换模块转换成YCbCr图像，存入片外SDRAM中，控制模块负责读写数掘送入帧内预测模块进行处理。帧内预测模块中，采用一种并行结构的可配置处理单元，即先求和再移位最后限幅的电路结构，来计算各预测模式下的预测值，极大地减小了预测电路的复杂度。针对预测模式选择算法，论文采用多模式并行运算的方法，即多个结构相同的残差计算模块，同时计算各种预测模式对应的SATD值，充分发挥FPGA高速并行处理的能力。其中Hadamard变换使用行列分离的变换方法，采用蝶形快速变换、流水线设计提高硬件的工作效率。最后，论文设计了LCD显示模块直观地显示所得到的最佳预测模式。 整个帧内预测系统被划分成多个功能模块，采用层次化、模块化的设计思想，并采用流水线结构和乒乓操作来提高系统的并行性、运行速度和总线利用率。所有模块用Verilog语言设计，由Modelsim仿真和集成开发环境ISE9.1综合。仿真与综合结果表明，系统时钟频率最高达到106.7MHz。该设计在完成功能的基础上，能够较好地满足实时性要求。论文对于研究基于FPGA的H.264视频压缩编码系统进行了有益的探索，具有一定的实用价值。
上传时间： 2013-07-21
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