矩阵运算是描述许多工程问题中不可缺少的数学关系，矩阵运算具有执行效率好、速度快、集成度高等优点，并且随着动态可配置技术的发展，灵活性也有了很大的提高。因此，寻找矩阵运算的高速实现方法是具有很大的现实意义，能够为高速运算应用提供技术支持。 为了提高研究成果的实用性与商用性，本文主要针对某种体积小、运算速度和性能要求很高的特殊场合设计并实现基于FPGA的矩阵运算功能。通过系统地研究FPGA功能结构、设计原理、DSP接口、IEEE-754标准，深入学习浮点数及矩阵的基础运算以及硬件编程语言等内容，根据矩阵运算的特点和原理，讨论了硬件设计方面重点对具体核心器件结构、特点以及有关FPGA的设计流程和控制器Verilog HDL硬件编程语言代码方面内容，确定了基于FPGA浮点运算及矩阵运算单元的Verilog HDL设计方法，在Quartus II平台上对其仿真、记录运算结果，并对采集到的数据结果进行了深入分析与总结。 本设计通过几种矩阵算法利用FPGA和MATLAB分别进行了实现测试，验证了设计结果的正确性，证明了本设计中矩阵运算速率的实用性与高效性，提高了系统资源利用率和系统可靠性，为今后在工程、军事、通讯等生产生活各个领域应用打下良好基础。
上传时间： 2013-07-07
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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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密集型的矩阵运算在信号处理和图像处理中被广泛应用，而且往往需要系统进行实时运算，这就需要系统具有很高的吞吐率。因此寻找矩阵运算的高速实现方法是很有意义的。FPGA的运算速度快并且可以并行运算，和其它矩阵运算的实现方式相比，FPGA有其独特的优势。本文主要设计并实现了基于FPGA的各种矩阵运算模块。 本文首先介绍了矩阵运算的特点和原理，接着讨论了FPGA浮点运算单元的VHDL设计方法，在此基础上，设计了矩阵相乘累加、三角矩阵求逆和一般矩阵分解求逆的运算模块，给出矩阵阶数扩大时各种矩阵运算的分块实现方法。然后在ModelSim环境下仿真了一般矩阵的求逆模块，与Maflab仿真结果比较，分析了运算精度、时间复杂度和资源占用情况，在Virtex-4系列FPGA硬件平台上进行了调试和测试，并通过USB接口将矩阵运算结果送入PC机，验证了基于FPGA矩阵运算的正确性和可行性。最后对矩阵求逆模块在雷达信号中的应用作了简单介绍。
上传时间： 2013-06-08
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本文结合中国科技大学大规模集成电路实验室和中国科学院上海技术物理研究所合作的星载红外相机项目，为了解决红外相机上的不同波段的红外探测元阵列存在的非均匀性问题，对红外焦平面探测元阵列存在的非均匀性问题展开了深入的分析和研究。 主要研究和分析了两类算法的基本原理，重点研究和实现了定标校正算法，通过对积分球定标数据进行深入的分析，将探测元分成线性探测元和非线性探测元，对线性探测元采用两点校正法，对非线性探测元采用多点分段校正算法，在利用FPGA硬件实现非均匀校正时，分析设计了基于乘法运算和加法运算的FPGA实现，在基于乘加器运算的FPGA实现中。设计出了乘法和加法整体运算的乘加器，内部采用流水线wallace树压缩结构，大大加快乘法和加法的速度。
上传时间： 2013-04-24
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非接触式IC卡是IC卡领域的一项新兴的技术，它是射频识别技术和IC卡技术相结合的产物。由于非接触式IC卡具有操作快捷、抗干扰性强、工作距离远、安全性高、便于一卡多用等优点，在自动收费、身份识别和电子钱包等领域具有接触式所无法比拟的优越性，具有广阔的市场前景。非接触式IC卡读卡器是非接触式IC卡应用系统的关键设备之一。基于实际项目的需要，本课题开发了一种读写距离在10cm左右的非接触式IC卡读卡器，它可以应用于电子消费场合，如公交和地铁电子售票，食堂售饭等场合。 本文首先研究了用于本系统的基本理论，包括射频识别技术、ARM处理器体系结构和嵌入式系统，然后基于这些理论，给出了非接触式IC卡读卡器的设计方案。系统由三个部分组成：第一部分是读卡器的收发模块，选用Philips公司的高集成度非接触式读写芯片MF RC500设计射频收发模块，对射频芯片接口电路设计做了详细的论述；第二部分是核心控制模块，以Philips公司的ARM7芯片LPC2292为核心，对电源供应电路、存储器电路、通信接口电路、LED显示电路等设计做了一定的描述，并给出了电路。第三部分是系统的程序设计，采用移植嵌入式系统并添加任务的模式来实现读卡器的各功能。通过对软硬件的调试实现了非接触式IC卡读卡器的硬件与软件平台的构建。
