大规模可编程逻辑器件CPLD和FPGA是当今应用最广泛的两类可编程专用集成电路(ASIC),电子设计工程师用它可以在办公室或实验室里设计出所需的专用集成电路,从而大大缩短了产品上市时间,降低了开发成本.此外,可编程逻辑器件还具有静态可重复编程和动态系统重构的特性,使得硬件的功能可以象软件一样通过编程来修改,这样就极大地提高了电子系统设计的灵活性和通用性.该设计完成了在一片可编程逻辑器件上开发简易计算机的设计任务,将单片机与单片机外围电路集成化,能够输入指令、执行指令、输出结果,具有在电子系统中应用的普遍意义,另外,也可以用于计算机组成原理的教学试验.该文第一章简要介绍了可编程ASIC和EDA技术的历史、现状、未来并对本课题作了简要陈述.第二章在芯片设计的两种输入法即原理图输入法和HDL输入法之间做出比较,决定选用HDL输入法.第三章描述了具体的设计过程和设计手段,首先将简易计算机划分为运算器、CPU控制器、存储器、键盘接口和显示接口以及系统控制器,然后再往下分为下层子模块.输入法的语言使用的是Verilog HDL,鉴于篇幅所限,源代码部分不在论文之中.第四章对设计的综合与实现做了总结,给出了时序仿真波形图.该文针对FPGA和RISC这两大课题,对RISC在FPGA上的实现进行了初浅的探索与尝试.从计算机体系结构入手,剖析了精简指令集计算机的原理,通过该设计的实践对ASIC和EDA的设计潜力有了更进一步的领悟.
上传时间： 2013-05-21
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随着微电子技术的发展，可编程逻辑器件取得了迅速的发展，其功能日益强大，FPGA内部可用逻辑资源飞速增长，近来推出的FPGA都针对数字信号处理的特点做了特定设计，集成了存储器、锁相环（PLL）、硬件乘法器、DSP模块等，通过使用各个公司提供的FPGA开发软件使用硬件描述语言，可以实现特定的信号处理算法，如FFT、FIR等算法，为电子设计工程师提供了新的选择。实时图像处理系统采用FPGA+DSP的结构来完成整个复杂的图像处理算法。将图像处理算法进行分类，FPGA和DSP份协作发挥各自的长处，对于算法实现简单、运算量大、实时性高的这类处理过程由大容量高性能的FPGA实现，DSP则用来处理经过预处理后的图像数据，来运行算法结构复杂，乘加运算多的算法。整个系统主要包括FPGA处理单元、DSP处理单元以及PCI接口通讯三个部分。主要取得的了以下的研究成果：（1）研究了FPGA的工作原理及应用，完成了Stratix芯片的选型。设计了数字图像处理板的电路原理图和PCB设计图。并对电路板进行调试，工作正常。（2）完成了FPGA程序下载电缆的PCB电路设计，并调试成功，应用到FPGA的调试下载配置中，取得了良好的实验与经济效果。（3）充分利用FPGA的设计开发软件与工具，完成了中值滤波、形态学滤波和自适应阈值的FPGA实现，并给出了详细的实现过程。将算法下载到FPGA芯片，经过试验调试，达到要求。（4）研究了PCI接口通讯的实现方式，选用PCI9054芯片实现通讯，完成PCI接口电路设计，经过调试，实现了中断、DMA等方式，满足了数据传输的要求。（5）学习了C6701DSP芯片的工作特性以及内部功能结构，完成了DSP外围存储器的扩展、时钟信号发生以及电源模块等外围电路的设计。
上传时间： 2013-07-22
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在图像处理、航空航天、遥感测量、现代电子测试等很多领域，要求测试仪器设备能及时保存原始测试数据，用于事后数据分析和处理。同时前端探测器性能的提高，对于各种系统存储容量、体积、造价、稳定性等都提出了更高的要求。因此研制性能可靠、体积小、低成本的数据存储系统是十分必要的。 本文提出基于ARM嵌入式处理器+FPGA结构的高速信号采集与存储系统解决方案。进行了信号采集与存储系统设计。其特点是高性能、低成本、体积小。 文中利用了ARM处理器和FPGA可编程逻辑器件的特点，进行了基于本方案的硬件设计，：FPGA软件设计。叙述了PCB设计以及调试过程中需注意的问题。 系统的硬件设计以ARM和FPGA为平台，ARM处理器采用了Samsung公司的S3C2410，FPGA采用Altera公司的EP2C8。硬件设计围绕着核心芯片，进行了电源设计和ARM和FPGA外围电路设计。 ARM处理器实现了系统的控制；FPGA作为协处理器实现了FIFO，一些接口、时序控制等，协助ARM采集数据。在FPGA中实现硬件电路简化了外围电路，使得设计灵活，开发调试方便，也提高了系统的可靠性。 系统软件操作系统采用的是Linux，基于嵌入式Linux操作系统的特点，分析了系统的实时性。接着进行了Linux平台上基于Qt的用户界面应用程序设计。 最后分析了系统测试结果，并指出存在的问题和改进方法。
上传时间： 2013-07-10
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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： 2013-04-24
