现场可编程门阵列及其设计技巧与应用

本文介绍了现场可编程门阵列(FPGA)的结构,设计开发流程等有关知识。同时,还介绍了FPGA设计过程中的一些经验之谈以及应用举例。

基于FPGA的OFDM基带发送系统设计与实现

在对IEEE802.11a和OFDM技术做了深入研究的基础上,针对IEEE802.11a协议设计了OFDM基带发送系统的参数,提出了OFDM基带发送系统的实现方案,利用Xilinx FPGA软硬件开发平台分别对结果进行了软件仿真和硬件测试。测试结果表明,该设计正确地在FPGA硬件平台上实现了基带发送系统所需的功能,具有较高的稳定性和可靠性,有一定的实用价值。

基于Nios Ⅱ的LED显示屏控制系统

主要阐述以ALTERA公司的FPGA为核心的基于Nios Ⅱ软核的嵌入式LED显示屏控制系统的设计方法。简要介绍片上系统(SOC)和可编程片上系统(SOPC)的概念,以及使用SOPC技术的灵活性和优越性;从系统的角度提出LED显示屏控制系统的完整设计方案,给出基于Cyclone Ⅱ芯片的Nios Ⅱ的LED控制器框图,并得到在Quatus Ⅱ中进行仿真的结果;结果表明利用ALTERA 的Cyclone Ⅱ芯片设计实现LED显示屏控制器优势明显。

基于FPGA的气动柔性手指的神经网络控制器设计

研究了气动柔性手指智能控制策略的硬件实现,设计了气动柔性手指的神经网络控制器。气动柔性手指神经网络控制器是在已经对气动柔性手指进行运动学和动力学分析的前提下,使用MATLAB对神经网络进行试训,依据训练所得的权值和阈值,在现场可编程门阵列集成环境下,基于超高速集成电路硬件描述语言完成的。该控制器适用于具有复杂智能控制策略且对实时性要求高的多手指控制系统。

基于FPGA的信号与系统实验箱信号源设计

介绍了自主设计开发的信号与系统实验箱中信号源模块的软硬件设计。整个设计以FPGA为核心,Quaturs Ⅱ为开发平台,采用VHDL语言,利用直接数字频率合成技术实现。可以通过灵活的按键开关进行频率、波形选择,输出实验模块所需信号。经仿真验证和实际运行结果表明,信号源模块满足设计要求,在实际教学中获得良好效果。

变压器套管介质损耗在线监测装置

设计了一种变压器电容型套管介质损耗在线监测装置。针对谐波分析法,提出利用IRIG-B码授时实现异地高精度同步采样,并采用EIA-485总线实现监测装置与套管智能电子设备(intelligent electronic devices,IED)之间通信的介质损耗测量方案。采用内嵌处理器软核NiosⅡ的现场可编程门阵列器件EP1C6Q240I7完成对模数转换采样芯片ADS8505的控制,采用数字信号处理器TMS320F28335对信号进行快速傅里叶变换等处理,监测终端将数据信息通过EIA-485总线传送至套管IED。试验结果表明,该装置介质损耗测量的精确度和稳定度都比传统装置有很大的提高。

基于FPGA的光栅信号智能接口模块

在高精度数控机床中,常由直线电机和光栅尺构成闭环系统,如果光栅尺的信号直接由CPU来处理,则占用CPU的很多软硬件资源,而且其实时性不能保证。利用现场可编程门阵列(FPGA)的高速、高密度、可在线修改的特点,设计一智能接口模块。不但实现了X-Y轴光栅信号的细分、辨向、位移测量,还能准确测量并显示速度,最后,通过接口电路把位移、速度等信号传到上位机。仿真结果证明该设计的实时性好、位置控制误差小于2μm。

基于FPGA的VGA汉字显示系统设计与实现

提出一种基于Xilinx公司的Spartan-3E的FPGA显示方案,由于FPGA芯片具有可靠性高、编程灵活、体积小等优点,采用其控制VGA接口进行汉字显示,有效地解决了通用处理器控制VGA接口显示汉字的缺点。对新方案进行理论分析和实验,结果证明该方案达到了预期效果。

基于IMPULSE C的GF(P)域椭圆加密算法的硬件加速

研究了大素数域上的椭圆曲线加密算法,基于IMPULSE C语言,对该算法进行编程实现;在标准射影坐标系下,对点加和倍加算法进行并行化改进,并且在编程时利用编译器特性做了进一步的并行化。通过对加密算法合理的软硬件分割,将计算量大而且复杂的点乘运算作为硬件部分,通过现场可编程门陈列(FPGA)进行硬件加速;将加密协议的其他部分作为软件部分,在传统CPU上执行,并将硬件部分生成VHDL代码。分别进行加密算法的CoDeveloper的桌面仿真和生成的硬件VHDL代码的ISE综合仿真。最后将该加速设计在Xilinx Virtex-5 xc5vfx70tFPGA开发板上作了实现,基于FPGA的实验结果表明,P-192上点乘运算处理在133 MHz时钟下用时2.9 ms,硬件资源分配合理,与现有的手工编写的HDL代码相比,具有并行加速优势。

