在现代电子系统中，数字化已经成为发展的必然趋势，接收机数字化是电子系统数字化中的一项重要内容，对数字化接收机的研究具有重要的意义。随着数字化理论和微电子技术的迅速发展，高速的中频数字化接收机的实现已经成为可能。本文研究了一种基于FPGA的软件无线电数字接收平台的设计，并着重研究了其中数字中频处理单元的设计和实现。FPGA器件具有设计灵活、开发周期短和开发成本低等优点，所以广泛应用于各种通信系统中。相比于传统的DSP串行结构，FPGA能够进行流水线性设计，对数据进行并行处理，所以FPGA在进行数据量大，要求实时处理的系统设计时有很大的优势。 本文首先首先分析了软件无线电当前的发展趋势及技术现状，针对存在的处理速度跟不上的DSP瓶颈问题，提出了中频软件无线电的FPGA实现方案。本文以FPGA实现为重点，在深入分析软件无线电相关理论的基础上，着重研究和完成了中频软件无线电数字接收平台两大模块的FPGA实现：数字下变频相关模块和数字调制解调模块。其中，在深入研究数字下变频实现结构的基础上，首先对数字下变频模块的数控振荡器(NCO)采用了直接频率合成技术(DDS)实现，其频率分辨率高，灵活，易于实现；高效抽取滤波器组由积分梳状滤波器(CIC)，半带滤波器(HB)，FIR滤波器组成。对积分梳状滤波器(CIC)本文采用了Hogenaur“剪除”理论对内部寄存器的位宽进行改进，极大地节约了资源，提高了运行速率。对FIR滤波器和半带滤波器采用了(DA)分布式算法，它的运行速度只与数据的宽度有关，只有加减法运算和二进制除法，既缩减了系统资源又大大节省了运算时间，实现了高效的实时处理。对数字调制解调模块，重点研究和完成了2ASK和2FSK的调制解调的FPGA实现，模块有很好的通用性，能方便地移植到其它的系统中。在文章的最后还对整个系统进行了Matlab仿真，验证了系统设计思想的正确性。在系统各个关键模块的设计过程中，都是先依据一定的设计指标进行verilog编程，然后再在Quartus软件中编译，时序仿真测试，并与Matlab仿真结果进行对比，验证设计的正确性。
上传时间： 2013-05-18
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数字图像通信的最广泛的应用就是数字电视广播系统，与以往的模拟电视业务相比，数字电视在节省频谱资源、提高节目质量方面带来了一场新的革命，而与此对应的DVB（Digital Video Broadcasting）标准的建立更是加速了数字电视广播系统的大规模应用。DVB标准选定MPEG—2标准作为音频及视频的编码压缩方式，随后对MPEG—2码流进行打包形成TS流（transport stream），进行多个传输流复用，最后通过不同媒介进行传输。在DVB标准的传输系统中，无论是卫星传输，电缆传输还是地面传输，为了保障图像质量，使数字节目在传输过程中避免出现因受到各种信道噪声干扰而出现失真的现象，都采用了信道编码的方式来保护传输数据。信道编码是数字通信系统中一个必需的、重要的环节。 信道编码设计方案的优劣决定了DVB系统的成功与否，本文重点研究了DVB系统中的信道编码算法及其FPGA实现方案，主要进行了如下几项工作： 1）介绍了DVB系统信道编码的基本概念及特点，深入研究了DVB标准中信道编码部分的关键技术，并针对每个信道编码模块进行工作原理分析、算法分析。 2）根据DVB信道编码的特点，重点对信道编码中四个模块，包括扰码、RS编码、卷积交织编码和卷积编码的FPGA硬件实现算法进行了比较详细的分析，并阐述了每个模块及QPSK调制的设计方案及实现模块功能的程序流程。 3）在RS（204，188）编码过程中，利用有限域常数乘法器的特点，对编码器进行了优化，在很大程度上提高了编码效率，卷积交织器部分采用RAM移位法，实现起来更为简单且节省了FPGA器件内部资源。 4）设计以Altera公司的QuartusⅡ为开发平台，利用FPGA芯片EP1C6Q240C8完成了信道编码各模块及QPSK调制的硬件实现，通过Verilog HDL描述和时序仿真来验证算法的可行性，并给出系统设计中减少毛刺的方法，使系统更为稳定。最终的系统仿真结果表明该系统工作稳定，达到了DVB系统信道编码设计的要求。