上传时间： 2013-04-24
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心血管系统疾病是现今世界上发病率和死亡率最高的疾病之一。T波交替(T-wavealtemans,TWA)作为一种非稳态的心电变异性现象，是指心电T波段振幅、形态甚至极性逐拍交替变化。大量研究表明，TWA与室性心律失常、心脏性猝死等有直接密切的关系，已成为一种无创独立性预测指标。随着数字信号处理技术和计算机技术的迅速发展，微伏级的TWA已经可以被检出，并且精度越来越高。本文以T波交替检测为中心，基于ARM给出了T波交替检测技术原理性样机的硬件及软件，实现实时监护的目的。 在TWA检测研究中，需要对心电信号进行预处理，即信号去噪和特征点检测。小波分析以其多分辨率的特性和表征时频两域信号局部特征的能力成为我们选取的心电信号自动分析手段。文中采用小波变换将原始心电信号分解为不同频段的细节信号，根据三种主要噪声的不同能量分布，采用自适应阈值和软硬阈值折衷处理策略用阈值滤波方法对原始信号进行去噪处理：同时基于心电信号的特征点R峰对应于Mexican-hat小波变换的极值点，因此我们使用Mexican-hat小波检测R峰，通过附加检测方案确保了位置的准确性，并根据需要提出了T波矩阵提取方法。 随后文章介绍了T波交替的产生机理及研究进展，分别从临床应用和检测方法上展现了目前TWA的发展进程，并利用了谱分析法、相关分析法和移动平均修正算法分别从时域和频域对一些样本数据进行T波交替检测。在检测中谱分析法抗噪能力较强，但作为一种频域检测方法，无法检测非稳态TWA信号，而相关分析法受呼吸、噪声影响较大，数据要求较高，因此可以在谱分析检测为阳性TWA基础上，再对信号进行相关分析，从而克服自身算法缺陷，确定交替幅度和时间段。最后对影响检测结果的因素进行讨论研究，从而降低检测误差。 文章还设计了T波交替检测技术原理性样机的关键部分电路和软件框架。硬件部分围绕ARM核的Samsung S3C44BOX为核心，设计了该样机的关键电路，包括采集模块、数据处理模块(外部存储电路、通信接口电路等)。其中在采集模块中针对心电信号是微弱信号并且干扰大的特点，采用了具有高共模抑制比和高输入阻抗的分级放大电路，有效的提取了信号分量：A/D转换电路保证了信号量化的高精度。利用USB接口芯片和删内部异步串行通讯实现系统与外界联系。系统软件中首先介绍了系统的软件开发环境，然后给出了心电信号分析及处理程序设计流程图及实现，使它们共同完成系统的软件监护功能。
上传时间： 2013-07-27
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语音识别技术是信息技术领域的重要发展方向之一,小词汇量非特定人孤立词语音识别是语音识别领域中一个具有广泛应用背景的分支,在家电遥控、智能玩具、人机交互等领域有着重要的应用价值.语音识别芯片从20世纪90年代开始出现,目前的语音识别芯片都是以DSP为核心集成的语音识别系统,算法主要通过软件实现,为了提高速度和降低成本,下一代语音识别芯片将设计成软硬件协同实现,本文的目的是使用全硬件方法实现语音识别算法,为软硬件协同实现的方案提供参考.本论文主要完成了以下工作:(1)在选定的FPGA平台上,完成了整个系统的硬件设计.(2)对于硬件中难于实现而且占用较多资源的乘法器、求对数、求平方根以及快速傅立叶变换等关键模块,本文都根据电路的具体特点,给出了巧妙的实现方案,完成了算法需要的功能.(3)设计中使用了模块复用和流水线技术.(4)根据设计结果,给出了各个模块占用的硬件资源和运行速度.实验结果表明,本文所设计的硬件系统能够正常工作,在速度和面积方面都达到了设计要求.
