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体、通信、医学及工业生产领域中。图像处理系统的硬件实现一般来讲有三种方式：专用的图像处理器件主要有专用集成芯片(Application SpecificIntegrated Circuit)、数字信号处理器(Digital Signal Process)和现场可编程门阵列(FieldProgrammable GateArray)以及相关电路组成。它们可以实时高速完成各种图像处理算法。图像处理中，低层的图像预处理的数据量很大，要求处理速度快，但运算结果相对比较简单。相对于其他两种系统，基于FPGA的图像处理系统非常合适用于图像的预处理。 本文设计了一种基于FPGA的图像处理系统。它的主要功能有：对摄像头送来的视频数据进行采集，并把它数字化；实现中值滤波和边缘检测这两种图像增强算法；将数字视频信号转换为模拟信号。 图像处理系统由主处理器单元、图像编码单元和图像解码单元三部分组成。FPGA作为整个系统的核心器件，不仅要模拟出12C总线协议，完成视频解码芯片和编码芯片的初始化；还要对视频流同步信号提取，实现图像采集控制，并将图像信号存储在SRAM中；图像增强算法也是在FPGA中实现。采用PHILIPS公司的专用视频解码芯片SAA7111A将模拟视频转化数字视频；视频编码芯片SAA7121完成数字视频到模拟视频的转化。
上传时间： 2013-07-19
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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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数据采集系统是信号与信息处理系统中不可缺少的重要组成部分，同时也是软件无线电系统中的核心模块，在现代雷达系统以及无线基站系统中的应用越来越广泛。为了能够满足目前对软件无线电接收机自适应性及灵活性的要求，并充分体现在高性能FPGA平台上设计SOC系统的思路，本文提出了由高速高精度A/D转换芯片、高性能FPGA、PCI总线接口、DB25并行接口组成的高速数据采集系统设计方案及实现方法。其中FPGA作为本系统的控制核心和传输桥梁，发挥了极其重要的作用。通过FPGA不仅完成了系统中全部数字电路部分的设计，并且使系统具有了较高的可适应性、可扩展性和可调试性。 在时序数字逻辑设计上，充分利用FPGA中丰富的时序资源，如锁相环PLL、触发器，缓冲器FIFO、计数器等，能够方便的完成对系统输入输出时钟的精确控制以及根据系统需要对各处时序延时进行修正。 在存储器设计上，采用FPGA片内存储器。可根据系统需要随时进行设置，并且能够方便的完成数据格式的合并、拆分以及数据传输率的调整。 在传输接口设计上，采用并行接口和PCI总线接口的两种数据传输模式。通过FPGA中的宏功能模块和IP资源实现了对这两种接口的逻辑控制，可使系统方便的在两种传输模式下进行切换。 在系统工作过程控制上，通过VB程序编写了应用于PC端的上层控制软件。并通过并行接口实现了PC和FPGA之间的交互，从而能够方便的在PC机上完成对系统工作过程的控制和工作模式的选择。 在系统调试方面，充分利用QuartuslI软件中自带的嵌入式逻辑分析仪SignalTaplI，实时准确的验证了在系统整个传输过程中数据的正确性和时序性，并极大的降低了用常规仪器观测FPGA中众多待测引脚的难度。 本文第四章针对FPGA中各功能模块的逻辑设计进行了详细分析，并对每个模块都给出了精确的仿真结果。同时，文中还在其它章节详细介绍了系统的硬件电路设计、并行接口设计、PCI接口设计、PC端控制软件设计以及用于调试过程中的SignalTapⅡ嵌入式逻辑分析仪的使用方法，并且也对系统的仿真结果和测试结果给出了分析及讨论。最后还附上了系统的PCB版图、FPGA逻辑设计图、实物图及注释详细的相关源程序清单。
上传时间： 2013-06-09
