在国家重大科学工程HIRFL-CSR的CSR控制系统中，需要高速数据获取和处理系统。该系统通常采用存储器作为数据缓冲存储。同步动态随机存储器SDRAM凭借其集成度高、功耗低、可靠性高、处理能力强等优势成为最佳选择。但是SDRAM却具有复杂的时序，为了降低成本，所以采用目前很为流行的EDA技术，选择可编程逻辑器件中广泛使用的现场可编程门阵列FPGA，使用硬件描述语言VHDL，遵循先进的自顶向下的设计思想实现对SDRAM控制器的设计。 论文引言部分简单介绍了CSR控制系统，指出论文的课题来源与实际意义。第二章首先介绍了存储器的概况与性能指标，其次较为详细介绍了动态存储器DRAM的基本时序，最后对同步动态随机存储器SDRAM进行详尽论述，包括性能、特点、结构以及最为重要的一些操作和时序。第三、四章分别论述本课题的SDRAM控制器硬件与软件设计，重点介绍了具体芯片与FPGA设计技术。第五章为该SDRAM控制器在CsR控制系统中的一个经典应用，即同步事例处理器。最后对FPGA技术进行总结与展望。 本论文完整论述了控制器的设计原理和具体实现。从测试的结果来看，本控制器无论从结构上，还是软硬件上设计均满足了工程实际要求。
上传时间： 2013-07-11
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感应加热电源以其环保、节能等优点在工业生产中得到了广泛的应用，逆变控制电路是直接影响感应加热电源能否安全、高效运行的关键因素。目前的感应加热装置很多采用模拟电路控制，而模拟控制电路触点多，焊点多，系统可靠性低，对一些元件的工艺性要求高，电路中控制参数不容易进行修改，灵活性较差。近年来随着微处理机的发展，数字式控制精确，软件设计灵活，因而整个控制系统容易实现，在感应加热领域中运用数字式控制已是一个发展方向。 本文在模拟逆变控制系统的基础上，在可编程逻辑器件(FPGA)上进行了数字式并联逆变控制系统的研究。 首先，本文针对感应加热并联逆变控制的数字化进行了详细的研究。在参阅国内外相关文献的基础上，结合已有模拟并联逆变控制电路的工作原理，设计了全数字锁相环、它激转自激扫频启动模块等逆变控制功能模块，并对各个模块进行了相关的数学分析和功能仿真，结果证明可以达到预定的功能指标和设计要求。 然后，分析了感应加热电源的整体工作流程，针对模拟控制电路中控制参数不易进行修改、灵活性较差等问题，设计了数据采集、存储、显示等功能模块，有利于系统的调试，参数修改等实际操作。 最后，以模拟逆变控制策略为基础，分析了数字控制器的控制要求和策略。由硬件状态机实现数字控制器的设计，完成对整个逆变控制系统的整体控制操作。通过自上而下的总体设计，将各个部分组合起来，构成一个SOC系统。在FPGA集成软件中进行了各部分和整体的仿真验证，结果证明该设计可以完成逆变控制的各项需求和预定的人机交互操作。
上传时间： 2013-07-09
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在数字通信中，采用差错控制技术(纠错码)是提高信号传输可靠性的有效手段，并发挥着越来越重要的作用。纠错码主要有分组码和卷积码两种。在码率和编码器复杂程度相同的情况下，卷积码的性能优于分组码。 卷积码的译码方法主要有代数译码和概率译码。代数译码是基于码的代数结构；而概率译码不仅基于码的代数结构，还利用了信道的统计特性，能充分发挥卷积码的特点，使译码错误概率达到很小。 卷积码译码器的设计是由高性能的复杂译码器开始的，对于概率译码最初的序列译码，随着译码约束长度的增加，其译码错误概率可达到非常小。后来慢慢地向低性能的简单译码器演化，对不太长的约束长度，维特比(Viterbi)算法是非常实用的。维特比算法是一种最大似然的译码方法。当编码约束度不太大(小于等于10)或者误码率要求不太高(约10-5)时，Viterbi译码算法效率很高，速度很快，译码器也较简单。 目前，卷积码在数传系统，尤其是在卫星通信、移动通信等领域已被广泛应用。 