《计算机组成原理》是计算机系的一门核心课程。但是它涉及的知识面非常广，内容包括中央处理器、指令系统、存储系统、总线和输入输出系统等方面，学生在学习该课程时，普遍觉得内容抽象难于理解。但借助于该计算机组成原理实验系统，学生通过实验环节，可以进一步融会贯通学习内容，掌握计算机各模块的工作原理，相互关系的来龙去脉。 为了增强实验系统的功能，提高系统的灵活性，降低实验成本，我们采用FPGA芯片技术来彻底更新现有的计算器组成原理实验平台。该技术可根据用户要求为芯片加载由VHDL语言所编写出的不同的硬件逻辑，FPGA芯片具有重复编程能力，使得系统内硬件的功能可以像软件一样被编程，这种称为“软”硬件的全新系统设计概念，使实验系统具有极强的灵活性和适应性。它不仅使该系统性能的改进和扩充变得十分简易和方便，而且使学生自己设计不同的实验变为可能。计算机组成原理实验的最终目的是让学生能够设计CPU，但首先，学生必须知道CPU的各个功能部件是如何工作，以及相互之间是如何配合构成CPU的。因此，我们必须先设计出一个教学用的以FPGA芯片为核心的硬件平台，然后在此基础上开发出VHDL部件库及主要逻辑功能，并设计出一套实验。 本文重点研究了基于FPGA芯片的VHDL硬件系统，由于VHDL的高标准化和硬件描述能力，现代CPU的主要功能如计算，存储，I/O操作等均可由VHDL来实现。同时设计实验内容，包括时序电路的组成及控制原理实验、八位运算器的组成及复合运算实验、存储器实验、数据通路实验、浮点运算器实验、多流水线处理器实验等，这些实验形成一个相互关联的系统。每个实验先由教师讲解原理及原理图，学生根据教师提供的原理图，自己用MAX+PLUSII完成电路输入，学生实验实际上是编写VHDL，不需要写得很复杂，只要能调用接口，然后将程序烧入平台，这样既不会让学生花太多的时间在画电路图上，又能让学生更好的理解每个部件的工作原理和工作过程。 论文首先研究分析了FPGA硬件实验平台，即实验系统的硬件组成。系统采用FPGA-XC4010EPC84，62256CPLD以及其他外围芯片(例如74LS244，74LS275)组成。根据不同的实验要求，规划不同实验控制逻辑。用户可选择不同的实验逻辑，通过把实验逻辑下载到FPGA芯片中构成自己的实验平台。 其次，论文详细的阐述了VHDL模块化设计，如何运用VHDL技术来依次实现CPU的各个功能部件。VHDL语言作为一种国际标准化的硬件描述语言，自1987年获得IEEE批准以来，经过了1993年和2001年两次修改，至今已被众多的国际知名电子设计自动化(EDA)工具研发商所采用，并随同EDA设计工具一起广泛地进入了数字系统设计与研发领域，目前已成为电子业界普遍接受的一种硬件设计技术。再次，论文针对实验平台中遇到的较为棘手的多流水线等问题，也进行了深入的阐述和剖析。学生需要什么样的实验条件，实验内容及步骤才能了解当今CPU所采用的核心技术，才能掌握CPU的设计，运行原理。另外，本论文的背景是需要学生熟悉基本的VHDL知识或技能，因为实验是在编写VHDL代码的前提下完成的。 本文在基于实验室的环境下，基本上较为完整的实现了一个基于FPGA的实验平台方案。在此基础上，进行了部分功能的测试和部分性能方面的分析。本论文的研究，为FPGA在实际系统中的应用提供研究思路和参考方案。论文的研究结果将对FPGA与VHDL标准的进一步发展具有重要的理论和现实意义。
上传时间： 2013-04-24
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在卫星通信、移动通信技术快速发展的今天，短波这一最古老和传统的通信方式不仅没有被淘汰，还在快速发展。其通信距离远、设备简单以及移动方便等优点被广泛应用于无线通信领域。 数字调制技术作为通信领域中极为重要的一个方面，也得到了迅速发展。全数字调制解调技术的使用使各类现代调制解调技术融合一体，目前国内多速率/多制式调制解调大多基于通用．DSP实现，支持的速率比较低。由于运算量大和硬件参数的限制，采用通用DSP无法胜任高速率调制解调的任务。现代FPGA可以提供支持以低系统丌销、低成本实现高速乘．累加超前进位链的DSP算法。本文采用理论与实践相结合的方式研究基于FPGA技术来实现短波数字信号的调制解调。