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物理意义

  • 基于FPGA的工业X-CT二代扫描控制系统研究

    工业X-CT(X-ray Computed Tomography)无损检测技术是以不损伤或者破坏被检测对象的一种高新检测技术,被誉为最佳的无损检测手段,在无损检测领域日益受到人们的青睐。近年来,各国都在投入大量的人力、物力对其进行研究与开发。 目前,工业CT主要采用第二代和第三代扫描方式。在工业CT第三代扫描方式中,扫描系统仅作“旋转”运动,控制系统比较简单。对此,我国已取得了可喜的成绩。然而,对工业CT系统中的二代扫描运动控制系统,即针对“平移+旋转”运动的控制系统的研究,我国已有采用,但与发达国家相比,还存在较大的差距。二代扫描方式与其它扫描方式相比,具有对被检物的尺寸没有要求,且能够对感兴趣的检测区域进行局部扫描的独特优点。同时X光源的射线出束角较小(一般小于20°),因此在工业X-CT系统主要采用二代扫描运动控制。有鉴于此,本论文结合有关科研项目,开展了工业X-CT二代扫描控制系统的研究。 论文首先介绍了工业X-CT系统的工作原理和各种扫描运动控制方式的特点,阐述了开展二代扫描控制的研究目的和意义。其次,根据二代扫描控制的特点,提出了“在优先满足工业X-CT二代扫描控制的基础上,力求实现对工业X-CT扫描运动的通用控制,使其能同时支持一、三代扫描方式”的设计思想。据此,研究确立了基于单片机AT89LV52及FPGA芯片EP1C3T100C8的运动控制架构,以实现二代扫描控制系统的设计方案。论文详细介绍了可编程逻辑器件FPGA的工作原理和开发流程,并对其相关开发环境QuartusII4.1作了阐述。结合运动控制系统的硬件设计,详细介绍了各功能模块的具体设计过程,给出了相关的设计原理框图和实际运行波形。并制作了相应的PCB板,调试了整个硬件控制系统。最后,论文还详细研究了利用VisualC++6.0来完成上位机控制软件的设计,给出了运动控制主界面及扫描运动控制功能软件设计的流程图。 论文对整个运动控制系统采用的经济型的开环控制技术所带来的不利影响,分析研究了增加步进电机的细分数以提高扫描精度的可能性,并对所研究的控制系统在调试过程中出现的一些问题及解决方案作了简要的分析,提出了一些完善方法。

    标签: FPGA X-CT 工业 扫描控制

    上传时间: 2013-04-24

    上传用户:stella2015

  • 采用FPGA实现基于ATCA架构的2.5Gbps串行背板接口

    当前,在系统级互连设计中高速串行I/O技术迅速取代传统的并行I/O技术正成为业界趋势。人们已经意识到串行I/O“潮流”是不可避免的,因为在高于1Gbps的速度下,并行I/O方案已经达到了物理极限,不能再提供可靠和经济的信号同步方法。基于串行I/O的设计带来许多传统并行方法所无法提供的优点,包括:更少的器件引脚、更低的电路板空间要求、减少印刷电路板(PCB)层数、PCB布局布线更容易、接头更小、EMI更少,而且抵抗噪声的能力也更好。高速串行I/O技术正被越来越广泛地应用于各种系统设计中,包括PC、消费电子、海量存储、服务器、通信网络、工业计算和控制、测试设备等。迄今业界已经发展出了多种串行系统接口标准,如PCI Express、串行RapidIO、InfiniBand、千兆以太网、10G以太网XAUI、串行ATA等等。 Aurora协议是为私有上层协议或标准上层协议提供透明接口的串行互连协议,它允许任何数据分组通过Aurora协议封装并在芯片间、电路板间甚至机箱间传输。Aurora链路层协议在物理层采用千兆位串行技术,每物理通道的传输波特率可从622Mbps扩展到3.125Gbps。Aurora还可将1至16个物理通道绑定在一起形成一个虚拟链路。16个通道绑定而成的虚拟链路可提供50Gbps的传输波特率和最大40Gbps的全双工数据传输速率。Aurora可优化支持范围广泛的应用,如太位级路由器和交换机、远程接入交换机、HDTV广播系统、分布式服务器和存储子系统等需要极高数据传输速率的应用。 传统的标准背板如VME总线和CompactPCI总线都是采用并行总线方式。然而对带宽需求的不断增加使新兴的高速串行总线背板正在逐渐取代传统的并行总线背板。现在,高速串行背板速率普遍从622Mbps到3.125Gbps,甚至超过10Gbps。AdvancedTCA(先进电信计算架构)正是在这种背景下作为新一代的标准背板平台被提出并得到快速的发展。它由PCI工业计算机制造商协会(PICMG)开发,其主要目的是定义一种开放的通信和计算架构,使它们能被方便而迅速地集成,满足高性能系统业务的要求。ATCA作为标准串行总线结构,支持高速互联、不同背板拓扑、高信号密度、标准机械与电气特性、足够步线长度等特性,满足当前和未来高系统带宽的要求。 采用FPGA设计高速串行接口将为设计带来巨大的灵活性和可扩展能力。Xilinx Virtex-IIPro系列FPGA芯片内置了最多24个RocketIO收发器,提供从622Mbps到3.125Gbps的数据速率并支持所有新兴的高速串行I/O接口标准。结合其强大的逻辑处理能力、丰富的IP核心支持和内置PowerPC处理器,为企业从并行连接向串行连接的过渡提供了一个理想的连接平台。 本文论述了采用Xilinx Virtex-IIPro FPGA设计传输速率为2.5Gbps的高速串行背板接口,该背板接口完全符合PICMG3.0规范。本文对串行高速通道技术的发展背景、现状及应用进行了简要的介绍和分析,详细分析了所涉及到的主要技术包括线路编解码、控制字符、逗点检测、扰码、时钟校正、通道绑定、预加重等。同时对AdvancedTCA规范以及Aurora链路层协议进行了分析, 并在此基础上给出了FPGA的设计方法。最后介绍了基于Virtex-IIPro FPGA的ATCA接口板和MultiBERT设计工具,可在标准ATCA机框内完成单通道速率为2.5Gbps的全网格互联。

