直接数字频率合成(DDS)是七十年代初提出的一种新的频率合成技术，其数字结构满足了现代电子系统的许多要求，因而得到了迅速的发展。现场可编程门阵列器件(FPGA)的出现，改变了现代电子数字系统的设计方法，提供了一种全新的设计模式。本论文结合这两项技术，并利用单片机控制灵活的特点，开发了一种双通道波形发生器。在实现过程中，选用了Altera公司的EP1C6Q240C8芯片作为产生波形数据的主芯片，充分利用了该芯片的超大集成性和快速性。在控制芯片上选用ATMAL的AT89C51单片机作为控制芯片。本设计中，FPGA芯片的设计和与控制芯片的接口设计是一个难点，本文利用Altera的设计工具Quartus Ⅱ并结合Verilog-HDL语言，采用硬件编程的方法很好地解决了这一问题。 本文首先介绍了波形发生器的研究背景和DDS的理论。然后详尽地叙述了用EP1C6Q240C8完成DDS模块的设计过程，这是设计的基础。接着分析了整个设计中应处理的问题，根据设计原理就功能上进行了划分，将整个仪器功能划分为控制模块、外围硬件、FPGA器件三个部分来实现。然后就这三个部分分别详细地进行了阐述。并且通过系列实验，详细地分析了该波形发生器的功能、性能、实现和实验结果。最后，结合在设计中的一些心得体会，提出了本设计中的一些不足和改进意见。通过实验说明，本设计达到了预定的要求，并证明了采用软硬件结合，利用FPGA实现基于DDS架构的双路波形发生器是可行的。
上传时间： 2013-06-09
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随着信息技术和电子技术的进步和日益成熟，计算机数据采集技术得到了广泛应用。由于ISA数据采集卡的固有缺陷，PCI接口的数据采集卡将逐渐取代ISA数据采集卡，成为数据采集的主流。为了简化PCI数据采集卡结构，提高数据采集可靠性，本文研究并开发了一种基于FPGA的PCI结构的数据采集卡系统。 论文对PCI对目标设备数据采集卡实现的原理和方法进行了深入研究，设计了基于FPGA的PCI数据采集卡的硬件电路，通过在FPGA中嵌入了PCI目标设备的IP核与用户逻辑部分，构成了SOPC系统。使用Verilog硬件描述语言设计并实现了FPGA内部采集数据管理、数据管理寄存器和FIFO数据缓冲队列等模块电路。利用ModelSim对PCI系统进行了仿真。完成了系统硬件电路PCB板的设计，最终制作了PCI数据采集卡。 论文针对PCI结构的数据采集卡系统软件需求，研究了WDM设备驱动软件、Windows环境的简易虚拟示波器以及简易虚拟逻辑仪实现原理和方法。利用DriverStudio+Windows DDK for XP+VC6的软件平台，开发了WDM设备驱动程序。实现了Windows环境的简易虚拟示波器，和简易虚拟逻辑仪。系统测试结果表明该系统设计正确，系统运行稳定，功能和指标达到了设计要求。
上传时间： 2013-07-27
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随着计算机科学在人机交互领域的极大发展，作为人脸信息处理中的一项关键技术，人脸检测现在已经成为模式识别，计算机视觉和人机交互领域不可缺少的一部分。但是，人脸检测算法存在计算量大、速度慢等缺点。软件实现方式无法达到实时处理要求，而现有的硬件实现需要占用大量硬件资源。 本文针对现有人脸检测硬件实现的缺点，通过对Adaboost算法和现有硬件结构的分析，提出了双流水线硬件检测架构：扫描窗口流水线、特征向量流水线。并在Vertex-II Pro FPGA平台验证成功，达到实时检测的标准。具体工作和创新点包括如下几点： 介绍了人脸检测的原理以及人脸检测经典算法。其中，详细介绍了Adaboost算法。 对现有的结构进行详细分析。指出现有各架构的缺点，即资源占用多，检测速度慢。针对这两个问题，本文提出了一个适合嵌入式应用的扫描窗口、特征向量双流水线检测硬件架构，详细说明了该架构的工作原理，并在该架构基础上，通过加入预测加载技术，进一步提高检测速度。随后，采用存储器访问效率，架构内部存储单元大小，检测时间长短，运算单元数量四个标准，详细比较了新架构和现有架构的差别，显示出新架构的优势。 基于提出的架构，给出了Adaboost人脸检测系统的VLSI实现方案。本文中，采用自顶向下的设计方法将人脸检测系统分成若干个子模块，然后对每个子模块进行详细的设计和说明，给出了每个子模块的硬件架构、状态转换以及verilog实现后的仿真波形。 采用Xilinx公司的VII Pro FPGA开发板完成人脸检测系统的硬件验证。FPGA验证结果表明对于QCIF分辨率的视频图像，人脸检测系统能够达到50fps的检测速度，满足实时检测的要求。
上传时间： 2013-06-15
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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： 2013-07-01
