热释电红外测温仪是一种利用物体热释电效应而制成的新型红外测温仪器,它以黑体辐射定律作为理论基础,是光学理论和微电子学综合发展的产物。与传统的测温方式相比,具有响应时间短、非接触、不干扰被测温场、使用寿命长、操作方便等一系列优点。 本文详细介绍了热释电红外测温仪测温的基本原理和实现方法,以热释电红外测温仪现阶段的技术作为参考,提出并研制了一种基于ARM内核的高性能的嵌入式微处理器的热释电红外测温系统。详细介绍了该系统的构成和实现方式,给出了硬件原理图和软件的设计流程图。文中还对影响热释电红外测温仪测温精度的因素和软硬件的相关设计做了详细的分析,并采取了相应措施,本文主要做了以下工作: 阐述了红外测温仪的发展现状和分类,并指出了本文的研究意义:阐述了热释电红外测温仪的原理,并对目前红外测温仪的几种方案的优缺点进行了详细的介绍:对ARM核微处理器作了详细的介绍,并对本文用到的ARM核芯片LPC2132的功能特点和结构做了详细的介绍;详细分析了系统的功能要求,提出了总体设计方案,并在此基础上进行了系统的硬件设计,对每个部分所完成的功能和设计思路作了说明;介绍了系统的软件设计,以流程图的方式介绍了各个功能的具体实现;对影响红外测温仪的测温误差的因素进行了分析,对系统中出现的软硬件干扰问题做了相应的抗干扰措施;为本文研究的主要结论,对系统的进一步的研究工作进行了展望。
上传时间: 2013-07-06
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本文从AES的算法原理和基于ARM核嵌入式系统的开发着手,研究了AES算法的设计原则、数学知识、整体结构、算法描述以及AES存住的优点利局限性。 针对ARM核的体系结构及特点,对AES算法进行了优化设计,提出了从AES算法本身和其结构两个方面进行优化的方法,在算法本身优化方面是把加密模块中的字节替换运算、列混合运算和解密模块中的逆列混合运算中原来的复杂的运算分别转换为简单的循环移位、乘和异或运算。在算法结构优化方面是在输入输山接口上采用了4个32位的寄存器对128bits数据进行了并行输入并行输出的优化设计;在密钥扩展上的优化设计是采用内部扩展,即在进行每一轮的运算过程的同时算出下一轮的密钥,并把下一轮的密钥暂存在SRAM里,使得密钥扩展与加/解密运算并行执行;加密和解密优化设计是将轮函数查表操作中的四个操作表查询工作合并成一个操作表查询工作,同时为了使加密代码在解密代码中可重用,节省硬件资源,在解密过程中采用了与加密相一致的过程顺序。 根据上述的优化设计,基于ARM核嵌入式系统的ADS开发环境,提出了AES实现的软硬件方案、AES加密模块和解密模块的实现方案以及测试方案,总结了基于ARM下的高效编程技巧及混合接口规则,在集成开发环境下对算法进行了实现,分别得出了初始密钥为128bits、192bits和256bits下的加密与解密的结果,并得剑了正确验证。在性能测试的过程中应用编译器的优化选项和其它优化技巧优化了算法,使算法具有较高的加密速度。
上传时间: 2013-04-24
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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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在机器人学的研究领域中,如何有效地提高机器人控制系统的控制性能始终是研究学者十分关注的一个重要内容。在分析了工业机器人的发展历程和机器人控制系统的研究现状后,本论文的主要目标是针对四关节实验室机器人特有的机械结构和数学模型,建立一个新型全数字的基于DSP和FPGA的机器人位置伺服控制系统的软、硬件平台,实现对四关节实验室机器人的精确控制。 本论文从实际情况出发,首先分析了所研究的四关节实验室机器人的本体结构,并对其抽象简化得到了它的运动学数学模型。在明确了实现机器人精确位置伺服控制的控制原理后,我们对机器人控制系统的诸多可行性方案进行了充分论证,并最终决定采用了三级CPU控制的控制体系结构:第一级CPU为上位计算机,它实现对机器人的系统管理、协调控制以及完成机器人实时轨迹规划等控制算法的运算;第二级CPU为高性能的DSP处理器,它辅之以具有高速并行处理能力的FPGA芯片,实现了对机器人多个关节的高速并行驱动;第三级CPU为交流伺服驱动处理器,它实现了机器人关节伺服电机的精确三闭环误差驱动控制,以及电机的故障诊断和自动保护等功能。