数字图像处理技术是信息科学中近几十年来发展最为迅速的学科之一。目前，数字图像处理技术被广泛应用于航空航天、通信、医学及工业生产等领域中。数字图像处理的特点是处理的数据量大，处理非常耗时，本文研究了在FPGA上用硬件描述语言实现图像处理算法，通过功能模块的硬件化，解决了视频图像处理的速度问题。随着微电子技术的高速发展，FPGA为数字图像信号处理在算法、系统结构上带来了新的方法和思路。 本文设计的基于FPGA的图像处理系统，是一个具有视频图像采集、图像处理、图像显示功能的图像处理系统。该系统采用Altera公司FPGA芯片作为中央处理器，由视频解码模块、图像处理模块、视频编码模块组成。模拟视频信号由CCD传感器送入，经视频解码芯片SAA7113转换成数字视频信号后，图像处理模块完成中值滤波和边缘检测这两种图像处理算法，视频编码芯片SAA7121将数字视频信号转换成模拟视频信号输出。 整个设计及各个模块都在Altera公司的开发环境QuartusⅡ以及第三方仿真软件Modelsim上进行了仿真及逻辑综合。仿真结果表明，使用FPGA硬件处理图像数据不仅能够获得良好的处理效果，处理速度也远远高于软件法处理的方法。
上传时间： 2013-04-24
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通信与信息技术行业飞速发展，已成为我国支柱产业之一。随着该行业的迅速发展，社会对具备实际动手能力人才的需求也不断增加，高校通信教学改革势在必行。在最初的通信原理实验设备中每个实验独立占用一块硬件资源，随着EDA技术的发展，实验设备厂商将CPLD/FPGA技术作为独立的一项实验内容，加入到通信原理实验设备中。FPGA技术具备集成度高、速度快和现场可编程的优势，适合高集成度和高速的时序运算。本文总结现有通信原理实验设备的优缺点，采用FPGA技术设计出集验证性和设计性于一体，具备较高的综合性和系统性的通信原理实验系统。 本系统提供了一个开放性的硬件、软件平台，从培养学生实际动手能力出发，利用FPGA在通用的硬件上实现所有实验内容。学生在本系统上除了能完成已固化的实验内容，还可以实现电子设计开发和验证。这对培养学生的实践能力大有裨益。 本文结合数字通信系统基本模型，把基于FPGA的通信原理实验系统划分为信号源模块、发送端模块、信道仿真模块、接收端模块和同步模块几部分。其中，模拟信号源采用DDS技术，能够生成非常高的频率精度，可作为任意波形发生器。发送端和接收端模块结合到一起组成多体制调制解调器，形成多频段、多波形的软件无线电系统。载波同步采用全数字COSTAS环提取技术，具备良好的载波跟踪特性，利用对载波相位不敏感 的Gardner算法跟踪位同步信号。 本文首先介绍了通信原理实验系统的研究现状和意义；然后根据通信系统模型从《通信原理》各个章节中提炼出各模块的实验内容，分别列出各实验的数字化实现模型；继而根据各模块资源需求选取合适FPGA芯片，并给出硬件设计方案；最后，给出各模块在FPGA上具体实现过程、系统测试结果及分析。测试和实际运行结果表明设计方法正确，且功能和技术指标满足设计要求。 关键词：通信原理，实验系统，FPGA，DDS，多体制调制解调，全数字COSTAS环，位同步
上传时间： 2013-07-07
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DDR2 SDRAM是目前内存市场上的主流内存。除了通用计算机系统外，大量的嵌入式系统也纷纷采用DDR2内存，越来越多的SoC系统芯片中会集成有DDR2接口模块。因此，设计一款匹配DDR2的内存控制器将会具有良好的应用前景。 论文在研究了DDR2的JEDEC标准的基础上，设计出DDR2控制器的整体架构，采用自项向下的设计方法和模块化的思想，将DDR2控制器划分为若干模块，并使用Verilog HDL语言完成DDR2控制器IP软核中初始化模块、配置模块、执行模块和数据通道模块的RTL级设计。根据在设计中遇到的问题，对DDR2控制器的整体架构进行改进与完善。在分析了Altera数字PHY的基本性能的基础上，设计DDR2控制器与数字PHY的接口模块。