信号与信息处理是信息科学中近几年来发展最为迅速的学科之一,随着片上系统(SOC,System On Chip)时代的到来,FPGA正处于革命性数字信号处理的前沿。基于FPGA的设计可以在系统可再编程及在系统调试,具有吞吐量高,能够更好地防止授权复制、元器件和开发成本进一步降低、开发时间也大大缩短等优点。然而,FPGA器件是基于SRAM结构的编程工艺,掉电后编程信息立即丢失,每次加电时,配置数据都必须重新下载,并且器件支持多种配置方式,所以研究FPGA器件的配置方案在FPGA系统设计中具有极其重要的价值,这也给用于可编程逻辑器件编程的配置接口电路和实验开发设备提出了更高的要求。 本论文基于IEEE1149.1标准和USB2.0技术,完成了FPGA配置接口电路及实验开发板的设计与实现。作者在充分理解IEEE1149.1标准和USB技术原理的基础上,针对Altcra公司专用的USB数据配置电缆USB-Blaster,对其内部工作原理及工作时序进行测试与详细分析,完成了基于USB配置接口的FPGA芯片开发实验电路的完整软硬件设计及功能时序仿真。作者最后进行了软硬件调试,完成测试与验证,实现了对Altera系列PLD的配置功能及实验开发板的功能。 本文讨论的USB下载接口电路被验证能在Altera的QuartusII开发环境下直接使用,无须在主机端另行设计通信软件,其兼容性较现有设计有所提高。由于PLD(Programmable Logic Device)厂商对其知识产权严格保密,使得基于USB接口的配置电路应用受到很大限制,同时也加大了自行对其进行开发设计的难度。 与传统的基于PC并口的下载接口电路相比,本设计的基于USB下载接口电路及FPGA实验开发板具有更高的编程下载速率、支持热插拔、体积小、便于携带、降低对PC硬件伤害,且具备其它下载接口电路不具备的SignalTapII嵌入式逻辑分析仪和调试NiosII嵌入式软核处理器等明显优势。从成本来看,本设计的USB配置接口电路及FPGA实验开发板与其同类产品相比有较强的竞争力。
上传时间： 2013-06-07
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随着GPS(Global Positioning System)技术的不断发展和成熟，其全球性、全天候、低成本等特点使得GPS接收机的用户数量大幅度增加，应用领域越来越广。但由于定位过程中各种误差源的存在，单机定位精度受到影响。目前常从两个方面考虑减小误差提高精度：①用高精度相位天线、差分技术等通过提高硬件成本获取高精度；②针对误差源用滤波算法从软件方面实现精度提高。两种方法中，后者相对于前者在满足精度要求的前提下节约成本，而且便于系统融合，是应用于GPS定位的系统中更有前景的方法。但由于在系统中实现定位滤波算法需要时间，传统CPU往往不能满足实时性的要求，而FPGA以其快速并行计算越来越受到青睐。 本文在FPGA平台上，根据“先时序后电路”的设计思想，由同步没计方法以及自顶向下和自下而上的混合设计方法实现系统的总体设计。从GPS-OEM板输出的定位信息的接收到定位结果的坐标变换，最终到kalman滤波递推计算减小定位误差，实现实时、快速、高精度的GPS定位信息采集处理系统，为GPS定位数据的处理方法做了新的尝试，为基于FPGA的GPS嵌入式系统的开发奠定了基础。具体工作如下： 基于FPGA设计了GPS定位数据的正确接收和显示，以及经纬度到平面坐标的投影变换。根掘GPS输出信息标准和格式，通过串口接收模块实现串口数掘的接收和经纬度信息提取，并通过LCD实时显示。在提取信息的同时将数据格式由ASCⅡ码转变为十进制整数型，实现利用移位和加法运算达到代替乘法运算的效果，从而减少资源的利用率。在坐标转换过程中，利用查找表的方法查找转化时需要的各个参数值，并将该参数先转为双精度浮点小数，再进行坐标转换。根据高斯转化公式的规律将公式简化成只涉及加法和乘法运算，以此简化公式运算量，达到节省资源的目的。 卡尔曼滤波器的实现。首先分析了影响定位精度的各种误差因素，将各种误差因素视为一阶马尔科夫过程的总误差，建立了系统状态方程、观测方程和滤波方程，并基于分散滤波的思想进行卡尔曼滤波设计，并通过Matlab进行仿真。结果表明，本文设计的卡尔曼滤波器收敛性好，定位精度高、估计误差小。在仿真基础上，实现基于FPGA的卡尔曼滤波计算。在满足实时性的基础上，通过IP核、模块的分时复用和树状结构节省资源，实现数据卡尔曼滤波，达到提高数据精度的效果。 设计中以Xilinx公司的Virtex-5系列的XC5VLX110-FF676为硬件平台，采用Verilog HDL硬件描述语言实现，利用Xilinx公司的ISE10.1工具布局布线，一共使用44438个逻辑资源，时钟频率达到100MHZ以上，满足实时性信号处理要求，在保证精度的前提下达到资源最优。Modelsim仿真验证了该设计的正确性。