本论文对卷积码编码和Viterbi译码的设计原理及其FPGA实现方案进行了研究。同时，将交织和解交织技术应用于编码和解码的过程中。 首先，简要介绍了卷积码的基础知识和维特比译码算法的基本原理，并对硬判决译码和软判决译码方法进行了比较。其次，讨论了交织和解交织技术及其在纠错码中的应用。然后，介绍了FPGA硬件资源和软件开发环境Quartus Ⅱ，包括数字系统的设计方法和设计规则。再有，对基于FPGA的维特比译码器各个模块和相应算法实现、优化进行了研究。最后，在Quartus Ⅱ平台上对硬判决译码和软判决译码以及有无交织等不同情况进行了仿真，并根据仿真结果分析了维特比译码器的性能。 分析结果表明，系统的误码率达到了设计要求，从而验证了译码器设计的可靠性，所设计基于FPGA的并行Viterbi译码器适用于高速数据传输的场合。
上传时间： 2013-04-24
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随着信号处理技术的进步和电子技术的发展，雷达信号侦察接收机逐渐从模拟体制向数字体制转变。软件无线电概念的提出，促使雷达侦察接收机朝大带宽、全截获方向发展，现有的串行信号处理体制已经很难满足系统要求。FPGA器件的出现，为实现宽带雷达信号侦察数字接收机提供了硬件支持。 本文结合FPGA芯片特点，在前人研究基础上，从算法和硬件实现两方面，对雷达信号侦察数字接收机若干关键技术进行了研究和创新，主要研究内容包括以下几个方面。 1)给出了基于QuartusII/Matlab和ISE/ModelSim/Matlab的两种FPGA设计联合仿真技术。这种联合仿真技术，大大提高了基于FPGA的雷达信号侦察数字接收机的设计效率。 2)给出了一种基于FFT/IFFT的宽带数字正交变换算法，并将该算法在FPGA中进行了硬件实现，设计可对600MHz带宽内的输入信号进行实时正交变换。 3)提出了一种全并行结构FFT的FPGA实现方案，并将其在FPGA芯片中进行了硬件实现，设计能够在一个时钟周期内完成32点并行FFT运算，满足了数字信道化接收机对数据处理速度的要求。 4)提出了一种自相关信号检测FPGA实现方案，通过改变FIFO长度改变自相关运算点数，实现了弱信号检测。提出通过二次门限处理来消除检测脉冲中的毛刺和凹陷，降低了虚警概率，提高了检测结果的可靠性。 5)在单通道自相关信号检测算法基础上，提出采用三路并行检测，每路采用不同的相关点数和检测门限，再综合考虑三路检测结果，得到最终检测结果。给出了算法FPGA实现过程，并对设计进行了联合时序仿真，提高了检测性能。 6)给出了一种利用FFT变换后的两根最大谱线进行插值的快速高精度频率估计方法，并将该算法在FPGA硬件中进行了实现。通过利用FFT运算后的实/虚部最大值进行插值，降低了硬件资源消耗、缩短了运算延迟。 7)结合4)、5)、6)中的研究成果，完成了对雷达脉冲信号到达时间、终止时间、脉冲宽度和脉冲频率的估计，最终在一块FPGA芯片内实现了一个精简的雷达信号侦察数字接收机，并在微波暗室中进行了测试。
上传时间： 2013-06-13
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目前，数字信号处理广泛应用于通信、雷达、声纳、语音与图像处理等领域，信号处理算法理论己趋于成熟，但其具体硬件实现方法却值得探讨。FPGA是近年来广泛应用的超大规模、超高速的可编程逻辑器件，由于其具有高集成度、高速、可编程等优点，大大推动了数字系统设计的单片化、自动化，缩短了单片数字系统的设计周期、提高了设计的灵活性和可靠性，在超高速信号处理和实时测控方面有非常广泛的应用。本文对FPGA的数据采集与处理技术进行研究，基于FPGA在数据采样控制和信号处理方面的高性能和单片系统发展的新热点，把FPGA作为整个数据采集与处理系统的控制核心。主要研究内容如下： FPGA的单片系统研究。针对数据采集与处理，对FPGA进行选型，设计了基于FPGA的单片系统的结构。把整个控制系统分为三个部分：多通道采样控制模块，数据处理模块，存储控制模块。 