搭建DDR2控制器IP软核的仿真验证平台，针对设计的具体功能进行仿真验证，并实现在Altera Stratix II GX90开发板上对DDR2存储芯片基本读/写操作控制的FPGA功能演示。 论文设计的DDR2控制器的主要特点是： 1.支持数字PHY电路，不需要实际的硬件电路就完成DDR2控制器与DDR2存储芯片之间的物理层接口，节约了设计成本，缩小了硬件电路的体积。 2.将配置口从初始化模块中分离出来，简化了具体操作。 3.支持多个DDR2存储芯片，使得DDR2控制器的应用范围更为广阔。 4.支持DDR2的三项新技术，充分发挥DDR2内存的特性。 5.自动DDR2刷新控制，方便用户对DDR2内存的控制。
上传时间： 2013-06-10
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MPEG-2是MPEG组织在1994年为了高级工业标准的图象质量以及更高的传输率所提出的视频编码标准，其优秀性使之成为过去十年应用最为广泛的标准，也是未来十年影响力最为广泛的标准之一。 本文以MPEG-2视频标准为研究内容，建立系统级设计方案，设计FPGA原型芯片，并在FPGA系统中验证视频解码芯片的功能。最后在0.18微米工艺下实现ASIC的前端设计。完成的主要工作包括以下几个方面： 1.完成解码系统的体系结构的设计，采用了自顶而下的设计方法，实现系统的功能单元的划分；根据其视频解码的特点，确定解码器的控制方式；把视频数据分文帧内数据和帧间数据，实现两种数据的并行解码。 2.实现了具体模块的设计：根据本文研究的要求，在比特流格式器模块设计中提出了特有的解码方式；在可变长模块中的变长数据解码采用组合逻辑外加查找表的方式实现，大大减少了变长数据解码的时间；IQ、IDCT模块采用流水的设计方法，减少数据计算的时间：运动补偿模块，针对模块数据运算量大和访问帧存储器频繁的特点，采用四个插值单元同时处理，增加像素缓冲器，充分利用并行性结构等方法来加快运动补偿速度。 3.根据视频解码的参考软件，通过解码系统的仿真结果和软件结果的比较来验证模块的功能正确性。最后用FPGA开发板实现了解码系统的原型芯片验证，取得了良好的解码效果。 整个设计采用Verilog HDL语言描述，通过了现场可编程门阵列(FPGA)的原型验证，并采用SIMC0.18μm工艺单元库完成了该电路的逻辑综合。经过实际视频码流测试，本文设计可以达到MPEG-2视频主类主级的实时解码的技术要求。
上传时间： 2013-07-27
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现代电子系统中，FIR数字滤波器作为数字信号处理技术的重要组成部分，以其良好的线性特性在许多领域内被广泛的应用。在工程实践中，往往要求信号处理具有实时性和灵活性，而已有的一些软件和硬件实现方式则难以同时达到这两方面的要求。 随着可编程逻辑器件和EDA技术的发展，越来越多的人开始应用FPGA实现FIR滤波器，既保证了信号处理的实时性，又可兼顾灵活性的要求。但是普遍存在的问题是不能根据被滤波信号特点动态调整滤波器的滤波系数，只能完成单一特性的滤波工作。 本文将FPGA的快速性和计算机的灵活性通过USB2.0总线有机地结合起来，设计了一个基于FPGA的可调参数FIR滤波系统。此系统由计算机根据各种滤波器指标计算出滤波参数，通过USB2.0对FPGA芯片内部的FIR多阶滤波器进行参数配置，实现数字滤波器参数可调；配置后的FPGA滤波单元完成对A/D采集的信号进行滤波运算，滤波后的数据经过缓存后通过USB2.0总线传输至计算机进行显示、分析和储存等进一步处理。在系统中采用有限状态机对FPGA参数配置模式和滤波模式进行切换，保证了系统的有序运行。 本文通过性能测试和应用实例对系统进行验证。实验证明：该基于FPGA的可调参数FIR滤波系统参数配置方便，可以根据实际需要动态调整滤波参数，并且滤波效果良好，可有效滤除噪声信号。
上传时间： 2013-07-26