上传时间： 2013-04-24
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数字超声诊断设备在临床诊断中应用十分广泛，研制全数字化的医疗仪器已成为趋势。尽管很多超声成像仪器设计制造中使用了数字化技术，但是我们可以说现代VLSI 和EDA 技术在其中并没有得到充分有效的应用。随着现代电子信息技术的发展，PLD 在很多与B 型超声成像或多普勒超声成像有关的领域都得到了较好的应用，例如数字通信和相控雷达领域。 在研究现代超声成像原理的基础上，我们首先介绍了常见的数字超声成像仪器的基本结构和模块功能，同时也介绍了现代FPGA 和EDA 技术。随后我们详细分析讨论了B 超中，全数字化波束合成器的关键技术和实现手段。我们设计实现了片内高速异步FIFO 以降低采样率，仿真结果表明资源使用合理且访问时间很小。正交检波方法既能给出灰度超声成像所需要的回波的幅值信息，也能给出多普勒超声成像所需要的回波的相移信息。我们设计实现了基于直接数字频率合成原理的数控振荡器，能够给出一对幅值和相位较平衡的正交信号，且在FPGA 片内实现方案简单廉价。数控振荡器输出波形的频率可动态控制且精度较高，对于随着超声在人体组织深度上的穿透衰减，导致回波中心频率下移的声学物理现象，可视作将回波接收机的中心频率同步动态变化进行补偿。 还设计实现了B 型数字超声诊断仪前端发射波束聚焦和扫描控制子系统。在单片FPGA 芯片内部设计实现了聚焦延时、脉宽和重复频率可动态控制的发射驱动脉冲产生器、线扫控制、探头激励控制、功能码存储等功能模块，功能仿真和时序分析结果表明该子系统为设计实现高速度、高精度、高集成度的全数字化超声诊断设备打下了良好的基础，将加快其研发和制造进程，为生物医学电子、医疗设备和超声诊断等方面带来新思路。
上传时间： 2013-05-30
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基于嵌入式技术的远程监控系统可以达到动态、无死角的监控目的，可以对一些特殊环境进行远程监视和控制，且不受湿度、温度等条件的影响，广泛应用于军事、交通、智能家居、医疗监护等多个领域。可以解决传统监控系统将图像采集设备固定在一个地方而使监控范围有限，适用场合少等弊端。 本文设计了一款基于ARM和FPGA的远程监控系统。首先在对远程监控系统功能分析的基础上，设计了以ARM为主控制器和FPGA为辅助控制器的硬件电路，采用ARM芯片控制图像采集、速度采集、网络传输等干扰小的模块，采用FPGA芯片控制电机驱动、舵机驱动、电池监控等干扰大的模块，大大提高了系统的稳定性；其次设计了基于WinCE操作系统的图像采集、GPIO、PWM、外中断EINT-19的流接口驱动程序；同时设计了基于WinCE操作系统的图像采集及压缩、网络通信、车模速度采集的应用程序；FPGA内部逻辑电路采用Verilog语言完成电源监控、舵机控制、直流电机控制等功能。 本系统集图像采集和压缩、运动控制、网络传输于一体。其图像采集速度达30帧/秒，图像分辨率达640x480，JPEG压缩比达10：1，控制命令响应时间为1s，网络传输速率达10Mbps。其功能扩展容易，功耗低，体积小，抗干扰能力强，具有很好的市场前景。
上传时间： 2013-06-18
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PCI（Peripheral Component Interconnect）局部总线是微型计算机中处理器、存储器与外围控制部件、扩展卡之间的互连接口，由于其速度快、可靠性高、成本低、兼容性好等特点，在各种计算机总线标准占有重要地位，基于PCI标准的接口设计已经成为相关项目开发中的一个重要的选择。 目前，现场可编程门阵列FPGA（Field Programmable Gates）得到了广泛应用。由于其具有规模大，开发过程投资小，可反复编程，且支持软硬件协同设计等特点，因此已逐步成为复杂数字硬件电路设计的首选。 PCI接口的开发有多种方法，主要有两种：一是使用专用接口芯片，二是使用可编程逻辑器件，如FPGA。本论文基于成本和实际需要的考虑，采用第二种方法进行设计。 本论文采用自上而下（Top-To-Down）和模块化的设计方法，使用FPGA和硬件描述语言（VHDL和Verilog HDL）设计了一个PCI接口核，并通过自行设计的试验板对其进行验证。为使设计准确可靠，在具体模块的设计中广泛采用流水线技术和状态机的方法。 论文最终设计完成了一个33M32位的PCI主从接口，并把它作为以NIOSⅡ为核心的SOPC片内外设，与通用计算机成功进行了通讯。 论文对PCI接口进行了功能仿真，仿真结果和PCI协议的要求一致，表明本论文设计正确。把设计下载进FPGA芯片EP2C8Q208C7之后，论文给出了使用SIGNALTAPⅡ观察到的信号实际波形，波形显示PCI接口能够满足本设计中系统的需要。本文最后还给出试验板的具体设计步骤及驱动程序的安装。