多通道采样控制模块的设计。利用4片AD7506和一片AD7862对64路模拟量进行周期采样，分别设计了通道选择控制模块和A/D转换控制模块，并进行了仿真，完成了基于FPGA的多通道采样控制。 数据处理模块的设计。FFT算法在数字信号处理中占有重要的地位，因此本文研究了FFT的硬件实现结构，提出了用FPGA实现FFT的一种设计思想，给出了总体实现框图。分别设计了旋转因子复数乘法器，碟形运算单元，存储器，控制器，并分别进行了仿真。重点设计实现了FFT算法中的蝶形处理单元，采用了一种高效乘法器算法设计实现了蝶形处理单元中的旋转因子乘法器，从而提高了蝶形处理器的运算速度，降低了运算复杂度。理论分析和仿真结果表明，状态机控制器成功地对各个模块进行了有序、协调的控制。 存储控制模块的设计。利用闪存芯片K9K1G08UOA对采集处理后的数据进行存储，设计了FPGA与闪存的硬件连接，设计了存储控制模块。 本文对FFT算法的硬件实现进行了研究，结合单片系统的特点，把整个系统分为多通道采样控制模块，数据处理模块，存储控制模块进行设计和仿真。设计采用VHDL编写程序的源代码。仿真测试结果表明，此FPGA单片系统可完成对实时信号的高速采集与处理。
上传时间： 2013-07-06
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在中、大规模电子系统的设计中，系统地综合运用信号完整性技术可以 带来很多好处，如缩短研发周期、降低产品成本、降低研发成本、提高产品性能 、提高产品可靠性。 数字电路在具有逻辑电路功能的同时，也具有丰富的模拟特性，电路设 计工程师需要通过精确测定、或估算各种噪声的幅度及其时域变化，将电路抗干 扰能力精确分配给各种噪声，经过精心设计和权衡，控制总噪声不超过电路的抗 干扰能力，保证产品性能的可靠实现。
上传时间： 2013-05-18
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由于旋转变压器的高精度高可靠性等特点，广泛的应用于如航空、航天、船舶、兵器、雷达、通讯等领域。旋转变压器输出模拟量交流信号，经过数字处理转换为数字角度信号才能进入计算机或其他控制系统，而这种数字处理比较复杂，采用专用的旋转变压器解码芯片想达到理想的精度通常需要较高的成本，限制了它在其他领域的应用。传统的角测量系统面临的问题有：体积、重量、功耗偏大，调试、误差补偿试验复杂，费用较高。 现场可编程门阵列(FPGA)是近年来迅速发展起来的新型可编程器件。随着它的不断应用和发展，也使电子设计的规模和集成度不断提高。同时也带来了电子系统设计方法和设计思想的不断推陈出新。 本文的目的是研究利用FPGA实现旋转变压器的硬件解码算法，设计基于FPGA的旋转变压器解码系统。 在本文所设计的系统中，通过FPGA芯片产生旋转变压器的激励信号，再控制A/D转换器对旋转变压器的模拟信号的数据进行采样和转换，并对转换完的数据进行滤波处理，使用基于CORDIC算法流水线结构设计的反正切函数模块解算出偏转角θ，最后通过串行口将解算的偏差角数据输出。本文还分析了该系统误差产生的原因和提高系统精度的方法。 实验结果表明，本文所设计的旋转变压器解码器的硬件组成和软件实现基本能够较精确的完成上述的信号转换和数据运算。
上传时间： 2013-05-23
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笔者在火灾自动报警系统的联网设计中，经大量试验，发现在使用RS-485总线时，如果简单地按常规方式设计电路，那么在实际工程中可能存在以下两个问题：一是通信数据收发不可靠；二是在多机通信方式下，一个节点的故障(如死机)往往会使得整个系统的通信框架崩溃，而且给故障的排查带来困难。针对上述问题，对485总线接口的软硬件设计采取了有效的改进措施，大大提高了联网系统的可靠性和稳定性。
上传时间： 2013-05-28