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工业生产过程往往具有非线性、不确定性，难以建立精确的数学模型。应用常规的PID控制器难以达到理想的控制效果。作为的重要分支，人工神经网络具有良好的非线性映射能力和高度的并行信息处理能力，已成为非线性系统建模、辨识和控制中常用的理论和方法。其中，神经元具有很强的信息综合、学习记忆、自学习和自适应能力，可以处理那些难以用模型和规则描述的过程，将神经元与PID结合，应用到实际的控制中，可以在线调整PID的参数，使系统具有较强的抗干扰能力、自适应能力和较好的鲁棒性。 目前，人工神经网络的研究主要是神经网络的理论研究、神经网络的应用研究和神经网络的实现技术研究，这三方面是相互依赖和相互促进的关系。本文主要侧重的是神经网络的实现技术研究方面，创新性地利用FPGA嵌入式系统开发技术实现单神经元PID智能控制器的研究与设计，并将其封装成为一个专用的IP核供其他的控制系统使用。 首先，对单神经元PID智能控制器的设计原理和设计算法进行了深入的研究与分析；其次，利用MATLAB设计单神经元PID智能控制器，针对特定的被控对象，对其进行仿真实验，获得比较理想的系统输出；然后，研究基于FPGA的单神经元智能控制算法的实现，对控制器进行VHDL语言分层设计，使用Altera公司的软件QuartusⅡ6.1进行仿真实验。两个仿真实验结果表明，基于FPGA的单神经元智能控制器比MATLAB设计的单神经元PID智能控制器性能优良。 本文的设计模块主要包括权值修改模块、误差计算模块、权值产生模块和输出模块。在各个模块的设计中进行了优化处理，使本文的设计不仅利用的硬件资源少，而且也有很快的运行速度，同时也改善了传统控制器的控制性能。
上传时间： 2013-04-24
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LED显示屏是LED点阵模块或者像素单元组成的平面显示屏幕。自从诞生以来，以其亮度高、视角广、寿命长、性价比高的特点，在交通、广告、新闻发布、体育比赛、电子景观等领域得到了广泛应用。 LED显示屏控制器作为控制LED屏显示图像、数据的关键，是整个LED视频显示系统的核心。本文研究的是对全彩色同步LED屏的控制，控制LED屏同步显示在上位机显示系统中某固定位置处的图像。根据已有的LED显示屏及其驱动器的特点，提出了一种可行的方案并进行了设计。系统主要分为两个部分：视频信号的获取，视频信号的处理。 经过分析比较，决定从显卡的DVI接口获得视频源，视频源经过DVI解码芯片TFP401A的解码后，可以获得图像的数字信息，这些信息包括红、绿、蓝三基色的数据以及行同步、场同步、使能等控制信号。这些信号将在视频信号处理模块中被使用。 信号处理模块在接收视频信号源后，对数据进行处理，最后输出数据给驱动电路。在信号处理模块中，采用了可编程逻辑器件FPGA来完成。可编程逻辑器件具有高集成度、高速度、高可靠性、在线可编程（ISP）等特点，所以特别适合于本设计。利用FPGA的可编程性，在FPGA内部划分了各个小模块，各小模块中通过少量的信号进行联系，这样就将比较大的系统转化成许多小的系统，使得设计更加简单，容易验证。本文分析了驱动电路所需要的数据的特点，全彩色灰度级的实现方式，决定把系统划分为视频源截取、RGB格式转化、位平面分离、读SRAM地址发生器、写SRAM地址发生器、读写SRAM选择控制器、灰度实现等模块。 最后利用示波器和SignalTap II逻辑分析仪等工具，对系统进行了联合调试。改进了时序、优化了布局布线，使得系统性能得到了良好的改善。 在分析了所需要的资源的基础上，课题决定采用Altera的Cyclone EP1C12 FPGA设计视频信号处理模块，在Quartus II和modelsim平台下，用Verilog HDL语言开发。
上传时间： 2013-05-19