上传时间： 2013-06-26
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图像显示器是人类接受外部信息的重要手段之一。而立体显示则能再现场景的三维信息，提供场景更为全面、详实的信息，在医学、军事、娱乐具有广泛的应用前景。而现有的3D立体显示设备价格都比较贵，基于此，本人研究了基于SDRAM存储器和FPGA处理器的3D头盔显示设备并且设计出硬件和软件系统。该系统图像效果好，并且价格成本便宜，从而具有更大的实用性。本文完成的主要工作有三点： 1.设计了基于FPGA处理器和SDRAM存储器的3D头盔显示器。该方案有别于现有的基于MCU、DSP和其它处理芯片的方案。本方案能通过线性插值算法把1024×768的分辨率变成800×600的分辨率，并能实现120HZ图像刷新率，采用SDRAM作为高速存储器，并且采用乒乓操作，有别于其它的开关左右眼视频实现立体图像。在本方案中每时每刻都是左右眼视频同时输出，使得使用者感觉不到视频图像有任何闪烁，减轻眼睛疲劳。本方案还实现了图像对比对度调节，液晶前照光调节(调节输出脉冲的占空比)，立体图像源自动识别，还有人性化的操作界面(OSD)功能。 2.完成了该系统的硬件平台设计和软件设计。从便携性角度考虑，尽量减小PCB板面积，给出了它们详细的硬件设计电路图。完成了FPGA系统的设计，包括系统整体分析，各个模块的实现原理和具体实现的方法。完成了单片机对AD9883的配置设计。 3.完成了本方案的各项测试和调试工作，主要包括：数据采集部分测试、数据存储部分测试、FPGA器件工作状态测试、以电脑显示器作为显示器的联机调试和以HX7015A作为显示器的联机调试，并且最终调试通过，各项功能都满足预期设计的要求。实验和分析结果论证了系统设计的合理性和使用价值。 本文的研究与实现工作通过实验和分析得到了验证。结果表明，本文提出的由FPGA和SDRAM组成的3D头盔显示系统完全可以实现高质量的立体视觉效果，从而可以将该廉价的3D头盔显示系统用于我国现代化建设中所需要的领域。
上传时间： 2013-07-16
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焊有元件的印制电路板在线测试是印制电路板生产过程中的一个重要环节，关系着整个电子产品的质量。本文在深入研究国内外印制电路板自动测试技术的基础上，结合当前先进的电子技术，设计出一套高性能，低价位，小体积，便于携带和操作的印制电路板在线测试仪。 本文设计的在线测试仪系统包括控制器电路、信号发生电路、信号采集电路、元件测试电路、USB通信电路和开关矩阵电路等，其中控制器电路是以FPGA可编程控制芯片为核心，负责控制下位机其它所有电路的正常工作，并实现与上位机间的通信。 针对模拟元件的测试，本文首先探讨了对印制电路板上模拟元件测试时的隔离原理，继而详细阐述了电阻、电容（电感）、二极管、三极管、运算放大器等的测试方法，并分别设计了硬件测试电路。因为测试时需向被测元件施加测试激励信号，本文设计并完成了一信号发生电路，可输出幅值可调的直流恒压源信号和直流恒流源信号、幅值和频率都可调的交流信号。 针对数字器件的测试，本文将数字器件分为两种，一种为具有边界扫描功能单元的器件，另一类为非边界扫描器件，并分别对两种类型的数字器件的测试原理和方法进行了详细的描述，在文中给出了相关的硬件测试电路图。 本设计中，所有测试激励信号经测试电路后输出的测试结果都是直流电压信号，所以本文设计了一通用信号采集电路来完成对测试结果的取样。本文还设计了开关矩阵电路，用于将被测印制电路板上的元件接入到测试电路中。对通信电路的设计，本文采用USB通信方式与上位机进行有效的数据交换，并通过USB接口芯片完成了硬件电路的设计。 在软件方面，本文采用NiosⅡ C语言完成所有软件设计，以协助硬件部分来完成对印制电路板的测试工作。 本文已完成各部分电路试验及系统联调，试验证明设计达到了项目预定要求。
