现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)是可编程逻辑器件的一种，它的出现是随着微电子技术的发展，设计与制造集成电路的任务已不完全由半导体厂商来独立承担。系统设计师们更愿意自己设计专用集成电路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)．芯片，而且希望ASIC的设计周期尽可能短，最好是在实验室里就能设计出合适的ASIC芯片，并且立即投入实际应用之中。现在，FPGA已广泛地运用于通信领域、消费类电子和车用电子。 本文中涉及的I/O端口模块是FPGA中最主要的几个大模块之一，它的主要作用是提供封装引脚到CLB之间的接口，将外部信号引入FPGA内部进行逻辑功能的实现并把结果输出给外部电路，并且根据需要可以进行配置来支持多种不同的接口标准。FPGA允许使用者通过不同编程来配置实现各种逻辑功能，在IO端口中它可以通过选择配置方式来兼容不同信号标准的I/O缓冲器电路。总体而言，可选的I/O资源的特性包括：IO标准的选择、输出驱动能力的编程控制、摆率选择、输入延迟和维持时间控制等。 本文是关于FPGA中多标准兼容可编程输入输出电路(Input/Output Block)的设计和实现，该课题是成都华微电子系统有限公司FPGA大项目中的一子项，目的为在更新的工艺水平上设计出能够兼容单端标准的I/O电路模块；同时针对以前设计的I/O模块不支持双端标准的缺点，要求新的电路模块中扩展出双端标准的部分。文中以低压双端差分标准(LVDS)为代表构建双端标准收发转换电路，与单端标准比较，LVDS具有很多优点： (1)LVDS传输的信号摆幅小，从而功耗低，一般差分线上电流不超过4mA，负载阻抗为100Ω。这一特征使它适合做并行数据传输。 (2)LVDS信号摆幅小，从而使得该结构可以在2.5V的低电压下工作。 (3)LVDS输入单端信号电压可以从0V到2.4V变化，单端信号摆幅为400mV，这样允许输入共模电压从0.2V到2.2V范围内变化，也就是说LVDS允许收发两端地电势有±1V的落差。 本文采用0.18μm1.8V/3.3V混合工艺，辅助Xilinx公司FPGA开发软件ISE，设计完成了可以用于Virtex系列各低端型号FPGA的IOB结构，它有灵活的可配置性和出色的适应能力，能支持大量的I/O标准，其中包括单端标准，也包括双端标准如LVDS等。它具有适应性的优点、可选的特性和考虑到被文件描述的硬件结构特征，这些特点可以改进和简化系统级的设计，为最终的产品设计和生产打下基础。设计中对包括20种IO标准在内的各电器参数按照用户手册描述进行仿真验证，性能参数已达到预期标准。
上传时间： 2013-05-15
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人脸自动识别技术是模式识别、图像处理等学科的一个最热门研究课题之一。随着社会的发展,各方面对快速有效的自动身份验证的要求日益迫切，而人脸识别技术作为各种生物识别技术中最重要的方法之一，已经越来越多的受到重视。对于具有实时，快捷，低误识率的高性能算法以及对算法硬件加速的研究也逐渐展开。 本文详细分析了智能人脸识别算法原理，发展概况和前景，包括人脸检测算法，人眼定位算法，预处理算法，PCA和ICA 算法，详细分析了项目情况，系统划分，软硬件平台的资源和使用。并在ISE软件平台上，用硬件描述语言(verilog HDL)对算法部分严格按照FPGA代码风格进行了RTL 硬件建模，并对C++算法进行了优化处理，通过仿真与软件算法结果进行比对，评估误差，最后在VirtexII Pro FPGA 上进行了综合实现。 主要研究内容如下： 首先，对硬件平台xilinx的VirtexII Pro FPGA 上的系统资源进行了描述和研究，对存储器sdram,RS-232 串口，JTAG 进行了研究和调试，对Coreconnect的OPB总线仲裁机理进行了两种算法的比较，RTL 设计，仿真和综合。利用ISE和VC++软件平台，对verilog和C++算法进行同步比较测试，使每步算法对应正确的结果。对软硬件平台的合理使用使得在项目中能尽可能多的充分利用硬件资源，制板时正确选型，以及加快设计和调试进度。其次，对人脸识别算法流程中的人脸检测，人眼定位，预处理，识别算法分别进行了比较研究，选取其中各自性能最好的一种算法对其原理进行了分析讨论。人脸检测采用adaboost 算法，因其速度和精度的综合性能表现优异。