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基于∑-△噪声整形技术和过采样技术的数模转换器(DAC)可以可靠地把数字信号转换成为高精度的模拟信号。采用这一结构进行数模转换具有诸多优点,例如极低的失配噪声和高的可靠性,便于作为IP模块嵌入到其他芯片系统中等,更重要的是可以得到其他DAC结构所无法达到的精度和动态范围。在高精度测量、音频转换、汽车电子等领域有着广泛的应用价值。 由于非线性和不稳定性的存在,高阶∑-△调制器的设计与实现存在较大的难度。本设计综合大量文献中的经验原则和方法,首先阐述了∑-△调制器的一般原理,并讨论了一般结构调制器的设计过程,然后描述了稳定的高阶高精度调制器的设计流程。根据市场需求,设定了整个设计方案的性能指标,并据此设计了达到16bit精度和满量程输入范围的三阶128倍过采样调制器。 本设计采用∑-△结构,根据系统要求设计了量化器位数、调制器过采样比和阶数。在分析高阶单环路调制器稳定性的基础上,成功设计了六位量化三阶单环路调制器结构。在16比特的输入信号下,达到了90dB左右的信噪比。该设计已经在Cyclone系列FPGA器件下得到硬件实现和验证,并实现了实时音频验证。测试表明,该DAC模块输出信号的信噪比能满足16比特数据转换应用的分辨率要求,并具备良好的兼容性和通用性。 本设计可作为IP核广泛地在其他系统中进行复用,具有很强的应用性和一定的创新性。
上传时间： 2013-07-10
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随着计算机技术的突飞猛进以及移动通讯技术在日常生活中的不断深入，数据采集不断地向多路、高速、智能化的方向发展。本文针对此需求，实现了一种应用FPGA的多路、高速的数据采集系统，从而为测量仪器提供良好的采集数据。 本文设计了一种基于AD+FPGA+DSP的多路数据采集处理系统，针对此系统设计了基于AD9446的模数转换采集板，再将模数转换采集板的数据传送至基于FPGA的采集控制模块进行数据的压缩以及缓冲存储，最后由DSP调入数据进行数据的处理。本文的设计主要分为两部分，一部分为模数转换采集板的设计与调试，另一部分为采集控制模块的设计与仿真。 经设计与调试，模数转换模块可为系统提供稳定可靠的数据，能稳定工作在百兆的频率下；采集控制模块能实时地完成数据压缩与数据缓冲，并能通过时钟管理模块来控制前端AD的采样，该模块也能稳定工作在百兆的频率下。该系统为多路、高速的数据采集系统，并能稳定工作，从而能满足电子测量仪器的要求。关键词：数据采集；FPGA；AD9446
上传时间： 2013-06-04
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H.264/AVC是国际电信联盟与国际标准化组织/国际电工委员会联合推出的活动图像编码标准，简称H.264。作为最新的国际视频编码标准，H.264/AVC与MPEG-4、H.263等视频编码标准相比，性能有了很大的提高，并已在流媒体、数字电视、电话会议、视频存储等诸多领域得到广泛的应用。 本论文的研究课题是基于H.264/AVC视频编码标准的CAVLC(Context-based Adaptive Variable Length Coding，基于上下文的自适应可变长编码)编码算法研究及FPGA实现。对于变换后的熵编码，H.264/AVC支持两种编码模式：基于上下文的可变长编码(CAVLC)和基于上下文的自适应算术编码(CABAC，Context-based Adaptive BinaryArithmetic Coding)。在H.264/AVC中，尽管CAVLC算法也是采用了VLC编码，但是同以往标准不同，它所有的编码都是基于上下文进行。这种方法比传统的查单一表的方法提高了编码效率，但也增加了设计上的困难。 作者在全面学习H.264/AVC协议和深入研究CAVLC编码算法的基础上，确定了并行编码的CAVLC编码器结构框图，并总结出了影响CAVLC编码器实现的瓶颈。针对这些瓶颈，对CAVLC编码器中的各个功能模块进行了优化设计，这些优化设计包括多参考块的表格预测法、快速查找表法、算术消除法等。最后，用Verilog硬件描述语言对所设计的CAVLC编码器进行了描述，用EDA软件对其主要功能模块进行了仿真，并在Cyclone II系列EP2C20F484的FPGA上验证了它们的功能。结果表明，该CAVLC编码器各编码单元的编码速度得到了显著提高且均能满足实时通信要求，为整个CAVLC编码器的实时通信提供了良好的基础。
上传时间： 2013-06-22
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