此外,我们采用比普通UART速度快得多的USB来实现上位计算机.与下位控制器之间的数据通信,这样既保证了两者之间连接方便,又有效的提高了控制系统的通信速度和可靠性。 机器人系统的软件设计包括两个部分:一是采用VC++实现的上位监控软件系统,它主要负责机器人实时轨迹规划等控制算法的运算,同时完成用户与机器人系统之间的信息交互;二是采用C语言实现的下位DSP控制程序,它主要负责接收上位监控系统或者下位控制箱发送的控制信号,实现对机器人的实时驱动,同时还能够实时的向上位监控系统或者下位控制箱反馈机器人的当前状态信息。 研究开发出来的四关节实验室机器人控制器具有控制实时性好、定位精度高、运行稳定可靠的特点,它允许用户通过上位控制计算机实现对机器人的各种设定作业的控制,也可以让用户通过机器人控制箱现场对机器人进行回零、示教等各项操作。
上传时间: 2013-04-24
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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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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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如今IC设计进入了SOC(System-on-chip)设计时代。SOC是指在单一芯片上集成了微控制器、数字信号处理器、存储器、I/O接口等,可以实现信号采集、转换、存储、处理等功能的芯片。SOC设计是基于IP可重用性的设计过程。现在已有不少公司成功地开发了各种SOC总线规范,以便于IP核的可复用性设计。其中,ARM公司开发的AMBA(Advanced Microcontroller Bus Arehitecture)规范已经成为嵌入式应用的行业标准。嵌入式SOC芯片广泛应用于消费电子产品中,近年来随着彩屏手机、PDA等移动终端的普及,液晶电视等平板显示器件的推广,液晶显示器已经逐渐取代CRT成为主流的显示器件。LCD Driver IC作为液晶显示器的重要部件,需求量也日益增大。嵌入式液晶显示系统的设计是当今SOC设计中不可缺少的部分,而基于AMBA总线规范的LCD显示系统更是具备良好的性能和较大的潜力。 本文提出了一种基于AMBA总线规范的彩色TFT-LCD数字图像显示解决方案,硬件设计上包括APB存储接口模块、LCD控制模块,并用VHDL硬件描述语言进行了功能仿真,采用Mentor公司Modelsim5.8完成了系统功能验证;软件设计上完成了基于SAMSUNG公司S6D0110 TFT-LCD驱动芯片的测试程序的编写和系统测试。本设计不需要掌握TFT-LCD内部构造,复杂的内部驱动原理,只需要掌握AMBA总线规范和LCD的MPU并行接口时序,采用本课题设计出的LCD显示控制模块简单实用,便于推广应用。 本课题基于Xilinx公司的VirtexⅡ FF1152 PROTO开发平台完成了软件调试,实现了TFT-LCD图像显示。调试结果表明硬件和软件设计正确且取得了较为满意的结果。
上传时间: 2013-06-02
上传用户:小枫残月