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随着信息技术的不断发展，安全、可靠的身份识别技术成为许多系统首先考虑的问题。指纹具有唯一性和稳定性，因此指纹采集技术是指纹识别技术中的最为重要的一个环节，伴随着生物识别技术的不断提高，以及指纹传感器的性能不断提升，指纹识别技术的应用越来越广泛。因此，高质量的采集指纹图像技术已经成为一个重要的研究课题。 本文的内容是基于ARM的指纹采集系统的设计。按照设计思想，系统主要包括两个大的模块：指纹图像采集模块、指纹图像传输模块。在设计工作中，根据系统的实现要求和本专业领域内最新技术的发展状况，确定了以Samsung公司的ARM7处理器S3C44BOX和ALTERA公司的复杂可逻辑编程器件EPM240为核心的系统组成方案。 本文主要做的工作有：首先介绍了指纹识别技术的基本原理和方法，通过对不同类型指纹传感器的比较选择了性价比较高的电容式指纹传感器。设计了以Samsung ARM和MBF200电容式指纹传感器为主要组成部分的电容式指纹采集系统。在ADS1.2编译环境下对ARM进行基于C语言和汇编语言混合编程的初始化程序，指纹采集程序以及数据传输程序；采用了USB技术实现系统与计算机之间的通讯，大大提高了指纹图像数据的传输速度；采用CPLD对系统各个芯片之间的信号进行逻辑控制；采用SST公司的闪烁存储器SST39VF160存放系统启动程序Boot loader。 本文首先描述了整个系统的总体方案，然后主要从硬件电路设计和软件编程两个方面对系统进行了详细的描述，硬件设计包括芯片的选型、核心芯片接口电路设计以及处理器的外围电路设计，软件设计包括系统主程序、指纹采集程序以及指纹数据通讯的流程图。最后列举了一些在调试过程中碰到的一些问题以及解决办法，并为系统进一步优化提出了建议。
上传时间： 2013-07-23
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图像采集系统是数字图像信号处理过程中不可缺少的重要部分，它将前端相机所捕获的模拟信号转化为数字信号，或者直接从数字相机中获取数字信号，然后通过高速的计算机总线传回计算机，凭借计算机的强大的运算、数据存储与处理等操作能力，可以方便快捷地对信号进行分析处理，具有人机友好、功能灵活、可移植性强等优点。随着对数据传送速度要求的提高，PCI总线以其高的数据传输率，即插即用，低功耗等众多优点，得到广泛的应用。本文针对PCI总线接口电路使用的广泛性，介绍了PLX公司桥接芯片PCI9054主模式的工作原理和中断机制，采用可编程逻辑器件FPGA实现与PCI9054的本地接口的信号转换，给出了逻辑实现方案和仿真图。本文针对FPGA中各功能模块的逻辑设计进行了详细分析，并对每个模块都给出了精确的仿真结果。同时，文中还在其它章节详细介绍了系统的硬件电路设计、并行接口设计、PCI接口设计、PC端控制软件设计以及用于调试过程中的SignalTapⅡ嵌入式逻辑分析仪的使用方法，并且也对系统的仿真结果和测试结果给出了分析及讨论。最后还附上了系统的PCB版图、FPGA逻辑设计图、实物图及注释详细的相关源程序清单。在文章的软件设计部分介绍了WinDriver驱动开发工具，利用WinDriver工具，在WindowsXP系统下实现设备的驱动程序开发，完成主模式数据传输和设备中断的功能。
上传时间： 2013-06-03
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近年来，在钢铁材质质量检测的研究领域，电磁无损检测方法以其非破坏性和简便快速的优点取得了大量成果，然而对于钢材及其制品的混料、硬度和裂纹质量检测还存在许多难题.如用传统检测平台检测钢铁件硬度的检测精度和速度都不够理想。 基于上述情况，论文将先进的SOPC技术应用到钢铁件的电磁无损检测中。SOPC技术将处理器、存储器、IO接口、各种外围设备等系统设计需要的部件集成到一个可编程逻辑器件上，构建成一个可编程的片上系统。 论文详细论述了基于FPGA的电磁无损检测试验装置的理论基础，并在此基础上给出了总体设计方案。全文着重叙述了系统的模拟部分，系统配置以及软件部分的整个设计过程。利用QuartusⅡ自定义外设和Avalon总线多主并行处理的特点，采用Vefilog HDL，语言实现激励信号发生器和高速数据采集器，使得信号激励和信号采集在同一片芯片中实现，从而提高了信号及信号处理的精确度。由于电磁检测对多种参数的敏感反应，必须抑制由此引入的多种因素的干扰，利用FIR数字滤波和相关方法从众多的干扰信号中提取出有效信号的幅度和相位，同时利用NiosⅡC2H功能对滤波模块进行硬件加速处理，大大提高了信号处理的速度。利用最小二乘法建立回归方程模型进行无损检测。最后运用此电磁无损检测系统对轴承钢的硬度进行了定性测试，取得了较好的检测结果。 试验结果表明，将SOPC技术应用到电磁无损检测系统中，系统的检测速度和检测精度都有所提高，并使得整个系统在规模、可靠性、性能指标、开发成本、产品维护及硬件升级等多方面实现了优化。