上传时间： 2013-08-02
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FPGA作为新一代集成电路的出现，引起了数字电路设计的巨大变革。随着FPGA工艺的不断更新与改善，越来越多的用户与设计公司开始使用FPGA进行系统开发，因此，PFAG的市场需求也越来越高，从而使得FPGA的集成电路板的工艺发展也越来越先进，在如此良性循环下，不久的将来，FPGA可以主领集成电路设计领域。正是由于FPGA有着如此巨大的发展前景与市场吸引力，因此，本文采用FPGA作为电路设计的首选。 @@ 随着FPGA的开发技术日趋简单化、软件化，从面向硬件语言的VHDL、VerilogHDL设计语言，到现在面向对象的System Verilog、SystemC设计语言，硬件设计语言开始向高级语言发展。作为一个软件设计人员，会很容易接受面向对象的语言。现在软件的设计中，算法处理的瓶颈就是速度的问题，如果采用专用的硬件电路，可以解决这个问题，本文在第一章第二节详细介绍了软硬结合的开发优势。另外，在第一章中还介绍了知识产权核心（IP Core）的发展与前景，特别是IP Core中软核的设计与开发，许多FGPA的开发公司开始争夺软核的开发市场。 @@ 数字电路设计中最长遇到的就是通信的问题，而每一种通信方式都有自己的协议规范。在CPU的设计中，由于需要高速的处理速度，因此其内部都是用并行总线进行通信，但是由于集成电路资源的问题，不可能所有的外部设备都要用并行总线进行通信，因此其外部通信就需要进行串行传输。又因为需要连接的外部设备的不同，因此就需要使用不同的串行通信接口。本文主要介绍了小型CPU中常用的三种通信协议，那就是SPI、I2C、UART。除了分别论述了各自的通信原理外，本文还特别介绍了一个小型CPU的内部构造，以及这三个通信协议在CPU中所处的位置。 @@ 在硬件的设计开发中，由于集成电路本身的特殊性，其开发流程也相对的复杂。本文由于篇幅的问题，只对总的开发流程作了简要的介绍，并且将其中最复杂但是又很重要的静态时序分析进行了详细的论述。在通信协议的开发中，需要注意接口的设计、时序的分析、验证环境的搭建等，因此，本文以SPI数据通信协议的设计作为一个开发范例，从协议功能的研究到最后的验证测试，将FPGA 的开发流程与关键技术等以实例的方式进行了详细的论述。在SPI通信协议的开发中，不仅对协议进行了详细的功能分析，而且对架构中的每个模块的设计都进行了详细的论述。@@关键词：FPGA；SPI；I2C；UART；静态时序分析；验证环境
上传时间： 2013-04-24
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随着我国国防现代化建设进程的不断深化，MIL-STD-1553B标准总线已经广泛应用于各种军事应用领域。MIL-STD-1553B标准总线是我国上世纪八十年代引进的一种现代化通讯总线，国内称为GJB289A-97。该总线技术以其高稳定性和使用灵活等特点成为现代航空电子综合系统所广泛采用的通讯总线技术。 1553B总线接口模块作为总线通讯的基本单元，其性能成为影响航电综合系统整体性能的一个关键因素。目前国内关于1553B总线通讯模块的对外接口类型较多，而基于嵌入式处理芯片的接口设计并不多见。嵌入式设备具有体积小、重量轻、实时性强、功耗小、稳定性好以及接口方便等优点。 基于以上考虑，论文中提出了以DSP+FPGA为平台实现MIL-STD-1553B总线的收发控制，通过收发控制器和变压器实现MIL-STD-1553B总线的电气连接。根据项目需求，设计分为硬件和软件两部分完成。在对MIL-STD-1553B总线协议进行详细研究后提出了总体设计方案原理图。再根据方案需求设计各功能模块。使用硬件描述语言VHDL对各功能模块进行逻辑和行为描述，最终实现在FPGA中，使其能够完成1553B数据码的接受、发送、转换和与处理器的信息交换等功能。DSP部分采用的是TI公司的TMS320F2812，使用C语言进行软件的编译，使其实现总体控制和通讯的调度等功能。 该方案经过实际参与1553B总线通讯系统验证实验，证明各项技术指标均达到预定的目标，可以投入实际应用。