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可配置端口电路是FPGA芯片与外围电路连接关键的枢纽，它有诸多功能：芯片与芯片在数据上的传递(包括对输入信号的采集和输出信号输出)，电压之间的转换，对外围芯片的驱动，完成对芯片的测试功能以及对芯片电路保护等。 本文采用了自顶向下和自下向上的设计方法，依据可配置端口电路能实现的功能和工作原理，运用Cadence的设计软件，结合华润上华0.5μm的工艺库，设计了一款性能、时序、功耗在整体上不亚于xilinx4006e[8]的端口电路。主要研究以下几个方面的内容： 1.基于端口电路信号寄存器的采集和输出方式，本论文设计的端口电路可以通过配置将它设置成单沿或者双沿的触发方式[7]，并完成了Verilog XL和Hspiee的功能和时序仿真，且建立时间小于5ns和保持时间在0ns左右。和xilinx4006e[8]相比较满足设计的要求。 2.基于TAP Controller的工作原理及它对16种状态机转换的控制，对16种状态机的转换完成了行为级描述和实现了捕获、移位、输出、更新等主要功能仿真。 3.基于边界扫描电路是对触发器级联的构架这一特点，设计了一款边界扫描电路，并运用Verilog XL和Hspiee对它进行了功能和时序的仿真。达到对芯片电路测试设计的要求。 4.对于端口电路来讲，有时需要将从CLB中的输出数据实现异或、同或、与以及或的功能，为此本文采用二次函数输出的电路结构来实现以上的功能，并运用Verilog XL和Hspiee对它进行了功能和时序的仿真。满足设计要求。 5.对于0.5μm的工艺而言，输入端口的电压通常是3.3V和5V，为此根据设置不同的上、下MOS管尺寸来调整电路的中点电压，将端口电路设计成3.3V和5V兼容的电路，通过仿真性能上已完全达到这一要求。此外，在输入端口处加上扩散电阻R和电容C组成噪声滤波电路，这个电路能有效地抑制加到输入端上的白噪声型噪声电压[2]。 6.在噪声和延时不影响电路正常工作的范围内，具有三态控制和驱动大负载的功能。通过对管子尺寸的大小设置和驱动大小的仿真表明：在实现TTL高电平输出时，最大的驱动电流达到170mA，而对应的xilinx4006e的TTL高电平最大驱动电流为140mA[8]；同样，在实现CMOS高电平最大驱动电流达到200mA,而xilinx4006e的CMOS驱动电流达到170[8]mA。 7.与xilinx4006e端口电路相比，在延时和面积以及功耗略大的情况下，本论文研究设计的端口电路增加了双沿触发、将输出数据实现二次函数的输出方式、通过添加译码器将配置端口的数目减少的新的功能，且驱动能力更加强大。
上传时间： 2013-07-20
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现场可编程门阵列(FPGA)器件是能通过对其进行编程实现具有用户规定功能的电路，特别适合集成电路的新品开发和小批量ASIC电路的生产。近几年来，FPGA的发展非常迅速，但目前国内厂商所使用的FPGA芯片主要还是从国外进口，这种状况除了给生产厂家带来很大的成本压力以外，同时也影响到国家信息产业的保密和安全问题，因此在国内自主研发FPGA便成为一种必然的趋势。 基于上述现实状况及国内市场的巨大需求，中国电子科技集团公司第58研究所近年来对FPGA进行了专项研究，本论文正是作为58所专项的一部分研究工作的总结。本文深入研究了FPGA的相关设计技术，并进行了实际的FPGA器件设计，研究工作的重点是在华润上华(CSMC)0.5μm标准CMOS工艺基础上进行具有6000有效门的FPGA的电路设计与仿真。 论文首先阐述了可编程逻辑器件的基本结构，就可编程逻辑器件的发展过程及其器件分类，对可编程只读存储器、现场可编程逻辑阵列、可编程阵列逻辑、通用逻辑阵列和复杂PLD等的基本结构特点进行了讨论。接着讨论了FPGA的基本结构与分类及它的编程技术，另外还阐述了FPGA的集成度和速率等相关问题。并根据实际指标要求确定本文研究目标FPGA的基本结构和它的编程技术，在华润上华0.5μm标准CMOS工艺的基础上，进行一款FPGA芯片的设计研究工作。进行了可编程逻辑单元的基本结构的设计，并用CMOS逻辑和NMOS传输管逻辑实现了函数发生器、快速进位链和触发器的电路设计，并对其进行了仿真，达到了预期的目标。
上传时间： 2013-08-01