上传时间： 2013-06-04
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随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，尤其是现场可编程器件的出现，为满足实时处理系统的要求，诞生了一种新颖灵活的技术——可重构技术。它采用实时电路重构技术，在运行时根据需要，动态改变系统的电路结构，从而使系统既有硬件优化所能达到的高速度和高效率，又能像软件那样灵活可变，易于升级，从而形成可重构系统。可重构系统的关键在于电路结构可以动态改变，这就需要有合适的可编程逻辑器件作为系统的核心部件来实现这一功能。 论文利用可重构技术和“FD-ARM7TDMLCSOC”实验板的可编程资源实现了一个8位微程序控制的“实验CPU”，将“实验CPU”与实验板上的ARMCPU构成双内核CPU系统，并对双内核CPU系统的工作方式和体系结构进行了初步研究。 首先，文章研究了8位微程序控制CPU的开发实现。通过设计实验CPU的系统逻辑图，来确定该CPU的指令系统，并给出指令的执行流程以及指令编码。“实验CPU”采用的是微程序控制器的方式来进行控制，因此进行了微程序控制器的设计，即微指令编码的设计和微程序编码的设计。为利用可编程资源实现该“实验CPU”，需对“实验CPU”进行VHDL描述。 其次，文章进行了“实验CPU”综合下载与开发。文章中使用“Synplicity733”作为综合工具和“Fastchip3.0”作为开发工具。将“实验CPU”的VHDL描述进行综合以及下载，与实验箱上的ARMCPU构成双内核CPU，实现了基于可重构技术的双内核CPU的系统。根据实验板的具体环境，文章对双内核CPU系统存在的关键问题，如“实验CPU”的内存读写问题、微程序控制器的实现，以及“实验CPU'’框架等进行了改进，并通过在开发工具中添加控制模块和驱动程序来实现系统工作方式的控制。 最后，文章对双核CPU系统进行了功能分析。经分析，该系统中两个CPU内核均可正常运行指令、执行任务。利用实验板上的ARMCPU监视用“实验CPU”的工作情况，如模拟“实验CPU”的内存，实现机器码运行，通过串行口发送的指令来完成单步运行、连续运行、停止、“实验CPU"指令文件传送、“实验CPU"内存修改、内存察看等工作，所有结果可显示在超级终端上。该系统通过利用ARMCPU来监控可重构CPU，研究双核CPU之间的通信，尝试新的体系结构。
上传时间： 2013-04-24
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FPGA是一种可通过用户编程来实现各种数字电路的集成电路器件。用FPGA设计数字系统有设计灵活、低成本，低风险、面市时间短等好处。本课题在结合国际上FPGA器件方面的各种研究成果基础上，对FPGA器件结构进行了深入的探讨，重点对FPGA的互连结构进行了分析与优化。FPGA器件速度和面积上相对于ASIC电路的不足很大程度上是由可编程布线结构造成的，FPGA一般用大量的可编程传输管开关和通用互连线段实现门器件的连接，而全定制电路中仅用简单的金属线实现，传输管开关带来很大的电阻和电容参数，因而速度要慢于后者。这也说明，通过优化可编程连接方式和布线结构，可大大改善电路的性能。本文研究了基于SRAM编程技术的FPGA器件中逻辑模块、互连资源等对FPGA性能和面积的影响。论文中在介绍FPGA器件的体系构架后，首先对开关矩阵进行了研究，结合Wilton开关矩阵和Disioint开关矩阵的特点，得到一个连接更加灵活的开关矩阵，提高了FPGA器件的可布线性，接着本课题中又对通用互连线长度、通用互连线间的连接方式和布线通道的宽度等进行了探讨，并针对本课题中的FPGA器件，得出了一套适合于中小规模逻辑器件的通用互连资源结构，仿真显示新的互连方案有较好的速度和面积性能，在互连资源的面积和性能上达到一个很好的折中。 接下来课题中对FPGA电路的可编程逻辑资源进行了研究，得到了一种逻辑规模适中的粗粒度逻辑块簇，该逻辑块簇采用类似Xilinx 公司的FPGA产品的LUT加触发器结构，使逻辑块簇内部基本逻辑单元的联系更加紧密，提高了逻辑资源的功能和利用率。随后我们还研究了IO模块数目的确定和分布式SRAM结构中编程电路结构的设计，并简单介绍了SRAM单元的晶体管级设计原理。最后，在对FPGA构架研究基础上，完成了一款FPGA电路的设计并设计了相应的电路测试方案，该课题结合CETC58研究所的一个重要项目进行，目前已成功通过CSMC0.6μm 2P2M工艺成功流片，测试结果显示其完全达到了预期的性能。
上传时间： 2013-04-24
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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： 2013-05-22
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