实时识别数字和英文字母快速算法的现场可编程门阵列设计

在分析阿拉伯数字以及大写英文字母的形状特征后,提出了一种适于现场可编程门阵列(FPGA)实现的图像实时识别算法.该算法能够充分描述数字和字母图像的特征向量,然后经过预处理和定位后提取出各特征向量,最后计算出各特征向量间的距离并比较大小就能对图像进行实时识别.算法对图像平移和小角度旋转具有不变性,并且具有简单、识别准确率高、计算复杂度低、存储量小的优点.FPGA仿真结果表明,该算法只需要8 000逻辑门就能实时识别出50×75像素大小的数字和字母图像,证明了算法具有较高的可行性和高效性.

用现场可编程门阵列设计前向神经网络

本文给出了利用现场可编程门阵列来实现多层前向神经网络(反向传播-BP网络)的方法。首先利用了相关软件在理论上作了算法上的仿真,在此基础上构建了前向神经网络的硬件结构。主要使用了查找表的方式来实现Sigmoid激励函数,并给出了解决异或问题的硬件上的具体方案。最后给出了BP网络解决异或问题的QuartusII仿真结果,表明了方案的可行性。

基于现场可编程门阵列的水果识别系统设计

针对目前大多数水果识别系统实时性差和成本较高的问题,本文提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的水果识别系统。整体硬件设计包含图像采集、检测识别和显示模块。软件部分通过图像采集平台将水果图像存储至双倍数据率同步动态随机存储器(DDR3)控制模块,进行图像灰度化处理,并创造性地提出背景帧差法对水果图像进行分割。通过融合水果颜色和几何特征,实现对水果数量、颜色和种类的识别。整个水果识别系统在不同光照下对常见水果进行了测试。实验结果表明,水果平均识别准确率达到93.25%,识别速度约为16.67 ms,FPGA硬件资源消耗率仅占28.02%,可以满足实时性需求。

基于现场可编程门阵列的可重构手势交互教学机器人设计

针对传统教学机器人可重构性差、系统综合应用性不足、人机交互功能简单等缺点,本文设计开发一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的可重构动静态手势交互教学机器人。该机器人以Xilinx的Spartan6为控制器,通过OV5640摄像头对手势图像信息进行识别传输,利用I2C总线与FPGA控制芯片进行通信,利用WiFi模块进行数据传输,从而对机器人进行相应的手势指令控制,实现人机手势交互、机械臂抓物、自动循迹、超声避障、运动除障、语音播报等多种功能。同时,该手势控制机器人对测试者的数字手势和动作手势识别正确率达95.1%,实时识别响应时间小于0.5s。本文设计的基于FPGA的可重构动静态手势交互教学机器人可应用于FPGA系统设计等研究类课程教学中,具有推广价值。

基于现场可编程门阵列的质谱信号滤波器的设计与应用

低通滤波法是四极杆质谱仪信号去噪的常见方法,为了提高滤波器性能,引入一维离散平稳小波进行阈值法滤波,其不仅能够几乎完全抑制噪声,而且可以很好地保留原始信号的特征尖峰点,缩短与成熟商业化产品差距。同时针对四极杆质谱控制系统运算能力不足的问题,本研究提出了基于Zynq芯片的应用方案,大大降低了仪器得到高信噪比(Signal-To-Noise,SNR)和低均方误差(Mean-Square-Error,MSE)质谱数据的时间。基于本团队研制的四极杆质谱仪,测试使用赛默飞世尔科技(Thermo Fisher Scientific)公司的调谐液样品。结果显示,小波变换法噪声衰减25 dB以上,对比240阶低通滤波法MSE整体降低20%以上,有效部分降低8%以上,并且通过可配置现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)处理,使有效信号相较低通滤波法下降15%以上,同时处理延迟小于1μs。为优化质谱数据降噪和控制系统集成化提供了设计参考。