基于FPGA的植物工厂控制系统研究

提出了一个植物工厂控制系统的设计方案,并对方案的硬件实现进行了详细的阐述。系统的现场单元采用基于NIOS的嵌入式处理器为核心器件,以充分发挥基于FPGA的NiosⅡ处理器的优势。由FPGA-EP1C12Q240C8完成数据采集、数据处理及气候环境参数调节等控制功能,并把数据通过串口传送给主机(PC机),从而实现控制系统的数据处理、监控和维护等功能。

海洋石油地震勘探拖缆模拟系统设计与实现

大容量数据模拟系统一方面用于对现有系统进行极端性测试,揭露被测试系统存在的问题,从而使得系统更加完善;另一方面为被测试系统应用于更加严格条件下的工作做前导性试验和准备。论文基于海上石油勘探实际应用中的一个拖缆模拟系统,详细介绍了基于FPGA的大容量数据模拟系统的设计思想和基本实现,可作为此类应用的设计典范,提出的结构框架也可作为数据采集类应用的设计参考模型。

视频运动矢量的获取FPGA实现

提出一种视频运动检测的方法,通过融合帧间差法、色彩匹配法、区域特征匹配法、目标关键位置选取和光流场分析的视频运动检测方法,对视频数据流进行分析计算,获取运动目标的运动矢量。在Altera公司的FPGA试验平台DE1上,构建了视频运动检测矢量获取的验证系统。实践结果表明,该方法能够实时分析目标运动信息,快速准确获取视频流中目标的运动矢量。

基于FPGA的全数字触发器的设计

利用Quartus II开发软件,底层采用VHDL编程,顶层采用原理图连接的方式在Altera FP-GA上设计了三相可控硅全数字触发器.实践表明,这种采用FPGA设计的数字触发器,既克服了传统采用MCU设计的控制器易受干扰、程序易跑飞的缺点,又兼顾了模拟触发器的很多特点,且外围电路简单,调试和系统升级更加方便.

LED显示屏256级灰度控制芯片的FPGA设计

介绍了一种基于DVI接口的LED视频显示系统,包括系统设计框架、LED显示驱动方法的介绍,重点介绍了基于FPGA的LED显示屏256级灰度控制芯片的设计原理与过程。

基于DSP＋FPGA的柔性臂混合控制系统设计

针对难以控制的柔性机械臂,设计了强鲁棒性、强自适应能力的模糊滑模控制策略;并针对控制对象与控制算法的复杂性,设计了基于DSP+FPGA的控制系统,保证了系统的实时性和精确度。

基于FPGA的小型微光视频图像增强处理系统

为微光视频图像的实时增强设计了一套可应用于空间狭小环境中的小型化处理系统。以FPGA为系统核心,并使用CPLD对系统进行配置,简化了系统设计,使处理系统硬件更加紧凑,运行更加可靠;还给出了系统主要功能模块的实现方法。在微光视频图像系统中应用,使图像增强效果明显。

FPGA在步进电机细分驱动控制系统中的应用

以单片机SST89E554RC和FPGA为步进电机细分驱动系统的硬件核心,实现了两台步进电机的64细分控制。系统采用FPGA控制的PWM细分驱动技术,由FPGA产生阶梯脉冲形成阶梯形电压信号以控制步进电机每相绕组在各时刻的电压,从而实现步进电机转角的任意细分控制。

高动态GPS接收机的设计与仿真

与一般环境下卫星定位信号的接收相比,高动态环境下GPS信号产生较大的多普勒频移,产生较大的定位误差,因而对卫星定位信号接收机提出了较高要求:一是要更可靠地捕获卫星定位信号;二是接收机要具有低功耗、小型化、通用性的特点。针对上述要求,提出了采用FPGA的GPS接收机方案,给出了系统的总体设计以及各个主要模块的设计与仿真过程;并根据设计平台,进行了相关实验。实验结果表明,所设计的高动态GPS接收机能够很好地捕捉到卫星信号。系统具有体积小、灵活性强、易升级扩展等特点,在高端民用领域和相关军事领域都具有广阔的应用前景。

硬盘控制器的FPGA实现

介绍了以FPGA为基础,以Verilog硬件描述语言为载体,实现对硬盘控制的方法.该方法能够实现IDE硬盘的PIO模式或DMA模式的数据存储,并利用WishBone片上总线实现和系统中其他部分的连接,可广泛应用于视频、音频等需要大量数据存储的系统中,完成对数据的高速安全存储.

基于FPGA数控机床的加减速电路

针对计算机数控机床的加减速电路,提出了一种基于FPGA的设计电路,它采用VHDL语言编程,能有效地生成具有各种加减速功能的速度方程,此电路用于单轴数控系统中,具有很好的应用前景.