上传时间： 2013-07-28
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生物医学信号是源于一个生物系统的一类信号，像心音、脑电、生物序列和基因以及神经活动等，这些信号通常含有与生物系统生理和结构状态相关的信息，它们对这些系统状态的研究和诊断具有很大的价值。信号拾取、采集和处理的正确与否直接影响到生物医学研究的准确性，如何有效地从强噪声背景中提取有用的生物医学信号是信号处理技术的重要问题。 设计自适应滤波器对带有工频干扰的生物医学信号进行滤波，从而消除工频干扰，获得最佳的滤波效果是本研究要解决的问题。生物医学信号具有信号弱、噪声强、频率范围较低、随机性强等特点。由于心电(electrocardiogram，ECG)信号的确定性、稳定性、规则性都比其他生物信号高，便于准确评估和检测滤波效果，本研究采用ECG信号作为原始的模板信号。 本研究将新的电子芯片技术与现代信号处理技术相结合，从过去单一的软件算法研究，转向软件与硬件结合，从而提高自适应速度和精度，而且可以使系统的开发周期缩短、成本降低、容易升级和变更。 采用现场可编程逻辑器件(Field Programmable Gate Array，FPGA)作为新的ECG快速提取算法的硬件载体，加快信号处理的速度。为了将ECG快速提取算法转换为常用的适合于FPGA芯片的定点数算法，研究中详细分析了定点数的量化效应对自适应噪声消除器的影响，以及对浮点数算法和定点数算法的复合自适应滤波器的各种参数的选择，如步长因子和字长选择。研究中以定点数算法中的步长因子和字长选择，作为FPGA设计的基础，利用串并结合的硬件结构实现自适应滤波器，并得到了预期的效果，准确提取改善后的ECG信号。 研究中，在MATLAB(Matrix Laboratry)软件的环境下模拟，选取带有50Hz工频干扰的不同信噪比的ECG原始信号，在浮点数情况下，原始信号通过采用最小均方LMS(LeastMean Squares)算法的浮点数自适应滤波器后，根据信噪比的改善和收敛速度，确定不同的最佳μ值，并在定点数情况下，在最佳μ值的情况下，原始信号通过采用LMs算法的定点数自适应滤波器后，根据信噪比的改善效果和采用硬件的经济性，确定最佳的定点数。并了解LMS算法中步长因子、定点数字长值对信号信噪比、收敛速度和硬件经济性的影响。从而得出针对含有工频干扰的不同信噪比的原始ECG，应该采用什么样的μ值和什么样的定点数才能对原始ECG的改善和以后的硬件实现取得最佳的效果，并根据所得到的数据和结果，在FPGA上实现自适应滤波器，使自适应滤波器能对带有工频干扰的ECG原始信号有最佳的滤波效果。
上传时间： 2013-04-24
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·本书是《从算法设计到硬线逻辑的实现——复杂数字逻辑系统的Verilog HDL设计技术和方法》的配套用书。主要内容包括12个实验练习和Verilog的语法手册。各个实验由浅入深，从简单到复杂，介绍了用Verilog语言设计数字电路系统的实用方法与技术，有较强的实践性与指导意义。语法部分包括标志符的使用、基本语句以及系统任务与函数的介绍。内容较为详尽，可方便学生与工程技术人员查询使用，对学习Veri
上传时间： 2013-06-30
