随着计算机科学和视频技术的广泛发展,数字图像采集在电子通信与信息处理领域得到了广泛的应用,例如广播电视的数字化、网络视频、监视监控系统等. 视频图像采集卡作为计算机视频应用的前端设备,承担着模拟视频信号向数字视频信号转换的任务,在多媒体时代占据着重要的位置.设计一种功能灵活,使用方便,便于嵌入到系统中的视频信号采集电路具有重要的实用意义. 本文首先介绍数字图像采集系统的发展现状和前景,提出了本次设计的目标: 完成基于PCI总线的高分辨率图像采集卡设计.然后简单介绍了本次设计用到的基本理论:数据采集理论,特别说明了采样和量化的定义与区别,以及量化的几种方式和量化与AD技术之间的关系. 图像采集系统的基本构成,是以数字信号处理器为核心,控制外围的A/D、D/A转换器和外围存储器.本文对比了当下流行的DSP芯片和IFPGA芯片作为数字处理核心的优缺点,并根据系统实际需要,选用FPGA作为数字信号处理器.然后列举了几款常用A/D视频芯片,还介绍了SDRAM控制的基本流程,最后提出了系统的整体设计方案. 图像采集卡的硬件设计分为A/D前端模拟通道设计和FPGA数字信号传输及外围电路设计.本文重点介绍了A/D芯片外围电路连接和使用方法,对PCI总线和它的控制电路也做了详细阐述.对图像采集卡的PCB布局布线也有详细说明. 图像采集卡FPGA内部程序构成也是本文的一个重点.本次的程序设计主要分为数据采集模块,即与A/D接口模块,数据暂存模块,即SDRAM读写控制模块,数据处理模块和数据传输模块,即PCI控制模块.重点在于对的SDRAM的连续读写控制和各个模块间的协调工作.说明了.A/D采集数据从接收到存储详细过程,以及对SDRAM读写状态机和PCI总线的操控. 最后介绍了硬件调试和FPGA程序验证结果.详细说明了以Modelsim为平台的前端功能仿真和后端时序仿真,以及以SignalTapⅡ为平台,程序下载到FPGA中进行的实时验证.结果表明整个图像采集系统基本达到了系统设计中所给出的性能指标,证明了整个系统设计的正确性和合理性.
上传时间： 2013-04-24
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随着数字图像处理的应用领域不断扩大，实时处理技术成为研究的热点。VLSI技术的迅猛发展为数字图像实时处理技术提供了硬件基础。其中FPGA(现场可编程门阵列)的特点使其在图像采集和处理方面的应用显得更加经济、灵活、方便。 本文设计了一种以FPGA为工作核心，并实现了PCI接口的图像采集压缩系统。整个系统采用了自顶向下的设计方案，先把系统分成了三大块，即图像采集、PCI接口和图像压缩，然后分别设计各个大模块中的子模块。 首先，利用FPGA对专用视频转换器SAA7111A进行控制，因为SAA7111A是采用IC总线模块，从而完成了对SAA7111A的控制，并通过设计图像采集模块、读/写数据模块、总线管理模块等，实现把标准的模拟视频信号转换成数字视频信号并采集的功能。 其次，在了解PCI规范的前提下，深入地分析了PCI时序和地址配置空间等，设计了简化逻辑的状态机，并用VHDL硬件描述语言设计了程序，完成了简化逻辑的PCI接口设计在FPGA芯片内部的实现，达到了一33MHz、32位数据宽度、支持猝发传输的PCI从设备模块的接口功能，与传统的使用PCI专用接口芯片来实现的PCI接口比较来看，更加节约了系统的逻辑资源，降低了成本，增加了设计的灵活性。 再次，设计了WINDOWS下对PCI接口的驱动程序。驱动程序可以选择不同的方法来完成，当然每个方法都有自己的特点，对几种主要设计驱动程序的方法作以比较之后，本文选择了使用DRIVER WORKS工具来完成。通过对配置空间的设计、系统端口和内存映射的设计、中断服务的设计等，用VC++语言编写了驱动程序。 最后，考虑到增加系统的实用性和完备性，还填加设计了图像的压缩部分。这部分需要完成的工作是在上述系统完成后，再额外地把采集来的视频数据通过另一路数据通道按照一定的格式压缩后存储到硬盘中。本系统中，这部分设计是利用Altera公司提供的IP核来完成压缩的，同时还用VHDL语言在FPGA上设计了IDE硬盘接口，使压缩后的数据存储到硬盘中。
上传时间： 2013-06-01
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本文利用Verilog HDL语言在FPGA上实现IC总线的规范，又简要介绍了Quartus Ⅱ设计环境和设计方法，以及FPGA的设计流程。在此基础上，重点介绍了I