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基于FPGA的智能小车系统就是本地计算机通过接入Internet小车实现对远端工作现场、危险工作地段等特殊环境进行监视和控制的系统。智能小车是智能行走机器人的一种，这种智能小车可以适应不同环境，不受温度、湿度、空间、磁场辐射、重力等条件的影响，可以在人类无法进入或生存的环境中完成人类无法完成的探测任务。适用于国防及民用多个领域。整个系统以遥控小车装置为基础，通过配置在上面的摄像头实现图像的采集及对行车道的检测，通过配置的红外测温仪探测环境和目标的温度，具有一定的智能性。其明显的优点是可以通过网络远程控制小车运行及采集现场的温度、图像等相关信息，完成人类在特定条件下无法完成的工作。对人类的科学研究、探索未知领域、远程监控等有着重要的意义。 论文在深入研究SOPC和嵌入式操作系统的基础上，提出了基于FPGA的智能小车远程监控方案。采用FPGA来实现，可以充分利用现有的IP核，功能扩展容易，设计开发成本低，上市时间快，修改方便，甚至可以远程重构系统。与单片机相比，集成度高，可靠性好，调试和维护方便。 论文主要内容包括以下几个部分：在对智能小车功能分析的基础上，设计了硬件系统，并在FPGA上构建了基于Nios Ⅱ的嵌入式系统，配置了SPI、串行口和以太网接口模块和驱动程序，以及各种存储器。移植了μClinux操作系统，配置嵌入式Web服务器，编写CGI程序，设计了动态网页；并对行车道检测系统进行了研究，在DSP Builder中构建了该模块，并在Matlab中进行了仿真。在研究数码相机模块和红外测温模块的基础上，编写了图像采集和温度测量程序以及小车运动控制程序，并对系统进行了调试，初步达到通过Internet实现远程监控的目的。
上传时间： 2013-08-05
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随着科学技术的发展，指纹识别技术被广泛应用到各种不同的领域。对于一般的指纹识别系统，其设计要求具有很高的实时性和易用性，因此识别算法应该具有较低的复杂度，较快的运算速度，从而满足实时性的要求。所以有必要根据不同的识别算法采用不同的实现平台，使得指纹识别系统具有较高的可靠性、实时性、有效性等性能要求。 SOPC片上可编程系统和嵌入式系统是当前电子设计领域中最热门的概念。NiosⅡ是Altera．公司开发的一种采用流水线技术、单指令流的RISC嵌入式处理器软核，可以将它嵌入到FPGA内部，与用户自定义逻辑组建成一个基于FPGA的片上专用系统。 本文在综合考虑各种应用情况的基础上，以网络技术、数据库技术、指纹识别技术和嵌入式系统技术为理论基础，提出了一种有效可行的系统架构方案。对指纹识别技术中各个环节的算法和原理进行了深入研究，合理的改进了部分指纹识别算法；同时为了提高系统的实时性，采用NiosⅡ嵌入式处理器和FPGA硬件模块实现指纹图像处理主要算法。论文主要包括以下几个方面： 1、对指纹图像预处理、特征提取和特征匹配算法原理进行阐述，同时改进了指纹图像的细化算法，提高了算法的性能，并设计了一套实用的指纹特征数据结构； 2、针对指纹图像预处理模块，包括图像的归一化、频率提取、方向提取以及方向滤波，采用基于FPGA的硬件电路的方式实现。实验结果表明，在保证系统误识率较低、可靠性高的基础上，大大提高了系统的执行速度； 3、改变了传统的单枚指纹识别方法，提出采用多枚指纹唯一标识身份，大大降低了识别系统的误识率； 4、改进了传统的基于三角形匹配中获取基准点的方法，同时结合可变界限盒思想进行指纹特征匹配。 5、结合COM+技术、数据库技术和网络技术，开发了后台指纹特征匹配服务系统，实现了嵌入式指纹识别系统同数据库的实时信息交换。 实验结果表明，本文所提出的系统构架方案有效可行，基于FPGA的自动指纹识别系统在速度、功耗、扩展性等方面具有独特的优势，拥有广阔的发展前景。
上传时间： 2013-04-24
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