上传时间： 2013-06-12
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低密度校验码（LDPC，Low Density Parity Check Code）是一种性能接近香农极限的信道编码，已被广泛地采用到各种无线通信领域标准中，包括我国的数字电视地面传输标准、欧洲第二代卫星数字视频广播标准（DVB-S2，Digital Video Broadcasting-Satellite 2）、IEEE 802.11n、IEEE 802.16e等。它是3G乃至将来4G通信系统中的核心技术之一。 当今LDPC码构造的主流方向有两个，分别是结合准循环（QC，Quasi Cyclic）移位结构的单次扩展构造和类似重复累积（RA，Repeat Accumulate）码构造。相应地，主要的LDPC码编码算法有基于生成矩阵的算法和基于迭代译码的算法。基于生成矩阵的编码算法吞吐量高，但是需要较多的寄存器和ROM资源；基于迭代译码的编码算法实现简单，但是吞吐量不高，且不容易构造高性能的好码。 本文在研究了上述几种码构造和编码算法之后，结合编译码器综合实现的复杂度考虑，提出了一种切实可行的基于二次扩展（Dex，Duplex Expansion）的QC-LDPC码构造方法，以实现高吞吐量的LDPC码收发端；并且充分利用该类码校验矩阵准循环移位结构的特点，结合RU算法，提出了一种新编码器的设计方案。 基于二次扩展的QC-LDPC码构造方法，是通过对母矩阵先后进行乱序扩展（Pex，Permutation Expansion）和循环移位扩展（CSEx，Cyclic Shift Expansion）实现的。在此基础上，为了实现可变码长、可变码率，一般编译码器需同时支持多个乱序扩展和循环移位扩展的扩展因子。本文所述二次扩展构造方法的特点在于，固定循环移位扩展的扩展因子大小不变，支持多个乱序扩展的扩展因子，使得译码器结构得以精简；构造得到的码字具有近似规则码的结构，便于硬件实现；（伪）随机生成的循环移位系数能够提高码字的误码性能，是对硬件实现和误码性能的一种折中。 新编码器在很大程度上考虑了资源的复用，使得实现复杂度近似与码长成正比。考虑到吞吐量的要求，新编码器结构完全抛弃了RU算法中串行的前向替换（FS，Forward Substitution）模块，同时简化了流水线结构，由原先RU算法的6级降低为4级；为了缩短编码延时，设计时安排每一级流水线计算所需的时钟数大致相同。 这种码字构造和编码联合设计方案具有以下优势：相比RU算法，新方案对可变码长、可变码率的支持更灵活，吞吐量也更大；相比基于生成矩阵的编码算法，新方案节省了50％以上的寄存器和ROM资源，单位资源下的吞吐量更大；相比类似重复累积码结构的基于迭代译码的编码算法，新方案使高性能LDPC码的构造更为方便。以上结果都在Xilinx Virtex II pro 70 FPGA上得到验证。 通过在实验板上实测表明，上述基于二次扩展的QC-LDPC码构造和相应的编码方案能够实现高吞吐量LDPC码收发端，在实际应用中具有很高的价值。 目前，LDPC码正向着非规则、自适应、信源信道及调制联合编码方向发展。跨层联合编码的构造方法，及其对应的编码算法，也必将成为信道编码理论未来的研究重点。
上传时间： 2013-07-26
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随着红外焦平面阵列的不断发展，红外技术的应用范围将越来越广泛。焦平面面阵探测器的一个最大的缺点是固有的非均匀性。本文首先介绍了红外热成像技术的发展，讨论了红外焦平面阵列的基本原理和工作方式，分析了红外非均匀性产生的原因。其次研究了几种主要的非均匀校正方法以及焦平面阵列元的盲元检测和补偿的方法，对红外图像处理技术做了研究。 本文研究的探测器是法国ULIS公司的320×240非制冷微测辐射热计焦平面阵列探测器。主要研究对其输出信号进行非均匀性校正和图像增强。最后针对这一课题编写了基于FPGA的两点校正、两点加一点校正、全局非均匀校正算法和红外图像直方图均衡化增强程序，并对三种校正方法做了比较。
上传时间： 2013-08-03
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软件无线电已成为无线通信非常关键的技术之一。其基本思想是将宽带A/D、D/A尽可能靠近天线，在一个开放式、模块化的通用硬件平台上用尽可能多的软件来实现无线电台的各种功能。 本文所讨论的多相滤波器组信道化接收机(PPCR)及信道非均匀划分，即是应用了软件无线电理念的一种新技术。该技术针对传统无线电接收机存在的结构不灵活、系统升级困难、同时处理多信号能力弱及系统规模过大等问题，应用现代多速率信号处理理论对之进行了改进。改进后的软件无线电PPCR．具有全概率接收能力，能对信号进行下变频并降低其采样率处理，实现后资源耗费较低，而且依托现场可编程门阵列(FPGA)建立的平台是开放式的，在需要时可在不改变硬件系统的情况下通过软件更改系统的功能，极大地提高了系统的灵活性。诸多的优点使其具有十分广泛的应用前景，也成为当前研究热点之一。 本文首先介绍了课题的应用背景，并深入讨论了软件无线电的基本理论：信号采样理论及多速率信号处理理论，介绍了应用PPCR的采样处理过程，给出了推导PPCR的数学模型，并在此基础上分析阐述了信道非均匀划分的原理。 在本文的系统仿真及实现部分，首先介绍了应用现代DSP开发工具DSPBuilder进行开发的设计流程，然后对应用DSP Builder来设计PPCR中的主要模块一多相滤波器组及快速傅立叶变换模块做了详细阐述，最后对系统仿真及实现过程的实验结果图进行了分析。 本文主要是在实验室阶段对算法在硬件实现上进行研究。成果可以作为后续应用研究的基础，对各种应用软件无线电理念的通信系统都具有一定的参考价值。
上传时间： 2013-06-17
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