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软件无线电是近年提出的新的通信体系，由于其具有灵活性和可重配置性并且符合通信的发展趋势，已成为通信系统设计的研究热点。因此对基于软件无线电的调制解调技术进行深入细致的研究非常有意义。 本文首先从阐述软件无线电的理论基础入手，对多速率信号处理中的内插和抽取、带通采样、数字变频等技术进行了分析与探讨，为设计和实现8PSK调制解调器提供了非常重要的理论依据。然后，研究了8PSK调制解调技术，详细论述了它们的基本概念和原理，提出了系统实现方案，在DSP+FPGA平台上实现了8PSK信号的正确调制解调。文中着重研究了突发通信的同步和频偏纠正算法，针对同步算法选取了一种基于能量检测法的快速位同步算法，采用相关器实现，同时实现位同步和帧同步。并且对于突发通信的多普勒频偏纠正，设计了一个基于自动频率控制(AFC)环的频偏检测器，通过修改数控振荡器(NCO)的频率控制字方法来校正本地载波频率，整个算法结构简单，运算量小，频偏校正速度快，具有较好的实用性。其次，对相干解调的初始相位进行纠正时，提出了一种简单易行的CORDIC方法，同时对FPGA编程当中的一些关键问题进行了介绍。最后，设计了自适应调制解调器，根据信噪比和误码率来自适应的改变调制方式，以达到最佳的传输性能。
上传时间： 2013-04-24
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随着图像分辨率的越来越高，软件实现的图像处理无法满足实时性的需求；同时FPGA等可编程器件的快速发展使得硬件实现图像处理变得可行。如今基于FPGA的图像处理研究成为了国内外的一个热门领域。 本文在FPGA平台上，用Verilog HDL实现了一个研究图像处理算法的可重复配置的硬件模块架构，架构包括PC机预处理和通信软件，控制模块，计算单元，存储器模块和通信适配模块五个部分。其中的计算模块负责具体算法的实现，根据不同的图像处理算法可以独立实现。架构为计算模块实现了一个可添加、移出接口，不同的算法设计只要符合该接口就可以方便的加入到模块架构中来进行调试和运行。 在硬件架构的基础上本文实现了排序滤波，中值滤波，卷积运算及高斯滤波，形态学算子运算等经典的图像处理算法。讨论了FPGA的图像处理算法的设计方法及优化策略，通过性能分析，FPGA实现图像处理在时间上比软件处理有了很大的提高；通过结果的比较，发现FPGA的处理结果达到了软件处理几乎同等的效果水平。最后本文在实现较大图片处理和图像处理窗口的大小可配置性方面做了一定程度的讨论和改进，提高了算法的可用性，同时为进一步的研究提供了更加便利的平台。 整个设计都是在ISE8.2和ModelSim第三方仿真软件环境下开发的，在xilinx的Spartan-3E XC3S500E硬件平台上实现。在软件仿真过程中利用了ISE8.2自带仿真工具和ModelSim结合使用。 本课题为制造FPGA的专用图像处理芯片做了有益的探索性研究，为实现FPGA为核心处理芯片的实时图像处理系统有着积极的作用。
上传时间： 2013-07-29
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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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随着信息技术的发展，数字信号的采集与处理在科学研究、工业生产、航空航天、医疗卫生等部门得到越来越广泛的应用，这些应用中对数字信号的传输速度提出了比较高的要求。传统的基于ISA总线的信号传输效率低，严重制约着系统性能的提高。 PCI总线以其高性能、低成本、开放性、软件兼容性等众多优点成为当今最流行的计算机局部总线。但是，由于PCI总线硬件接口复杂、不易于接入、协议规范比较繁琐等缺点，常常需要专用的接口芯片作为桥接，为了解决这一系列问题，本文提出了一种基于FPGA的PCI总线接口桥接逻辑的实现方案，支持PCI突发访问方式，突发长度为8至128个双字长度，核心FPGA芯片采用ALTERA公司的CYCLONE FPGA系列的EP1C6Q240C8，容量为6000个逻辑宏单元，速度为-8，编译后系统速度可以达到80MHz，取得了良好的效果。 基于FPGA的PCI总线接口桥接逻辑的核心是PCI接口模块。在硬件方面，特别讨论了PCI接口模块、地址转换模块、数据缓冲模块、外部接口模块和SRAM DMA控制模块等五个功能模块的设计方案和硬件电路实现方法，着重分析了PCI接口模块的数据传输方式，采用模块化的方法设计了内部控制逻辑，并进行了相关的时序仿真和逻辑验证，硬件需要软件的配合才能实现其功能，因此设备驱动程序的设计是一个重要部分，论文研究了Windows XP体系结构下的WDM驱动模式的组成、开发设备驱动程序的工具以及开发系统实际硬件的设备驱动程序时的一些关键技术。 本文最后利用基于FPGA的PCI总线接口桥接逻辑中的关键技术，对PCI数据采集卡进行了整体方案的设计。该系统采用Altera公司的cyclone Ⅱ系列FPGA实现。
上传时间： 2013-07-24
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