人眼定位采用小块合并算法，因为它具有快速，准确，弱时实的特点。预处理算法采用直方图均衡加平滑的算法，简单，高效。 识别算法采用PCA 加ICA 算法，它能最大的弱化姿态和光照对人脸识别的影响。 最后，使用Verilog HDL 硬件描述语言进行算法的RTL 建模，在C++算法的基础上，保证原来效果的前提下，根据FPGA 硬件特点对算法进行了优化。视频输入输出是人脸识别的前提，它提供FPGA 上算法需要处理的数据，预处理算法在C++算法的基础上进行了优化，最大的减少了运算量，提高了运算速度，16 位计算器模块使得在算法实现时可以根据系统要求，在FPGA的ip 核和自己设计的模块之间选择性能更好的一个来调用，FIFO的设计提供同步和异步时钟域的数据缓存。设计在ISE和VC++软件平台同时进行，随时对verilog和C++数据进行监测和比对。全部设计模块通过仿真，达到预定的性能要求，并在FPGA 上综合实现。
上传时间： 2013-07-13
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“计算机组成原理”是计算机专业的一门核心课程。传统的计算机组成原理实验是在指令格式、寻址方式、运算器、控制器、存储器等都相对固定的情况下进行，学生主要进行功能实现和验证，缺少自主设计和创新过程。 为改变这种状况，须更新现有的计算机组成原理实验系统。采用FPGA芯片作为载体，使用EDA开发工具，用硬件描述语言实现不同的硬件逻辑，再与硬件的输入输出接口线路相连，最终组成一台可用于组成实验教学的完整计算机系统。这期间学生将掌握组成原理实验系统的各个部件的功能及其相互之间如何协作。本实验系统能够让学生完成有关计算机组成原理的部件实验和整机实验：部件实验包括加法器、乘法器、除法器、算术逻辑运算单元、控制器、存储器等；整机实验可以独立实现各部件的功能描述。该系统能够帮助学生巩固课堂知识并增强设计能力。 为实现上述目的，依据EDA技术的开发流程和方法，建立了一个完整的体系，其中包括控制模块、内存模块、运算器模块、通用寄存器组及其控制部件、程序计数器、地址寄存器、指令寄存器、时序部件、数据控制部件、状态值控制部件，以及为帮学生调试而专门设计的输出观察部件。在Quartus Ⅱ开发环境下，使用Altera公司FPGA芯片，采用VHDL，语言设计并实现了上述模块。经过仿真测试，所实现的各功能模块作为独立部件时能完成各自功能：而将这些部件组合起来的整机系统，可以执行程序段和进行各种运算处理，达到了设计要求。
上传时间： 2013-06-01
上传用户：hebmuljb
随着微电子技术的快速发展，电子设备逐渐向着小型化、集成化方向发展；人们在要求设备性能不断提升的同时，还要求设备功耗低、体积小、重量轻、可靠性高。同样在我军武器装备的研制过程中，也对各武器装备都提出了新的要求，特别是针对单兵配备的便携设备，对体积、功耗、扩展性的要求更是严格。 在某手持式设备的开发项目中，需要设计一块接口板，要求实现高达8个串行口扩展以及能源管理和数字输入输出接口等功能，该接口板与处理器模块的连接总线采用LPC总线，整个手持设备除了对功能有基本的要求以外，对体积及功耗都提出了极高的要求。针对项目的具体设计要求，经过与传统设计方法的比较，决定采用FPGA来实现LPC接口及UART控制器功能。 论文的主要目标是完成LPC接口的UART控制在FPGA中的实现。对于各模块中的关键的功能部分，文中对其实现都进行了详细的说明。整个设计全部采用硬件描述语言(HDL)实现，并且采用了分模块的设计风格，具有很好的重用性。 为了在硬件平台上验证设计，还实做了FPGA验证平台，并用C语言编写了测试程序。经过验证，该方案完全实现了接口板的功能要求，并且满足体积和功耗上的要求，取得了良好的效果。 论文通过采用FPGA作为电路设计的核心，以一种新的数字电路设计方法实现电路功能；旨在通过这种方式，不断提高设备的性能并拓展设计者思想。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：wlyang