基于现场可编程门阵列战术数据链中自适应轮询接入控制协议的设计与实现

在战术数据链系统中,战术单元随时都有可能被摧毁而引起网络拓扑结构动态变化,导致系统服务效率降低。为了解决这一问题,基于动态调整轮询顺序的思想,提出一种自适应轮询接入控制协议(APACP)。采用概率母函数的方法和嵌入式马尔可夫链理论对系统进行建模,得到系统平均排队队长和平均轮询周期的解析解;利用数学软件MATLAB和现场可编程门阵列仿真验证协议的正确性。仿真结果表明,APACP能够根据战术数据链网络拓扑结构的动态变化自动调整轮询顺序,明显降低系统平均排队队长和平均轮询周期,克服传统轮询接入控制协议中空轮询的问题,节约了服务时间,提高了服务效率,改善了系统性能。

基于现场可编程门阵列的加速器同步控制器设计

针对加速器驱动次临界系统(ADS)注入器Ⅱ的控制中对于同步触发信号的要求,设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的高精度同步控制器,它能为加速器设备提供同步工作所需的脉冲信号。控制器采用粗延时结合精延时的方式,FPGA实现粗延时,专用延时芯片实现精延时,提高了延时精度,同时增大了延时、脉宽及周期的调节范围。测试结果表明,该控制器输出脉冲的最小延时步距为0.25ns,延时、脉宽及周期调节范围为1μs^2s,周期抖动的标准偏差为70ps。该控制器输出信号满足要求,程序界面操作简便,通过串口RS-422远程控制稳定可靠。

基于现场可编程门阵列的电能质量监测系统设计

提出了基于现场可编程门阵列(FPGA)的电能质量监测系统的设计方案。系统以FPGA为核心处理芯片,配以少量外围器件即可实现电压﹑电流﹑功率﹑频率等常规量监测,稳态谐波分析和电压上凸、下凹捕捉等功能,而且可以与上位机通信。与使用单片机进行电能质量监测相比,具有可靠性高、通用性好、成本低等优点。对设计进行了整体编译、综合与优化,将得到的配置数据下载到FPGA中,通过SignalTapⅡ逻辑分析仪对设计进行了验证。在实验室条件下,对频率、有效值和功率的监测结果表明,该监测系统能够满足电能质量监测的要求。

基于现场可编程门阵列的束流快引出控制系统设计

为实现兰州重离子冷却储存环主环束流的快引出,采用一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的引出控制系统。在FPGA单元设计中,采用数字倍频技术来实现对Kicker磁铁在1个高频周期内充放电时间的精度控制。经测试,该控制系统对存储环中运行束流位置的跟踪可调节时间步长为5 ns。当高频频率为1.4 MHz时,在0～360°范围内可实现约2.5°相位精度的Kicker触发。

基于现场可编程门阵列的反应堆数字化保护系统设计

介绍了一种基于现场可编程门阵列 (FieldProgrammableGateArray ,即FPGA)的新型反应堆保护系统的设计方案 ,辅以微处理器作为热备份的冗余 ,以实现设备的多样性。系统采用三取二的表决方式 ,FPGA部分执行主要的保护功能 ,并行数据处理和信号传输提高了系统的响应速度 ,避免了软件共模故障的发生。微控制器的使用增强了系统的通讯能力 ,优化了人机接口界面 。

基于现场可编程门阵列的数字调节器设计

根据磁铁稳流电源闭环控制的基本原理,将模拟调节器及相关的外围控制电路采用全数字化控制技术,并通过嵌入数字信号处理模块的现场可编程门阵列(FPGA)来实现,设计了数字调节器(DRL)。通过样机试验证明,该数字调节器可实现对电源的全数字化调节和控制,满足多数加速器对静态磁铁稳流电源的控制需求。

基于现场可编程门阵列技术的遥测数据处理接口设计方法研究

在遥测系统中,接收设备多采用了PC I总线标准接口,该接口具有数据传输速率高的特点,但是PC I总线的速度和接收设备的数据传输速度不匹配。主要探讨了如何利用FPGA可编程芯片,采用VerilogHDL标准硬件描述语言,实现PC I总线对遥测系统中的数据接收设备的读取接口模块设计。

适用于现场可编程门阵列I/O通道的可编程延时单元结构设计方法研究

本文对FPGA芯片输入输出通道模块的可编程延时单元设计方法进行了研究,针对可编程延时单元所需的延时调整范围广、延时调整精度高、延时级数多的特性,提出了一种输入输出信号时序可调整的结构设计方法,以满足总线信号边沿对齐或电路建立与保持时间的要求.所设计的延时链采用粗调延时单元与细调延时单元相结合的方式提高精度和覆盖范围,并在较少的控制向量下,实现了45级延时.延时链延时步进精度为100ps,延时最大值为4.58ns.其功耗和面积分别是传统反相器链结构延时单元的34.5%和55.9%.