上传时间： 2013-04-24
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虚拟仪器技术是以传感器、信号测量与处理、微型计算机等技术为基础而形成的一门综合应用技术。目前虚拟仪器大部分是基于PC机，利用PCI等总线技术传输数据，数据卡插拔不便，便携性差。随着嵌入式技术的飞速发展，嵌入式系统平台已经应用到各个领域，而市场上的嵌入式虚拟仪器系统还相当少，各种研究工作才刚刚起步，各种高性能的虚拟仪器和处理系统在现代工业控制和科学研究中已成为必不可少的部分。因此在我国开发具有较高性能、接口灵活、功能多样化、低成本的虚拟仪器装置势在必行。 针对目前虚拟仪器系统发展趋势和特点，采用FPGA技术，进行一种支持多种平台的高速虚拟仪器系统的设计与研究，并针对高速虚拟仪器系统中的一些技术难点提出解决方案。首先进行了系统的总体设计，确定了采用FPGA作为系统的控制核心，并选取了Labview作为PC平台应用程序开发工具，利用USB2.0接口来进行数据传输；同时选取嵌入式处理器S3C2410以及WinCE作为嵌入式系统硬软件平台。随后进行了各个具体模块的设计，在硬件方面，分别设计了前端处理电路，ADC电路以及USB接口电路。在软件方面，进行了FPGA控制程序的设计工作，实现了对各个模块和接口电路的控制功能。在上层应用程序的设计方面，设计了Labview应用程序，实现了波形显示和频谱分析等仪器功能，人机界面良好。在嵌入式平台上面，进行了WinCE下GPIO驱动程序设计，并在上层应用程序中调用驱动来进行数据的读取。为了解决高速ADC与数据缓存器的速度不匹配的问题，提出利用多体交叉式存储器结构的设计方案，并在FPGA内对控制程序进行了设计，对其时序进行了仿真。 最后对系统进行了联合调试工作，利用上层软件对输入波形进行采集。根据调试结果看，该系统对输入信号进行了较好的采样和存储，还原了波形，达到了预期效果。课题研究并且对设计出一种支持多平台的新型虚拟仪器系统，具有性能好、使用灵活，节省成本等特点，具有较高的研究价值和现实意义。
上传时间： 2013-04-24
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工业生产过程往往具有非线性、不确定性，难以建立精确的数学模型。应用常规的PID控制器难以达到理想的控制效果。作为的重要分支，人工神经网络具有良好的非线性映射能力和高度的并行信息处理能力，已成为非线性系统建模、辨识和控制中常用的理论和方法。其中，神经元具有很强的信息综合、学习记忆、自学习和自适应能力，可以处理那些难以用模型和规则描述的过程，将神经元与PID结合，应用到实际的控制中，可以在线调整PID的参数，使系统具有较强的抗干扰能力、自适应能力和较好的鲁棒性。 目前，人工神经网络的研究主要是神经网络的理论研究、神经网络的应用研究和神经网络的实现技术研究，这三方面是相互依赖和相互促进的关系。本文主要侧重的是神经网络的实现技术研究方面，创新性地利用FPGA嵌入式系统开发技术实现单神经元PID智能控制器的研究与设计，并将其封装成为一个专用的IP核供其他的控制系统使用。 首先，对单神经元PID智能控制器的设计原理和设计算法进行了深入的研究与分析；其次，利用MATLAB设计单神经元PID智能控制器，针对特定的被控对象，对其进行仿真实验，获得比较理想的系统输出；然后，研究基于FPGA的单神经元智能控制算法的实现，对控制器进行VHDL语言分层设计，使用Altera公司的软件QuartusⅡ6.1进行仿真实验。两个仿真实验结果表明，基于FPGA的单神经元智能控制器比MATLAB设计的单神经元PID智能控制器性能优良。 本文的设计模块主要包括权值修改模块、误差计算模块、权值产生模块和输出模块。在各个模块的设计中进行了优化处理，使本文的设计不仅利用的硬件资源少，而且也有很快的运行速度，同时也改善了传统控制器的控制性能。