宽带无线通信的持续高速的需求增长刺激了新的通信技术的不断产生，而这些技术的发展，很大程度上都来自于不同技术的互相补充与融合，这也成为新标准的源泉。正交频分复用(OFDM)技术在提供高效的频谱利用率以及良好的抗多径性能的同时，通过多输入输出(MIMO)技术来进一步增加信道容量，在不增加信号带宽的基础上取得更高的传输速率和更好的传输质量。因此MIMO-OFDM技术近年来在成为研究热点的同时，已被认为是下一带移动通信和网络接入标准中的核心技术。 本文主要对MIMO-OFDM系统物理层的关键技术进行了研究，并主要对系统的同步和信道估计算法进行了深入的分析，并提出了一些改进。最后进行了MIMO-OFDM基带系统基于FPGA的物理层设计，对其中一些关键模块的设计，比如信道估计和空时译码模块进行了详细的讨论。 第一章绪论部分首先结合宽带无线通信技术发展的历史就MIMO-OFDM技术产生发展的背景进行了分析，指出了MIMO-OFDM研究与发展方向，最后总结了本文的工作目标和基本要求。 第二章主要是推导分析了MIMO-OFDM系统的基本原理，先分别从OFDM技术和MIMO技术两方面概括性的介绍了其理论以及技术特点，最后对MIMO与OFDM结合的关键技术进行了讨论。 第三章是对MIMO-OFDM同步算法的研究，主要针对基于训练序列的同步算法进行了深入讨论，关注点是训练序列的设计。针对原有的一些算法进行了总结与比较，并主要对基于频域设计的训练序列符号同步算法做出了改进。 第四章首先从基于导频的信道估计算法推导开始，关注点放在MIMO-OFDM系统下的自适应信道估计算法研究。文章将原有的一些OFDM自适应信道估计算法扩展到MIMO领域，结合基于共轭梯度的自适应算法并做出了一些改进。 第五章节是本文的硬件设计部分，文章基于一个2发2收MIMO-OFDM系统进行了基带数字处理部分的FPGA设计工作，根据设计要求实现了发送端和接收端数据处理的基本功能，为完善的和更高性能的MIMO-OFDM系统实现奠定了基础。
上传时间： 2013-06-26
上传用户：wl9454
本论文设计了一种基于FPGA的高速FIR数字滤波器,滤波器实现低通滤波,截止频率为1MHz,通带波纹小于1 dB,阻带最大衰减为-40 dB,输入输出数据为8位二进制,采样频率为10MHz。 论文首先简要介绍了数字滤波器的基本原理和线性FIR数字滤波器的性质、结构,根据滤波器的性能要求选择窗函数、确定系数,在算法上为了满足数字滤波器的要求,对系数放大512倍并取整,并用Matlab对数字滤波器原理进行了证明。同时简述了EDA技术和FPGA设计流程。 其次,论文说明了FIR数字滤波器模块的划分,并用Verilog语言在Modelsim环境下进行了功能测试。对于数字滤波器系数中的-1,-2,4这些简单的系数乘法直接进行移位和取反,可以极大的节省资源和优化设计。而对普通系数乘法采用4-BANT(4bits-at-a-time)的并行算法,用加法累加快速实现了乘积的运算；另外,在本设计进行部分积累加时,采用舍取冗余位,主要是根据设计时已对系数进行了放大,而输出时又要将结果相应的缩小,所以在累加时,提前对部分积缩小,从而减少了运算量,从时间和资源上都得到了优化。 论文的最后分别用Modelsim和Quartus II进行了FIR数字滤波器的前仿真和后仿真,将仿真的结果和Matlab中原理验证时得到的理想值进行了比较,并对所产生的误差进行了分析。仿真结果表明：本16阶FIR数字滤波器设计能够实现截止频率为1MHz的低通滤波,并且工作频率可达150MHz以上。
上传时间： 2013-05-24
上传用户：qiaoyue
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： 2013-07-01
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基于微处理器的数字PID控制器改变了传统模拟PID控制器参数整定不灵活的问题。但是常规微处理器容易在环境恶劣的情况下出现程序跑飞的问题，如果实现PID软算法的微处理器因为强干扰或其他原因而出现故障，会引起输出值的大幅度变化或停止响应。而FPGA的应用可以从本质上解决这个问题。因此，利用FPGA开发技术，实现智能控制器算法的芯片化，使之能够广泛的用于各种场合，具有很大的应用意义。 首先分析FPGA的内部结构特点，总结FPGA设计技术及开发流程，指出实现结构优化设计，降低设计难度，是扩展设计功能、提高芯片性能和产品性价比的关键。控制系统由四个模块组成，主要包括核心控制器模块、输入输出模块以及人机接口。其中控制器部分为系统的关键部件。在分析FPGA设计结构类型和特点的基础上，提出一种基于FPGA改进型并行结构的PID温度控制器设计方法。在PID算法与FPGA的运算器逻辑映像过程中，采用将补码的加法器代替减法器设计，增加整数运算结果的位扩展处理，进行不同数据类型的整数归一化等不同角度的处理方法融合为一体，可以有效地减少逻辑运算部件。