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数据采集系统是将传感器输出的模拟信号进行采集，转换成数字信号，然后送入计算机进行处理，并按需要的形式输出处理结果的系统。随着计算机技术和电子信息技术的高速发展，数据采集结合先进的电子技术，已经能利用软件来处理大量测量数据。近年来，对于数据采集系统的要求与日俱增，数据采集系统有着非常良好的应用前景。如今的数据采集技术已渗透到分析仪器、医疗器械、雷达、通讯、等技术领域。 本论文在研究了USB总线技术的基础上，详细介绍了一个基于USB和FPFA技术的数据采集系统，包括硬件设计、固件设计、设备驱动程序设计和主机应用程序设计。在硬件设计部分，本文先介绍了数据采集芯片、FPGA以及USB2.0接口芯片FX2 CY7C68013的性能和特点，然后给出了具体的硬件设计方案；在固件设计部分，本文先介绍了FX2的固件架构，随后详细地介绍了CY7C68013GPIF接口模式的固件设计；在驱动程序开发部分，先引入了WDM驱动程序开发模型，然后介绍了本数据采集系统的USB设备驱动程序的设计；最后结合驱动程序完成了基于虚拟仪器LabVIEW的主机应用程序。
上传时间： 2013-07-16
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智能化住宅小区，是指在一定范围内通过有效的传输网络，将多元住处服务、物业管理、安防以及住宅智能化等系统结合在一起，为该小区的服务与管理提供高技术的智能化手段。从而实现快捷高效的超值服务管理和安全舒适的家居环境，使业主生活得更安全、更方便。 随着国民经济和科学技术水平的提高，特别是计算机技术、通信技术、网络技术和控制技术的迅速发展，促进了智能小区在我国的推广和应用。目前这些小区的智能化建设大多数是采用Lonworks、FF等现场总线技术。但是现场总线协议标准化程度还不成熟，且成本较高。随着宽带Internet进入家庭，利用Internet来构建智能小区已成为大势所趋。 本文介绍了一种基于以太网和FPGA的嵌入式智能小区管理系统的组建方法。首先，以Altera的FPGA为核心，通过在外围添加适当的存储设备和通信接口设备，构成一个嵌入式系统的硬件平台。其次，在此平台的基础上，通过在FPGA中定制Nios Ⅱ软核处理器以及在外围的Flash存储器中下载uClinux操作系统，从而构建出一套资源丰富的嵌入式操作系统。该系统带有一个网络功能齐全的Web服务器。最后，将此操作系统作为智能小区的楼宇集中器，再根据需要配置适当的采集器和显示器，就可以组建成一套功能强大的智能小区管理系统。它可以完成图像抄表、定时图像采集、实时温度监控、楼宇广播、智能语音报警等功能。 这种利用当前流行的嵌入式系统来组建的智能小区管理系统，不但实现简单、功能强大；而且节约布线、成本低廉。因此具有很高的性价比，相信在未来有较大的市场潜力。 本文主要包括如下几个部分：系统硬件结构设计，包括系统的原理图构建和PCB板的绘制：系统核心处理器设计，包括Nios Ⅱ软核CPU的设计方法、外围存储和通信器件的添加及设计方法；嵌入式操作系统uClinux的相关知识及移植方法：系统的软件结构设计，包括图像采集、温度采集、LCD显示等CGI程序设计，以及单片机语音报警程序设计等；最后给出了调试情况以及一些试验结果。
上传时间： 2013-06-11
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视频图像处理的应用越来越广泛，各种处理算法也日趋成熟，相关的硬件技术不断地推陈出新。视频图像处理系统的硬件实现一般来说有三种方式：数字信号处理器(Digital Signal Processor)、专用集成芯片(Application Specific Integrated Circuit)和现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array)以及相关电路组成。