通过对具体的FPGA系统设计与调试，将理论应用到实际中。 本文通过具体的EPlC60240C8芯片作为处理器的FPGA实验板，研究了短波数字信号调制解调的设计与丌发过程。分析了现代通信的各种调制方式．误码率。得出了不同的调制方式的优劣性。最后重点提出了QPSK的调制解调方法。给出了Qf'SK的调制解调框图、QPSK的SystemView系统仿真、VHDL程序进行调制解调，在OUARTUS上进行仿真。然后设计AD/DA输入输出电路，对短波数字信号进行调制解调。通过设计的AD/DA电路输入短波数字信号进行调制解调，然后输出原始的模拟信号。文中还对比了其他的调制解调方式，通过对比，发现不同的调制解调方式对短波信号的影响。最后，通过比较FPGA与DSP在处理高速率、大容量的数字信号，得出不同的结论。展示了FPGA在这方面的优越性。
上传时间： 2013-06-05
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数字存储示波器（DSO）上世纪八十年代开始出现，由于当时它的带宽和分辨率较低，实时性较差，没有具备模拟示波器的某些特点，因此并没有受到人们的重视。随着数字电路、大规模集成电路及微处理器技术的发展，尤其是高速模/数（A/D）转换器及半导体存储器（RAM）的发展，数字存储示波器的采样速率和实时性能得到了很大的提高，在工程测量中，越来越多的工程师用DSO来替代模拟示波器。 本文介绍了一款双通道采样速率达1GHz，分辨率为8Bits，实时带宽为200MHz数字存储示波器的研制。通过对具体功能和技术指标的分析，提出了FPGA＋ARM架构的技术方案。然后，本文分模块详细叙述了整机系统中部分模块，包括前端高速A/D转换器和FPGA的硬件模块设计，数据处理模块软件的设计，以及DSO的GPIB扩展接口逻辑模块的设计。 本文在分析了传统DSO架构的基础上，提出了本系统的设计思想和实现方案。在高速A/D选择上，国家半导体公司2005年推出的双通道采样速率达500MHz高速A/D转换器芯片ADC08D500，利用其双边沿采样模式（DES）实现对单通道1GHz的采样速率，并且用Xilinx公司Spraten-3E系列FPGA作为数据缓冲单元和存储单元，提高了系统的集成度和稳定性。其中，FPGA缓冲单元完成对不同时基情况下多通道数据的抽取，处理单元完成对数据正弦内插的计算，而DSO中其余数据处理功能包括数字滤波和FFT设计在后端的ARM内完成。DSO中常用的GPIB接口放在FPGA内集成，不仅充分利用了FPGA内丰富的逻辑资源，而且降低了整机成本，也减少了电路规模。 最后，利用ChipscopePro工具对采样系统进行调试，并分析了数据中的坏数据产生的原因，提出了解决方案, 并给出了FPGA接收高速A/D的正确数据。
上传时间： 2013-07-07
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本文进行了基于FPGA的GPS直序伪码扩频接收机的设计和数字化硬件实现。论文首先对GPS卫星导航定位系统进行了分析，并对与数字化接收机直接相关联的GPS信号中频部分结合实际系统要求进行了设计和分析，由此确定了数字化伪码捕获跟踪接收机研制的具体要求，之后完成了接收机中频数字化方案设计。同时对伪码捕获跟踪后端的载波捕获跟踪的实现方案进行了描述和分析。最后利用EDA工具在FPGA芯片上实现了GPS数字化接收机的伪码捕获跟踪。 受工作环境的制约，GPS卫星接收机系统首先表现为功率受限系统，接收机必须满足在低信噪比条件下工作。同时接收机与卫星间高动态产生的多普勒频率，给接收机实现快速捕获带来了难度。通过仿真分析，综合了实现难度和性能两方面因素，针对小信噪比工作条件提出了改进型的序贯伪码捕获实施方案。同时按照捕获概率和时间的要求，对接收机偏压、上、下门限、NCO增益等进行了设计和仿真分析，确定了捕获的数字化实现方案，伪码跟踪采用超前滞后环方案。捕获完成后可使本地伪码与接收伪码的相对误差保持在±1/4码元范围内，而跟踪环路的跟踪范围为±4/3码元，保证了捕获到跟踪的可靠衔接，同时采用可变环路带宽措施解决了跟踪速度和精度的矛盾。 在数字化实现设计中，给出了详细的数字化实现方案和分析，这样在保证工作精度的同时尽量减少硬件资源的开销，利用EDA工具，采用Veilog设计语言在Xilinx的VirtexII系列的XC2V500fg256的FPGA上完成数字化接收机伪码捕获跟踪的实现，并在其开发平台上对数字化接收机进行了仿真验证，在给定的工作条件下达到了设计性能和指标要求。