应用Ouartus Ⅱ图形输入与Verilog HDL语言相结合设计实现了PID控制器，用Modelsim仿真验证了设计结果的正确性，用Synplify Pro进行电路综合，在Quaitus Ⅱ软件中实现布局布线，最后生成FPGA的编程文件。根据控制系统的要求，论文设计完成了12位模数AD转换器、数据显示器、按键等相关外围接口电路。 将一阶、纯滞后、大惯性电阻炉温作为控制对象，以EP1C3T144 FPGA为核心，构建PID控制系统。在采用Pt100温度传感器、分辨率为2℃、最大温度控制范围0～400℃的条件下，实验结果表明，达到无超调的稳定控制要求，为降低FPGA实现PID控制器的设计难度提供了有效的方法。
上传时间： 2013-06-13
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随着计算机技术和通信技术的迅速发展，数字视频在信息社会中发挥着越来越重要的作用，视频传输系统已经被广泛应用于交通管理、工业监控、广播电视、银行、商场等多个领域。同时，FPGA单片规模的不断扩大，在FPGA芯片内部实现复杂的数字信号处理系统也成为现实，因此采用FPGA实现视频压缩和传输已成为一种最佳选择。 本文将视频压缩技术和光纤传输技术相结合，设计了一种基于无损压缩算法的多路数字视频光纤传输系统，系统利用时分复用和无损压缩技术，采用串行数字视频传输的方式，可在一根光纤中同时传输8路以上视频信号。系统在总体设计时，确定了基于FPGA的设计方案，采用ADI公司的AD9280和AD9708芯片实现A/D转换和D/A转换，在FPGA里实现系统的时分复用/解复用、视频数据压缩/解压缩和线路码编解码，利用光收发一体模块实现电光转换和光电转换。视频压缩采用LZW无损压缩算法，用Verilog语言设计了压缩模块和解压缩模块，利用Xilinx公司的IP核生成工具Core Generator生成FIFO来缓存压缩/解压缩单元的输入输出数据，光纤线路码采用CIMT码，设计了编解码模块，解码过程中，利用数字锁相环来实现发射与接收的帧同步，在ISE8.2和Modelsim仿真环境下对FPGA模块进行了功能仿真和时序仿真，并在Spartan-3E开发板和视频扩展板上完成了系统的硬件调试与验证工作，实验证明，系统工作稳定，图像清晰，实时传输效果好，可用于交通、安防、工业监控等多个领域。 本文将视频压缩和线路码编解码在FPGA里实现，利用FPGA的并行处理优势，大大提高了系统的处理速度，使系统具有集成度高、灵活性强、调试方便、抗干扰能力强、易于升级等特点。
上传时间： 2013-06-27
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单片微型计算机(单片机)是将微处理器CPU、程序存储器、数据存储器、定时/计数器、输入/输出并行接口等集成在一起。由于单片机具有专门为嵌入式系统设计的体系结构与指令系统，所以它最能满足嵌入式系统的应用要求。Intel公司生产的MCS-51系列单片机是我国目前应用最广的单片机之一。 随着可编程逻辑器件设计技术的发展，每个逻辑器件中门电路的数量越来越多，一个逻辑器件就可以完成本来要由很多分立逻辑器件和存储芯片完成的功能。这样做减少了系统的功耗和成本，提高了性能和可靠性。FPGA就是目前最受欢迎的可编程逻辑器件之一。IP核是将一些在数字电路中常用但比较复杂的功能块，设计成可修改参数的模块，让其他用户可以直接调用这些模块，这样就大大减轻了工程师的负担，避免重复劳动。随着FPGA的规模越来越大，设计越来越复杂，使用IP核是一个发展趋势。 本课题结合FPGA与8051单片机的优点，主要针对以下三个方面研究： (1)FPGA开发平台的硬件实现选用Xilinx公司的XC3S500E-PQ208-4-C作为核心器件，采用Intel公司的EEPROM芯片2816A和SRAM芯片6116作为片内程序存储器，搭建FPGA的硬件开发平台。 (2)用VHDL语言实现8051IP核分析研究8051系列单片机内部各模块结构以及各部分的连接关系，实现了基于FPGA的8051IP核。主要包括如下几个模块：CPU模块、片内数据存储器模块、定时/计数器模块、并行端口模块、串行端口模块、中断处理模块、同步复位模块等。 (3)基于FPGA的8051IP核应用用所设计的8051IP核，实现了对一个4×4键盘的监测扫描、键盘确认、按键识别等应用。
上传时间： 2013-06-21
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