    标签: FPGA ATCA Gbps 2.5

    上传时间: 2013-05-29

    上传用户:frank1234

  • 基于FPGA的电力系统谐波检测

    电力系统自诞生以来,就孪生了电力系统谐波,随着电子装置的广泛应用,谐波问题变得日益严重,电力谐波已经成为电力系统的公害。谐波检测是谐波研究中的一个重要的分支,是解决其他相关谐波问题的基础,因此进行谐波检测的研究具有重要的理论意义和实用价值。 本论文主要是从谐波检测理论和实现方法上探讨了高精度、高实时性谐波检测数字系统的相关问题。 论文中阐述了电力系统谐波的相关概念和产生原理,并分析了电力谐波的特点。在检测理论上,本文采用FFT理论来计算谐波含量,研究了Radix-2FFT在谐波检测中的应用,描述了FFT分析过程中的频谱泄漏现象,并从理论上研究了频谱泄漏的根源。 为了解决频谱泄漏问题,本文提出了采用锁相倍频技术方法,跟踪电力系统工频频率变化,从而有效减少频谱泄漏。在谐波检测中,FFT运算量很大、对速度和精度要求苛刻,本文探讨了应用FPGA实现FFT信号处理的方法。

    标签: FPGA 电力系统 谐波检测

    上传时间: 2013-06-17

    上传用户:gxf2016

  • 高分辨率合成孔径雷达视频模拟器FPGA实现技术研究

    在合成孔径雷达的研究和研制工作中,合成孔径雷达模拟技术具有十分重要的作用。本文以440MHz带宽线性调频信号,采样频率500MHz高分辨合成孔径雷达视频模拟器为研究对象。首先对模拟器的几项主要技术进行分析,在对点目标回波信号模型分析研究的基础上,对点目标原始回波数据进行模拟并做了成像验证,从而为硬件实现提供了正确的信号模型;针对传统的“波形存储直读法”方案,即在计算机平台上用模拟软件产生原始回波数据并存储,再通过计算机接口实现数据传输,最后完成数模转换产生视频信号这一过程,分析指出该方案在实现高分辨率时的速度和容量瓶颈。  针对具体的设计要求,围绕速度和容量问题,本文着眼于高分辨率SAR模拟器的FPGA实现研究,指出FPGA实时生成点目标原始回波数据是其实现的核心;针对这一核心问题,充分利用现代VLSI设计中的流水线技术与并行阵列技术以及FPGA的优良性能和丰富资源,在时间上采用同步流水结构、空间上采用并行阵列形式,将速度和容量问题统一为数据的高速生成问题;给出了系统总体设计思想,该方案不需要大容量存储器单元,大大减少模拟器复杂度;对原始回波数据实时生成模块的各主要单元给出了结构并进行了仿真,结果表明FPGA可以满足课题设计要求;同时,对该模拟器片上系统的实现、增强人机交互性,给出了人机界面的设计思路。  分析指出了点目标原始回波数据实时生成模块通过并行扩展即可实现多点目标的原始回波数据实时生成;最后对复杂场景目标模拟器的实现进行了构思,指出了传统方案在改进的基础上实现高分辨率视频模拟器的可行性。本文首次提出以FPGA实现高分辨率合成孔径雷达原始回波数据实时生成的思想,为国内业界在此方向做了一些理论和实践上的有益探索,对于国内高分辨率合成孔径雷达的研制具有一定的实际意义。