上传时间： 2013-04-24
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该论文基于NIOS Ⅱ软核处理器和Altera的FPGA技术，设计了一种便携式的振动频谱分析仪，用于旋转机械的故障监测和诊断。以SOPC技术为手段，将信号采集和信号处理电路通过可编程片上系统来实现，其特点是将对ADC的控制、数字信号的滤波、快速傅立叶变换的设计，通过FPGA芯片集成在一起，以NIOS Ⅱ来完成32位CPU的状态控制功能。工程机械、汽车车辆中都存在诸如发动机类的旋转机械，这类设备的异常振动往往会影响正常工作，严重时还会出现各种重大事故，该分析仪可以实时地或定期地对发动机、齿轮箱等旋转机械进行振动频谱分析和监测，运用于民用机械能产生非常好的经济效益。 该论文从四个方面进行了研究工作。其一，利用FPGA对ADC芯片的工作进行控制，使其在规定的时间内与DSP模块进行数据交换，并对ADC各引脚时序进行控制，使两者协调同步工作，编制了相应的VHDL语言程序。其二，采用SOPC Builder设计开发，实现了基于NIOS Ⅱ的32位CPU软核，创建了相应的C/C++和汇编的宏代码，使得软件可以访问用户自定义逻辑。对顶层设计产生的VHDL的RTL代码和仿真文件进行了综合、编译适配以及仿真。其三，配合Matlab和DSP Builder的强大功能进行DSP模块设计，开发出了FIR和FFT等功能模块，并且添加到SOPC系统中，使其可以由NIOS Ⅱ很容易的调用。其四，在NIOS Ⅱ系统中添加了uC/OS Ⅱ操作系统，提高了整个系统的稳定性，并且降低了开发难度，提高了系统升级的能力。由于整个设计是基于FPGA开发的，所以该系统包括了所有FPGA系统的特点，包括并行的DSP处理、在系统可编程、升级简单等特点，极易使设计产品化。
上传时间： 2013-04-24
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数字滤波器是现代数字信号处理系统的重要组成部分之一。ⅡR数字滤波器又是其中非常重要的一类虑波器，因其可以较低的阶次获得较高的频率选择特性而得到广泛应用。 本文研究了ⅡR数字滤波器的常用设计方法，在分析各种ⅡR实现结构的基础上，利用MATLAB针对并联型结构的ⅡR数字滤波器做了多方面的仿真，从理论分析和仿真情况确定了所要设计的ⅡR数字滤波器的实现结构以及中间数据精度。然后基于FPGA的结构特点，研究了ⅡR数字滤波器的FPGA设计与实现，提出应用流水线技术和并行处理技术相结合的方式来提高ⅡR数字滤波器处理速度的方法，同时又从ⅡR数字滤波器的结构特性出发，提出利用ⅡR数字滤波器的分解技术来改善ⅡR滤波器的设计。在ⅡR实现方面，本文采用Verilog HDL语言编写了相应的硬件实现程序，将内置SignalTap Ⅱ逻辑分析器的ⅡR设计下载到FPGA芯片，并利用Altera公司的SignalTap Ⅱ逻辑分析仪进行了定性测试，同时利用HP频谱仪进行定性与定量的观测，仿真与实验测试结果表明设计方法正确有效。
上传时间： 2013-04-24
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基于FPGA的静止图像压缩系统的研究-JPEG编码器的设计电力电子与电力传动数字图像在人们生活中的应用越来越广泛，由于原始图像数据量比较大，因此数字图像压缩技术逐渐成为图像应用的一个核心环节。在数字图像压缩领域，国际标准化组织于1992年推出的JPEG标准应用最为广泛。 本文基于FPGA设计了JPEG图像压缩系统，通过改进算法，优化结构，在合理的利用硬件资源的条件下，有效的挖掘出算法内部的并行性。改进了DCT变换算法，设计了并行查找表结构的乘法器，采用了流水线优化算法来解决时间并行性问题，提高了DCT模块的运算速度。