上传时间： 2013-04-24
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随着数码技术的不断发展，数字图像处理的应用领域不断扩大，其实时处理技术成为研究的热点。VLSI技术的迅猛发展为数字图像实时处理技术提供了硬件基础。其中FPGA(现场可编程门阵列)的特点使其非常适用于进行一些基于像素级的图像处理。 传统的图像显示系统必须连接到PC才能观察图像视频，存在着高速实时性、稳定性问题。本设计脱离高清晰工业相机必须与PC连接才可以观看到高清晰图像的束缚，实现系统的小型化。针对130万像素彩色1/2英寸镁光CMOS图像传感器，提出用硬件实现Bayer格式到RGB格式转换的设计方案，完成由黑白图像到高清彩色图像的转换，用SDRAM作缓存，输出标准VGA信号，可直接连接VGA显示器、投影仪等设备进行实时的视频图像观看，与模拟相机740X576分辨率(480线)图像相比，设计图像画质相当于1280X1024分辨率(750线)，最高帧率25fps，整个结构应用FPGA作为主控制器，用少量的缓存代替传统的大容量存储，加快了运算速率，减小了电路规模，满足图像实时处理的要求，使展现出来的视频图像得到质的飞跃。可以广泛应用于工业控制和远程监控等领域。 论文研究的重点是采用altera公司EP2C芯片前端驱动CMOS图像传感器，实时采集Bayer图像象素，分析研究CFA图像插值算法，实现了基于FPGA的实时线性插值算法，能够对输入是每像素8bit、分辨率为1280×1204的Bayer模式图像数据进行实时重构，输出彩色RGB图像。由端口FIFO作为数据缓冲，存储一帧图像到高速SDRAM，构建VGA显示控制器，实现对输入是每像素24bit(RGB101010)、分辨率为640×480、帧频25HZ彩色图像进行实时显示。 整个模块结构包括电源模块单元等、CMOS成像单元、FPGA数据处理单元、SDRAM控制单元、VGA显示接口单元。 最后，对系统进行了调试。经实验验证，系统达到了实时性，能正确和可靠的工作。整个设计模块能够满足高帧率和高清晰的实时图像处理，占用系统资源很少，用较少的时间完成了图像数据的转换，提高了效率。
上传时间： 2013-06-08
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本研究针对目标识别等系统中由于载机转动而使目标图像发生旋转，给测量及人眼观察带来的影响，因此需要对目标图像进行实时的反旋转处理，对目前出现的消像旋技术进行分析和比较，选择从电子学消旋方法出发，研究图像消像旋的方法，并给出了基于FPGA的实时消像旋系统的完整结构和相应的算法设计。 本文在对电子图像消旋原理的深入分析的基础上，设计并利用Visual C++6.0软件仿真实现了一种优化的快速旋转算法，再利用后插值处理保证了图像的质量；构建了以ACEX EP1K100为核心的数字图像实时消像旋系统，利用VHDL硬件描述语言实现了整个消像旋算法的FPGA设计。该系统利用高速相机和Camera Link接口传输图像，提高了系统的运行速度。利用QuartusII和Matlab软件对整个算法设计进行混合仿真实验。实验结果表明，该系统能够成功地对采集到的灰度图像进行消像旋处理，旋转后的图像清晰稳定，像素误差小于一个像素，而且对于视频信号只有一帧的延时不到20ms，达到系统参数要求。
上传时间： 2013-07-04
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