上传时间： 2013-04-24
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本文以研究嵌入式微处理器为主，自主地设计了能够运行MCS-51系列单片机指令的MCU系统。系统采用了VHDL 语言与原理框图的综合设计方法，并且在Altera公司的FPGA上通过验证。论文深入地研究了微处理器的指令系统和数据地址通路，采用VHDL 语言完成了取指单元，指令译码器单元，存储器单元和逻辑运算单元的电路模块的设计与实现；研究了控制单元的实现方法和基于全局状态机的设计理论，采用硬件描述语言完成了对各个控制线的相关设计与实现。论文通过原理示意图和示例代码的演示，着重介绍了指令译码器的实现方式，基于此种方式形成的译码电路还能够实现更为复杂的CISC指令。 本系统采用分模块的设计方式，把具有相同功能的逻辑电路集中到一个框图里，使得系统的可移植性大大地提高。系统还采用层次框图的设计方式，把明显地具有主从关系的电路放在不同的层次里，这也使得系统模块功能的可扩展性大大地增强。内部逻辑共分为数据存储器模块；程序存储器模块；时序控制模块；特殊功能寄存器模块和Core核心模块这五个部分，文中对各个模块的设计作了详细的介绍。本文在最后对已实现的部分典型指令进行了逻辑仿真测试，测试结果表明，本文所设计的MCU系统能够如预期地执行相应的指令。在指令执行的过程中，相应寄存器和总线上的值也均符合设计要求，实现了设计目标。
上传时间： 2013-06-05
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PROFIBUS现场总线技术是当今控制领域的一个热点。目前国内对于PROFIBUS-DP的应用和研究主要以西门子等国外大公司的成套设备为主，用单片机+固态程序的方法做PROFIBUS-DP接口控制器的技术比较成熟，而自主开发PROFIBUS-DP通用接口的研究却比较少。针对这一现状，本论文采用FPGA做控制器，提出了基于FPGA技术的从站接口通信模块的设计方案，使具有RS-232接口的从站可以通过该接口通信模块与PROFIBUS-DP主站进行通讯连接。 论文首先对PROFIBUS现场总线技术进行概述，主要从现场总线的技术特点、协议结构、传输技术、存取协议等方面进行介绍。对PROFIBUS-DP系统组成和配置、工作方式及数据传递、DP的功能和从站状态机制等进行研究和分析。然后详细论述了基于PROFIBUS-DP的通信接口的硬件及软件实现。 在硬件设计中，本文从PROFIBUS协议芯片SPC3实现的具体功能出发，结合EDA(Electronic Design Amomation)设计自项向下的设计思想，给出了总线接口的总体设计方案。同时给出其设计逻辑框图、算法流程图、引脚说明以及部分模块的仿真结果。并充分考虑了硬件的通用性及将来的扩展。 本设计使用VHDL描述，在此基础之上采用专门的综合软件对设计进行了综合优化，最后在FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片EP1C6上得以实现。在软件设计中，详细介绍了通信接口的软件设计实现，包括状态机的实现、各种通信报文的实现、GSD文件的编写等。 再通过Siemens公司的CP5611网络接口卡和PC机做主站，使用COMPROFIBUS组态软件，组建系统进行通讯测试，得到良好结果。
标签： PROFIBUSDP FPGA 接口
上传时间： 2013-05-25
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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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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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随着多媒体技术发展，数字图像处理已经成为众多应用系统的核心和基础。图像处理作为一种重要的现代技术，已经广泛应用于军事指挥、大视场展览、跟踪雷达、电视会议、导航等众多领域。因而，实现高分辨率高帧率图像实时处理的技术不仅具有广泛的应用前景，而且对相关领域的发展也具有深远意义。 大视场可视化系统由于屏幕尺寸很大，只有在特制的曲面屏幕上才能使细节得到充分地展现。