依据Huffman编码表的规律性，采用并行查找表结构，用较少的存储单元完成了Huffman编码运算，同时提高了编码速度。整个设计通过EDA软件进行了逻辑综合及功能与时序仿真。综合和仿真结果表明，本文提出的算法在速度和资源利用方面均达到了较好的状态，可满足实时JPEG图像压缩的要求。 设计了一个硬件开发平台，对JPEG图像压缩系统进行了验证。硬件平台上使用ADV7181B来实现AD转换；使用TI公司TMS320C6416型DSP芯片实现了系统配置以及通过PCI接口与上位机PC的实现数据交换；使用Microsoft VC++6．0开发平台开发了系统控制软件平台，实现对整个压缩系统的控制。
上传时间： 2013-05-24
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软件无线电(SDR)
上传时间： 2013-06-13
上传用户：linlin
频率是电子技术领域内的一个基本参数，同时也是一个非常重要的参数。稳定的时钟在高性能电子系统中有着举足轻重的作用，直接决定系统性能的优劣。随着电子技术的发展，测频系统使用时钟的提高，测频技术有了相当大的发展，但不管是何种测频方法，±1个计数误差始终是限制测频精度进一步提高的一个重要因素。 本设计阐述了各种数字测频方法的优缺点。通过分析±1个计数误差的来源得出了一种新的测频方法：检测被测信号，时基信号的相位，当相位同步时开始计数，相位再次同步时停止计数，通过相位同步来消除计数误差，然后再通过运算得到实际频率的大小。根据M/T法的测频原理，已经出现了等精度的测频方法，但是还存在±1的计数误差。因此，本文根据等精度测频原理中闸门时间只与被测信号同步，而不与标准信号同步的缺点，通过分析已有等精度澳孽频方法所存在±1个计数误差的来源，采用了全同步的测频原理在FPGA器件上实现了全同步数字频率计。根据全同步数字频率计的测频原理方框图，采用VHDL语言，成功的编写出了设计程序，并在MAX+PLUS Ⅱ软件环境中，对编写的VHDL程序进行了仿真，得到了很好的效果。最后，又讨论了全同步频率计的硬件设计并给出了电路原理图和PCB图。对构成全同步数字频率计的每一个模块，给出了较详细的设计方法和完整的程序设计以及仿真结果。
上传时间： 2013-04-24
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随着计算机技术和通信技术的迅速发展，数字视频在信息社会中发挥着越来越重要的作用，视频传输系统已经被广泛应用于交通管理、工业监控、广播电视、银行、商场等多个领域。同时，FPGA单片规模的不断扩大，在FPGA芯片内部实现复杂的数字信号处理系统也成为现实，因此采用FPGA实现视频压缩和传输已成为一种最佳选择。 本文将视频压缩技术和光纤传输技术相结合，设计了一种基于无损压缩算法的多路数字视频光纤传输系统，系统利用时分复用和无损压缩技术，采用串行数字视频传输的方式，可在一根光纤中同时传输8路以上视频信号。系统在总体设计时，确定了基于FPGA的设计方案，采用ADI公司的AD9280和AD9708芯片实现A/D转换和D/A转换，在FPGA里实现系统的时分复用/解复用、视频数据压缩/解压缩和线路码编解码，利用光收发一体模块实现电光转换和光电转换。视频压缩采用LZW无损压缩算法，用Verilog语言设计了压缩模块和解压缩模块，利用Xilinx公司的IP核生成工具Core Generator生成FIFO来缓存压缩/解压缩单元的输入输出数据，光纤线路码采用CIMT码，设计了编解码模块，解码过程中，利用数字锁相环来实现发射与接收的帧同步，在ISE8.2和Modelsim仿真环境下对FPGA模块进行了功能仿真和时序仿真，并在Spartan-3E开发板和视频扩展板上完成了系统的硬件调试与验证工作，实验证明，系统工作稳定，图像清晰，实时传输效果好，可用于交通、安防、工业监控等多个领域。 本文将视频压缩和线路码编解码在FPGA里实现，利用FPGA的并行处理优势，大大提高了系统的处理速度，使系统具有集成度高、灵活性强、调试方便、抗干扰能力强、易于升级等特点。
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