本课题深入分析了GPS软件接收机基于FFT并行捕获算法并详细阐述了其FPGA的实现。相比于其它的捕获方案,该方案更好地满足了信号处理实时性的要求。 论文的主体部分首先简单分析了扩频通信系统的基本原理,介绍了GPS系统的组成,详细阐述了GPS信号的特点,并根据GPS信号的组成特点介绍了接收机的体系结构。其次,通过对GPS接收机信号捕获方案的深入研究,确定了捕获速度快且实现复杂度不是很高的基于FFT的并行捕获方案,并对该方案提出了几点改进的措施,根据前面的分析,提出了系统的实现方案,利用MATLAB对该系统进行仿真,仿真的结果充分的验证了方案的可行性。接着,对于捕获环节中的核心部分—FFT处理器,设计中没有采用ALTERA提供的IP核,独立设计实现了基于FPGA的FFT处理器,并通过对一组数据在MATLAB中运算得到结果和FPGA输出结果相对比,可以验证该FFT处理器的正确性。再次重点分析了GPS接收机并行捕获部分的FPGA具体实现,通过捕获的FPGA时序仿真波形,证明了该系统已经能成功地捕获到GPS信号。最后,对全文整个研究工作进行总结,并指出以后继续研究的方向。 本课题虽然是对于GPS接收机的研究,但其原理与GALILEO、北斗等导航系统的接收机相近,因此该课题的研究对我国卫星导航事业的发展起到了积极的推动作用。
上传时间: 2013-05-29
上传用户:ice_qi
随着红外探测技术和超大规模专用集成电路的发展,实时红外成像系统得到了越来越广泛的应用。如何针对红外图像的特性对红外图像进行实时处理,得到能真实反映探测场景、适合观察分析的红外图像是目前红外成像技术的研究热点。针对红外图像在被采集后立即进行预处理,简化后级数字信号处理单元的繁重任务,在红外成像技术中具有重要意义。本论文主要工作如下: (1)对红外成像的原理、红外图像的形成过程、红外图像的特征以及红外图像与可见光图像的区别进行了阐述。 (2)简要介绍了频域中图像的增强算法,以及图像的灰度变换原理。 (3)通过对时域中各种算法的分析对比,以及时域处理与频域处理的对比,选择数种适合红外图像预处理的算法进行硬件实现,然后再根据硬件实现的难易程度和算法对硬件资源的占用率,以及最终对图像的处理效果,选择一种最佳的平滑和锐化方法。 (4)针对FPGA的特点,采用了模块化结构设计,方便构成并行运算,充分体现了实时处理的要求。 (5)分析了红外图像灰度变换的硬件构成,实现了对红外图像的直方图统计。 (6)阐述了I2C总线标准,使用I2C总线对SAA7115视频图像处理芯片的控制,对模拟的红外图像采集、量化成数字图像信号;由于采用SDRAM进行数据的存储,所以针对数据的存储及读取方式设计了SDRAM存储器的控制器,将量化后的数据存储到SDRAM存储器。 (7)详细阐述了图像频域处理的硬件实现方法,并特别说明了DFT的FPGA硬件构成方法及这种方法与DSP处理器构成方法的区别。然后针对整个系统的时序构成及时序要求,采用了PLL核构成了系统的时序部分,并对系统进行了优化,以提高运行速度及减少资源占用率。
上传时间: 2013-07-12
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随着数字电子技术的发展,数字信号处理广泛应用于声纳、雷达、通讯语音处理和图像处理等领域。快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)在数字信号处理系统中起着很重要的作用,FFT 有效地提高了离散傅立叶变换(Discret Fourier Transform,DFT)的运算效率。 处理器一般要求具有高速度、高精度、大容量和实时处理的性能,而现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)是近年来迅速发展起来的新型可编程器件,在处理大规模数据方面,有极大的优势。论文采用了在FPGA中实现FFT算法的方案。 数字信号处理板的硬件电路设计是本论文的重要部分之一。在介绍了FFT以及波束形成的基本原理和基本方法的基础上,根据实时处理的要求,给出了数字信号处理板的硬件设计方案并对硬件电路的实现进行了分析和说明。 依据数字系统的设计方法,分别采用基二按时间抽取FFT算法、基四按时间抽取FFT算法以及FFT兆核函数三种方法利用硬件描述语言(VHSICHardware Description Language,VHDL)实现了1024点的FFT,接着对三种方法进行了评估,得出了FPGA完全能满足处理器的实时处理的要求的结论。然后根据通用串行总线(Universial Serial Bus,USB)协议,利用VHDL语言编写了USB接口芯片ISP1581的固件程序,实现了设备的枚举过程。
上传时间: 2013-08-01
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