最近几年，随着电子设计自动化(Electronic Design Automation)技术的迅速发展，使得基于FPGA的可编程片上系统(System On a Programmable Chip)逐渐成为嵌入式系统。应用的一种趋势。特别地，在视频图像处理系统设计中，数据量大，要求处理速度快，灵活性高，FPGA有其独特的优势。鉴于此，本文对基于FPGA和SOPC技术的视频图像处理系统进行了研究。 本文介绍了Xilinx公司FPGA的结构和功能特点，以及可编程片上系统的开发工具和片内系统设计流程。根据视频信号的相关知识，编写了视频图像处理IP核，构建了视频图像处理系统。整个系统以FPGA为核心器件，内嵌PowerPC405处理器模块，通过ⅡC总线完成视频解码芯片的初始化，总体上实现了对视频图像信号的采集、处理、存储和显示。 本文最后对系统进行了调试。经过实验验证，系统能正确和可靠地工作。整个系统的逻辑资源消耗占FPGA的百分之十几，剩余的资源可以做许多硬件算法或其它方面的应用。
上传时间： 2013-05-24
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H.264视频编解码标准以其高压缩比、高图像质量、良好的网络适应性等优点在数字电视广播、网络视频流媒体传输、视频实时通信等许多方面得到了广泛应用。提高H.264帧内预测的速度，对于实时性要求较高的场合具有重大的意义。为此，论文在总结国内外相关研究的基础上，针对H.264帧内预测的软件实现具有运算量大、实时性差等缺点，提出了一种基于FPGA的高并行、多流水线结构的帧内预测算法的硬件实现。 论文在详细阐述H.264帧内预测编码技术的基础上，分析了17种预测模式算法，通过Matlab仿真建模，直观地给出了预测模式的预测效果，并在JM12.2官方验证平台上测试比较各种预测模式对编码性能的影响，以此为根据对帧内预测模式进行裁剪。接着论文提出了基于FPGA的帧内预测系统的设计方案，将前段采集剑的RGB图像通过色度转换模块转换成YCbCr图像，存入片外SDRAM中，控制模块负责读写数掘送入帧内预测模块进行处理。帧内预测模块中，采用一种并行结构的可配置处理单元，即先求和再移位最后限幅的电路结构，来计算各预测模式下的预测值，极大地减小了预测电路的复杂度。针对预测模式选择算法，论文采用多模式并行运算的方法，即多个结构相同的残差计算模块，同时计算各种预测模式对应的SATD值，充分发挥FPGA高速并行处理的能力。其中Hadamard变换使用行列分离的变换方法，采用蝶形快速变换、流水线设计提高硬件的工作效率。最后，论文设计了LCD显示模块直观地显示所得到的最佳预测模式。 整个帧内预测系统被划分成多个功能模块，采用层次化、模块化的设计思想，并采用流水线结构和乒乓操作来提高系统的并行性、运行速度和总线利用率。所有模块用Verilog语言设计，由Modelsim仿真和集成开发环境ISE9.1综合。仿真与综合结果表明，系统时钟频率最高达到106.7MHz。该设计在完成功能的基础上，能够较好地满足实时性要求。论文对于研究基于FPGA的H.264视频压缩编码系统进行了有益的探索，具有一定的实用价值。
上传时间： 2013-07-21
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近年来，GPS技术迅速发展，并随着3G时代的到来，其应用领域日益广阔，需求量与日俱增。与此同时，随着电路系统设计越来越复杂，上市时间日益缩短，集成电路设计方法面临重大变革。因此采用新型方法学来设计GPS接收系统是必要的。 本文基于GPS原理，采用可复用的IP技术和软硬协同设计技术，设计了一种高性能的GPS SOC接收系统。论文首先分析了GPS信号解调的原理，提出了一种高性能的捕获和跟踪系统结构，详细说明了其工作流程和设计原理。其次，基于高性能总线的选取提出了整个基带系统地结构，并阐明了总线上的各个模块设计方法。采用了直接复用的测试手段和FPGA的测试平台，缩短开发周期，而且保证了对整个系统测试的覆盖率。本文所设计的系统最大特色在于易于集成到其它系统中，并且仅占用10个芯片端口，实现了IP化的设计目的。 最后本文介绍了测试过程中所采用的基于FPGA平台的仿真验证方案和测试方法，并给出了最终的测试结果，达到了对卫星信号搜索定位的目的。