    标签: FPGA 高分辨率 合成孔径 雷达视频

    上传时间: 2013-04-24

    上传用户:阿四AIR

  • 基于USB和FPGA技术的高性能数据采集模块的设计与实现

    在合成孔径雷达的研究和研制工作中,合成孔径雷达模拟技术具有十分重要的作用。本文以440MHz带宽线性调频信号,采样频率500MHz高分辨合成孔径雷达视频模拟器为研究对象。首先对模拟器的几项主要技术进行分析,在对点目标回波信号模型分析研究的基础上,对点目标原始回波数据进行模拟并做了成像验证,从而为硬件实现提供了正确的信号模型;针对传统的“波形存储直读法”方案,即在计算机平台上用模拟软件产生原始回波数据并存储,再通过计算机接口实现数据传输,最后完成数模转换产生视频信号这一过程,分析指出该方案在实现高分辨率时的速度和容量瓶颈。  针对具体的设计要求,围绕速度和容量问题,本文着眼于高分辨率SAR模拟器的FPGA实现研究,指出FPGA实时生成点目标原始回波数据是其实现的核心;针对这一核心问题,充分利用现代VLSI设计中的流水线技术与并行阵列技术以及FPGA的优良性能和丰富资源,在时间上采用同步流水结构、空间上采用并行阵列形式,将速度和容量问题统一为数据的高速生成问题;给出了系统总体设计思想,该方案不需要大容量存储器单元,大大减少模拟器复杂度;对原始回波数据实时生成模块的各主要单元给出了结构并进行了仿真,结果表明FPGA可以满足课题设计要求;同时,对该模拟器片上系统的实现、增强人机交互性,给出了人机界面的设计思路。  分析指出了点目标原始回波数据实时生成模块通过并行扩展即可实现多点目标的原始回波数据实时生成;最后对复杂场景目标模拟器的实现进行了构思,指出了传统方案在改进的基础上实现高分辨率视频模拟器的可行性。本文首次提出以FPGA实现高分辨率合成孔径雷达原始回波数据实时生成的思想,为国内业界在此方向做了一些理论和实践上的有益探索,对于国内高分辨率合成孔径雷达的研制具有一定的实际意义。

    标签: FPGA USB 性能 数据采集模块

    上传时间: 2013-05-26

    上传用户:alia

  • 红外焦平面阵列非均匀校正算法研究及其FPGA硬件实现

      本文结合中国科技大学大规模集成电路实验室和中国科学院上海技术物理研究所合作的星载红外相机项目,为了解决红外相机上的不同波段的红外探测元阵列存在的非均匀性问题,对红外焦平面探测元阵列存在的非均匀性问题展开了深入的分析和研究。 主要研究和分析了两类算法的基本原理,重点研究和实现了定标校正算法,通过对积分球定标数据进行深入的分析,将探测元分成线性探测元和非线性探测元,对线性探测元采用两点校正法,对非线性探测元采用多点分段校正算法,在利用FPGA硬件实现非均匀校正时,分析设计了基于乘法运算和加法运算的FPGA实现,在基于乘加器运算的FPGA实现中。设计出了乘法和加法整体运算的乘加器,内部采用流水线wallace树压缩结构,大大加快乘法和加法的速度。

    标签: FPGA 红外焦平面 校正 算法研究

    上传时间: 2013-04-24

    上传用户:weddps

  • FPGA技术在全数字化超声诊断仪中的应用研究

    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。

    标签: FPGA 全数字 中的应用 超声诊断仪

    上传时间: 2013-06-18

    上传用户:hfmm633

  • 无线信道仿真和均衡器的FPGA设计与实现

    本文主要介绍了基于FPGA的无线信道盲均衡器的设计与实现,在算法上选择了比较成熟的DDLMS和CMA相结合的算法,结构上采用四路正交FIR滤波器模型.在设计的过程中我们采取了用MATLAB进行算法仿真,VerilogHDL语言进行FPGA设计的策略.在硬件描述语言的设计流程中,信道盲均衡器运用了Top-Down的模块化设计方法,大大缩短了设计周期,提高了系统的稳定性和可扩展性.测试结果表明均衡器所有的性能指标均达到预定目标,且工作性能良好,均衡效果较为理想,能够满足指标要求.本课题所设计和实现的信道盲均衡器,为FPGA芯片设计技术做了有益的探索性尝试,对今后无线通信系统中的单芯片可编程系统(SOPC)的设计运用有着积极的借鉴意义.