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目 录 第一章 概述 3 第一节 硬件开发过程简介 3 §1.1.1 硬件开发的基本过程 4 §1.1.2 硬件开发的规范化 4 第二节 硬件工程师职责与基本技能 4 §1.2.1 硬件工程师职责 4 §1.2.1 硬件工程师基本素质与技术 5 第二章 硬件开发规范化管理 5 第一节 硬件开发流程 5 §3.1.1 硬件开发流程文件介绍 5 §3.2.2 硬件开发流程详解 6 第二节 硬件开发文档规范 9 §2.2.1 硬件开发文档规范文件介绍 9 §2.2.2 硬件开发文档编制规范详解 10 第三节 与硬件开发相关的流程文件介绍 11 §3.3.1 项目立项流程： 11 §3.3.2 项目实施管理流程： 12 §3.3.3 软件开发流程： 12 §3.3.4 系统测试工作流程： 12 §3.3.5 中试接口流程 12 §3.3.6 内部验收流程 13 第三章 硬件EMC设计规范 13 第一节 CAD辅助设计 14 第二节 可编程器件的使用 19 §3.2.1 FPGA产品性能和技术参数 19 §3.2.2 FPGA的开发工具的使用： 22 §3.2.3 EPLD产品性能和技术参数 23 §3.2.4 MAX + PLUS II开发工具 26 §3.2.5 VHDL语音 33 第三节 常用的接口及总线设计 42 §3.3.1 接口标准： 42 §3.3.2 串口设计： 43 §3.3.3 并口设计及总线设计： 44 §3.3.4 RS－232接口总线 44 §3.3.5 RS－422和RS－423标准接口联接方法 45 §3.3.6 RS－485标准接口与联接方法 45 §3.3.7 20mA电流环路串行接口与联接方法 47 第四节 单板硬件设计指南 48 §3.4.1 电源滤波： 48 §3.4.2 带电插拔座： 48 §3.4.3 上下拉电阻： 49 §3.4.4 ID的标准电路 49 §3.4.5 高速时钟线设计 50 §3.4.6 接口驱动及支持芯片 51 §3.4.7 复位电路 51 §3.4.8 Watchdog电路 52 §3.4.9 单板调试端口设计及常用仪器 53 第五节 逻辑电平设计与转换 54 §3.5.1 TTL、ECL、PECL、CMOS标准 54 §3.5.2 TTL、ECL、MOS互连与电平转换 66 第六节 母板设计指南 67 §3.6.1 公司常用母板简介 67 §3.6.2 高速传线理论与设计 70 §3.6.3 总线阻抗匹配、总线驱动与端接 76 §3.6.4 布线策略与电磁干扰 79 第七节 单板软件开发 81 §3.7.1 常用CPU介绍 81 §3.7.2 开发环境 82 §3.7.3 单板软件调试 82 §3.7.4 编程规范 82 第八节 硬件整体设计 88 §3.8.1 接地设计 88 §3.8.2 电源设计 91 第九节 时钟、同步与时钟分配 95 §3.9.1 时钟信号的作用 95 §3.9.2 时钟原理、性能指标、测试 102 第十节 DSP技术 108 §3.10.1 DSP概述 108 §3.10.2 DSP的特点与应用 109 §3.10.3 TMS320 C54X DSP硬件结构 110 §3.10.4 TMS320C54X的软件编程 114 第四章 常用通信协议及标准 120 第一节 国际标准化组织 120 §4.1.1 ISO 120 §4.1.2 CCITT及ITU-T 121 §4.1.3 IEEE 121 §4.1.4 ETSI 121 §4.1.5 ANSI 122 §4.1.6 TIA/EIA 122 §4.1.7 Bellcore 122 第二节 硬件开发常用通信标准 122 §4.2.1 ISO开放系统互联模型 122 §4.2.2 CCITT G系列建议 123 §4.2.3 I系列标准 125 §4.2.4 V系列标准 125 §4.2.5 TIA/EIA 系列接口标准 128 §4.2.5 CCITT X系列建议 130 参考文献 132 第五章 物料选型与申购 132 第一节 物料选型的基本原则 132 第二节 IC的选型 134 第三节 阻容器件的选型 137 第四节 光器件的选用 141 第五节 物料申购流程 144 第六节 接触供应商须知 145 第七节 MRPII及BOM基础和使用 146
标签： 硬件工程师
上传时间： 2013-05-28
上传用户：pscsmon
介绍了应用VHDL技术设计嵌入式全数字锁相环路的方法，详细叙述了其工作原理和设计思想，并用可编程逻辑器件FPGA实现。
上传时间： 2013-08-11
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介绍了3DES加密算法的原理并详尽描述了该算法的FPGA设计实现。采用了状态机和流水线技术，使得在面积和速度上达到最佳优化；添加了输入和输出接口的设计以增强该算法应用的灵活性。各模块均用硬件描述语言实现，最终下载到FPGA芯片Stratix EP1S25F780C5中。
上传时间： 2013-08-20
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