上传时间： 2013-04-24
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近几年来，OFDM技术引起了人们的广泛注意，根据这项新技术，很多相关协议被提出来。其中WiMax代表空中接口满足IEEE802.16标准的宽带无线通信系统，IEEE标准在2004年定义了空中接口的物理层(PHY)，即802.16d协议。该协议规定数据传输采用突发模式，调制方式采用OFDM技术，传输速率较高且实现方便、成本低廉，已经成为首先推广应用的商业化标准。本文对IEEE802.16d OFDM系统物理层进行了研究，并在XILINX公司的Virtexpro II芯片上实现了基带算法。 ⑴探讨了OFDM基本原理及其关键技术。根据IEEE802.16d OFDM系统的物理层发送端流程搭建了基带仿真链路，利用MATLAB/SIMULINK仿真了OFDM系统在有无循环前缀(CP)、多径数目不同等情况下的性能变化。由于同步算法和信道估计算法计算量都很大，为了找到适合采用FPGA实现的算法，分析了同步误差和不同信道估计算法对接收信号的影响，并结合计算量的大小提出了一种新的联合同步算法，以及得出了LS信道估计算法最适合802.16d系统的结论。 ⑵完成了基带发射机和接收机的FPGA硬件电路实现。为了使系统的时钟频率更高，采用了流水线的结构。设计中采用编写Verilog程序和使用IP核相结合的办法，实现了新的联合同步算法，并且通过简化结构，避免了信道估计算法中的繁琐除法。利用ISE9.2i和Modelsim6.Oc软件平台对程序进行设计、综合和仿真，并将仿真结果和MATLAB软件计算结果相对比。结果表明，采用16位数据总线可达到理想的精度。 ⑶采用串口通信的方式对基带系统进行了验证。通过串口通信从功能上表明该系统确实可行。
上传时间： 2013-04-24
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随着科学技术水平的不断提高，数字集成电路被广泛应用。通用串行总线USB(Universal Serial Bus)是计算机与外围设备互连的标准接口之一，是一种点对点的通信接口，可同时支持多个外围设备。USB2.0规范的通信速率非常高，其峰值可达480Mbit/s，使得它已经成为目前最流行的外设接口标准。FPGA芯片是今后电子产品发展的趋势，带有USB接口的FPGA系统将有很好的市场需求和发展前景。 论文主要从研究FPGA的结构、Xilinx公司Spartan3F系列中的XC3S400的引脚功能、了解FPGA开发流程、熟悉USB2.0的通信协议以及驱动的一些基本知识入手，目的是完成带有USB接口的FPGA的PCB板的制作和FPGA内部程序的编写以及USB固件的开发。结合了Cypress公司的上位机，开发了基于USB接口的FPGA和PC机通信系统，能够进行数据传输。论文研究了Xilinx的3S400芯片的内部结构和各个引脚的功能，设计了关于Xilinx的3S400最小系统电路图，在Xilinx的FPGA的开发环境，编写了FPGA的代码。由于FPGA内嵌的USB2.0的内核价格昂贵，需要向生产FPGA的芯片厂商购买，因此论文选择了外接USB芯片，虽然增加了PCB板的面积，但其开发成本较低，且技术成熟，大多数USB通信研究者进行广泛研究。论文在详细介绍了USB2.0的通信协议，Cypress公司生产的CY7C68013芯片的结构，以及其固件的开发基础上，开发了基于FPGA的USB与PC机的通信系统，该通信系统可以和上位机进行点对点的数据传输，为大批量的数据通信产品的开发提供了研究和生产的基础。
上传时间： 2013-07-26
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