    标签: FPGA 无线信道 仿真 均衡器

    上传时间: 2013-07-11

    上传用户:lwwhust

  • 基于FPGA的MPEG4协同处理器研究

    网络带宽依然在不断增长(尤其是在本地网),最后一公里的高速接入日益普及;另一方面的情况是大容量的磁盘、FLASH移动存储盘和激光盘的容量不断增大,使得传送和储存数据的成本不断地下降。不仅使人发问:我们孜孜不倦的搞视频压缩高级算法还有多少意义?我们可以看到,算法的复杂性日益增加,但性能的提高却接近边缘。 是什么还在要求更高的压缩速率?还有被我们遗忘的地方吗?还有什么应用让我们继续追求更精妙的压缩算法? 在作者看来,这个应用领域就是移动视频服务。无线频谱这种稀缺资源的有限性决定了我们必须继续对视频压缩技术进行研究。即使伴随UMTS/IMT2000的到来,移动终端可以获得的数据速率也限制在144Kbit/s,在微蜂窝的时候最高能达到的速率上限也在2Mbit/s。144Kbit/s的速率对于较高质量的视频传输来讲,仍然是有限的。因此,可以预见,移动终端的空中接口这个瓶颈使得我们必须继续进行视频压缩。 另一方面,移动终端领域开发视频压缩算法,在其低功耗和实时性要求下,也是异常困难的。为了减少计算的复杂性和运动估计的功耗,业界提出了许多快速算法,例如2-D的对数搜索,三步搜索,联合搜索。尽管这些方法减少了功耗,其结果是视频压缩性能的降低,因为这些算法的本质是减少了运动搜索的空间。为了实现运动搜索的低功耗,在电路领域又提出了搜索窗口和时钟管理的措施。但这些方法都是在牺牲视频压缩比性能的基础进行的折中,并没有强调算法映射结构上做出处理。 本论文提出了一种新的解决MPEG-4运动估计运算的低功耗实时处理器架构。其基础是采用了心肌阵列并行处理技术和低功耗控制电路。运动估计的繁复运算通过心肌阵列分布式运算得到有效处理。从理论上看,心肌阵列有其简单易理解性,然后,由于FPGA的互联网络有限性,设计这样一个阵列仍有许多值得注意的问题。论文提出使用保守近似处理在全局运动估计中减少功耗,其本质是消除不必要的冗余运算。宏块的最小误差匹配是一个典型的串行操作过程。论文新提出的方法是在进行绝对匹配前使用保守计算,如果保守误差值与最小误差差别过大,则不进行绝对误差计算。 总的说来,论文实现了两个目标:通过心肌阵列实现了实时的运动估计编码,通过在算法层次引入控制电路,降低运动估计电路的功耗。

    标签: MPEG4 FPGA 处理器

    上传时间: 2013-06-23

    上传用户:lacsx

  • 基于FPGA的GSM系统信道编码技术研究

    本论文是以GSM基站系统为对象研究了软件无线电思想在移动通信中应用的可行性,通过构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台,用软件来完成各种功能。 本文首先从整体上介绍了GSM移动通信系统及其实现过程,通过大量的Matlab仿真详细论述了GSM蜂窝通信系统中的语音编码、信道编码、交织、加密、调制等技术。 其次,文中介绍了GSM信道编码规则,其中重点阐述了CRC、卷积码和交织码的基本原理和算法实现,并完成了三者编码译码的软件设计,采用FPGA技术实现并验证了设计的正确性。 最后,对GMSK调制和解调的原理及特点进行论述,并提出了软件实现的可行性方案,为下一步的软件设计打下了坚实的基础。硬件试验平台是软件实现的基础,因此,文中进行了详细的分析与设计,并给出了部分电路设计图,对相关课题的研究具有一定的指导意义和参考价值。

    标签: FPGA GSM 信道编码

    上传时间: 2013-04-24

    上传用户:Yukiseop