为了在曲面屏幕上正确的显示图像，需要在投影前实时地对图像进行几何校正和边缘融合。而现场可编程门阵列(FPGA)则是用硬件处理实时图像数据的理想选择，基于FPGA的图像处理技术是世界范围内广泛关注的研究领域。 本课题的主要工作就是设计一个以FPGA为核心的硬件系统，该系统可对高分辨率高刷新率(1024*768@60Hz)的视频图像实时地进行几何校正和边缘融合。 论文首先介绍了图像处理的几何原理，然后提出了基于FPGA的大视场实时图像融合处理系统的设计方案和模块功能划分。系统分为算法与软件设计，硬件电路设计和FPGA逻辑设计三个大的部分。本论文主要负责FPGA的逻辑设计。围绕FPGA的逻辑设计，论文先介绍了系统涉及的关键技术，以及使用Verilog语言进行逻辑设计的基本原则。 论文重点对FPGA内部模块设计进行了详细的阐述。仲裁与控制模块是顶模块的主体部分，主要实现系统状态机和时序控制；参数表模块主要实现SDRAM存储器的控制器接口，用于图像处理时读取参数信息。图像处理模块是整个系统的核心，通过调用FPGA内嵌的XtremeDSP模块，高速地完成对图像数据的乘累加运算。最后论文提出并实现了一种基于PicoBlaze核的12C总线接口用于配置FPGA外围芯片。 经过对寄存器传输级VerilogHDL代码的综合和仿真，结果表明，本文所设计的系统可以应用在大视场可视化系统中完成对高分辨率高帧率图像的实时处理。
上传时间： 2013-05-19
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提出了一种基于FPGA的VGA显示设计方案，采用状态机对其状态转变进行描述。
上传时间： 2013-04-24
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可配置端口电路是FPGA芯片与外围电路连接关键的枢纽，它有诸多功能：芯片与芯片在数据上的传递(包括对输入信号的采集和输出信号输出)，电压之间的转换，对外围芯片的驱动，完成对芯片的测试功能以及对芯片电路保护等。 本文采用了自顶向下和自下向上的设计方法，依据可配置端口电路能实现的功能和工作原理，运用Cadence的设计软件，结合华润上华0.5μm的工艺库，设计了一款性能、时序、功耗在整体上不亚于xilinx4006e[8]的端口电路。主要研究以下几个方面的内容： 1.基于端口电路信号寄存器的采集和输出方式，本论文设计的端口电路可以通过配置将它设置成单沿或者双沿的触发方式[7]，并完成了Verilog XL和Hspiee的功能和时序仿真，且建立时间小于5ns和保持时间在0ns左右。和xilinx4006e[8]相比较满足设计的要求。 2.基于TAP Controller的工作原理及它对16种状态机转换的控制，对16种状态机的转换完成了行为级描述和实现了捕获、移位、输出、更新等主要功能仿真。 3.基于边界扫描电路是对触发器级联的构架这一特点，设计了一款边界扫描电路，并运用Verilog XL和Hspiee对它进行了功能和时序的仿真。达到对芯片电路测试设计的要求。 4.对于端口电路来讲，有时需要将从CLB中的输出数据实现异或、同或、与以及或的功能，为此本文采用二次函数输出的电路结构来实现以上的功能，并运用Verilog XL和Hspiee对它进行了功能和时序的仿真。满足设计要求。 5.对于0.5μm的工艺而言，输入端口的电压通常是3.3V和5V，为此根据设置不同的上、下MOS管尺寸来调整电路的中点电压，将端口电路设计成3.3V和5V兼容的电路，通过仿真性能上已完全达到这一要求。此外，在输入端口处加上扩散电阻R和电容C组成噪声滤波电路，这个电路能有效地抑制加到输入端上的白噪声型噪声电压[2]。 6.在噪声和延时不影响电路正常工作的范围内，具有三态控制和驱动大负载的功能。通过对管子尺寸的大小设置和驱动大小的仿真表明：在实现TTL高电平输出时，最大的驱动电流达到170mA，而对应的xilinx4006e的TTL高电平最大驱动电流为140mA[8]；同样，在实现CMOS高电平最大驱动电流达到200mA,而xilinx4006e的CMOS驱动电流达到170[8]mA。 7.与xilinx4006e端口电路相比，在延时和面积以及功耗略大的情况下，本论文研究设计的端口电路增加了双沿触发、将输出数据实现二次函数的输出方式、通过添加译码器将配置端口的数目减少的新的功能，且驱动能力更加强大。
上传时间： 2013-06-03
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