基于现场可编程门阵列的高能工业CT同步系统设计

介绍了一种基于现场可编程门阵列的嵌入式高能工业CT同步控制系统。该系统将现场可编程门阵列作为系统时序控制的核心,其内部集成了UART、指令解码、LCD显示、EEPROM读写和同步时序产生等模块。系统采用有限状态机设计了指令解码模块,具有良好的可扩展性。同时,设计了基于查找表结构的频率计数值产生模块,提高了系统处理速度,减少了逻辑资源的占用。最后,采用VC++设计了控制软件,并通过实验得到了清晰的图像数据。

现场可编程门阵列步进电动机驱动系统设计

采用单片机实现对步进电动机转向与转速的控制,现场可编程门阵列实现对步进电动机转角的任意细分。VHDL语言编程实现多种不同模块功能。

基于现场可编程门阵列的步进电机运动控制系统设计研究

提出一种在多用途步进电机运动控制系统中应用现场可编程门阵列(FPGA)实现多台步进电机可变细分脉冲分配器的方法.按照运动控制系统的多用途特性要求和可逆循环计数寻址EPROM的思想设计可变细分控制策略,将控制步进电机运转的矩形脉冲波通过细分代码转换成阶梯近似、幅值恒定的正弦、余弦波.利用Verilog HDL硬件描述语言,并运用MAX+plus II开发软件,在单片FPGA上实现了多台步进电机的脉冲分配器,负责细分代码的生成与输出,并在FPGA片内集成了大部分的MCU外围接口电路,包括MCU的译码电路、键盘和中断接口电路,使MCU软件结构和外围电路大为简化.结果表明,系统扩展方便,可移植性高,具有广泛的适应性.

现场可编程门阵列技术的混沌数字通信系统设计

研究在混沌数字通信系统设计中应用现场可编程门阵列技术的措施。在混沌数字通信系统设计中,分析设计需求,运用现场可编程门阵列技术,优化系统设计措施,有助于提升系统设计性能提升系统质量。在混沌数字通信系统设计中应用现场可编程门阵列技术,提升系统应用精确度可达到8.0%。在混沌数字通信系统设计中,运用现场可编程门阵列技术,不仅可以保证信息安全,也可以最大限度地提高系统设计的灵活性,降低系统设计成本,发挥积极影响。

大规模现场可编程门阵列(FPGA)开发系统电源设计研究

以 Xilinx 的 FPGA 为例,介绍了 FPGA 开发系统的电源要求和功耗,并给出了采用线性低压降(LDO)稳压器,DC/DC 调整器,DC/DC 控制器和电源模块等几种电源解决方案。

基于现场可编程门阵列的RISC处理器设计

基于现场可编程门阵列(FPGA)平台,设计嵌入式精简指令集计算机(RISC)中央处理器(CPU)。参考无内部互锁流水级微处理器(MIPS)指令集制定原则设计CPU指令集,通过分析指令处理过程构建嵌入式CPU的5级流水线,结合数据前推技术和软件编译方法解决流水线相关性问题,并实现CPU的算术逻辑单元、控制单元、指令cache等关键模块设计。验证结果表明,该嵌入式RISC CPU的速度和稳定性均达到设计要求。

基于现场可编程门阵列的数控振荡器设计

基于现场可编程门阵列,设计出精度为8位的数控震荡器。选取XC3S200AN芯片,使用查找表设计方法,在存储正、余弦数字波形时,利用正、余弦信号的对称性,采取存储1/4周期波形的方法,以减少硬件存储资源的使用。通过泰勒修正算法对信号输出进行优化,以提高杂散抑制性。使用ISE14.7和MATLAB 2015b软件,对所设计的数控震荡器及其输出数字正、余弦信号进行频谱分析和仿真,结果表明设计方案可行。