基于SOPC的频谱分析仪设计与研制

介绍了基于Altera的FPGA及NIOS Ⅱ软核处理器的一种任意波形的频谱分析仪器,其基本工作流程及功能包括:外部信号经A/D转换后送至NIOS核,作为实时波形显示,同时则送至FFT处理模块前侧的FIFO暂存区,供FFT模块分析处理;分析得到的实部及虚部数据经由平方求和后送至NIOS核.处理得到最终数据并送至显示器显示.系统全部采用硬件实现,具有很好的实时性.     

激光雷达测风系统信号采集处理研究

为满足风场对风速测量的需求,研制了基于FPGA的激光雷达测风系统高速信号采集处理模块,负责对激光雷达回波信号采集、快速傅里叶变换(FFT)及频谱数据累加平均运算.将采集到的1024点回波数据通过流模式、块浮点结构FFT运算,分别得到单次频谱数据和1024次累加平均频谱数据,并利用数据传输模块可靠传输至上位机进行显示与分析.通过搭建工作波长为1550 nm的连续相干激光雷达测风系统,对信号采集处理模块进行指标测试和累加平均滤波算法验证.测试结果表明:该采集处理模块能够在100 MHz时钟下对回波信号实时采集处理,频谱分辨率达到97.66 kHz,将风速测量精度提升至7.57cm/s.     

基于SOPC技术的数字图像处理设计

本课题研究的内容是在现场可编程逻辑器件(FPGA)平台中,基于32位软核处理器NIOS Ⅱ,通过CMOS摄像头采集数据,呈现在VGA显示终端上实现图像实时采集、显示、变换、拍照存储等功能。利用FPGA的高速数据处理能力,对拍照的图片实时的采集、处理、变换;NIOS II作为微控制器,对于采集的数据以bmp格式保存到具有FAT32文件系统的SD卡上。本设计中NIOS II软核处理器是以软核的形式嵌入到FPGA中,实现了SOPC技术(片上可编程系统),在单片FPGA上实现了整个硬件算法和微控制器的控制过程。     

基于无线收发的超声波液位测量仪

利用无线通信设计了一种超声波液位测量仪,以STC89C52为核心控制器,选用超声波测距模块作为液位测量传感器,利用NRF24L01无线模块对数据进行实时无线发送与接收,再将接收到的数据实时处理后送至液晶屏显示,同时通过串口经MAX232电平转换后送至PC机实时显示并绘制数据曲线。该仪表实现了远距离无线液位实时测量,取代了传统的浮力式和电缆式液位测量仪,数据结果精度高,控制方便。     

基于无线收发的超声波液位测量仪

利用无线通信设计了一种超声波液位测量仪,以STC89C52为核心控制器,选用超声波测距模块作为液位测量传感器,利用NRF24L01无线模块对数据进行实时无线发送与接收,再将接收到的数据实时处理后送至液晶屏显示,同时通过串口经MAX232电平转换后送至PC机实时显示并绘制数据曲线。该仪表实现了远距离无线液位实时测量,取代了传统的浮力式和电缆式液位测量仪,数据结果精度高,控制方便。     

基于LabVIEW的数据采集与信号处理系统

以PC机和数据采集卡为主要硬件,以LabVIEW为软件开发平台,构建了实现信号的采集与信号分析的多功能模块的虚拟仪器系统,该系统能够实现时域分析和频域分析.其中,时域分析包含：实时显示波形、测电压、频率、周期等多种参数;频域分析包含：幅值谱、相位谱、功率谱、FFT变换、加窗、滤波等.另外,对采集的信号完成自相关处理,提取特征分量等功能.该系统应用在悬臂梁震动测量的试验中得到了很好的验证.     

基于LabView嵌入式网络控制功能模块的设计与实现

阐述了在LabView程序开发环境下完成三个功能模块的设计。网络数据处理模块：具有对控制器传来数据的数据库管理功能。信号采集及波形显示和分析模块：主要是对几种基本波形（正弦波、方波、三角波、锯齿波等）的采集,并对采集的信号进行分析和存储。信号输出控制模块：主要是针对采集后存储的数据进行还原,输出波形。     

集成化图像控制引擎的研究与实现

随着半导体技术以及计算机软硬件技术的飞速发展,对于图像的显示和控制技术也呈现出越来越多的方式。文中介绍了一种基于NIOS II软核处理器实现对SD卡驱动与TFT-LCD控制的方法。在设计中利用FPGA的Altera的SOPC Builder定制NIOS II软核处理器及其与显示功能相关的模块来协同从SD卡读取JPEG格式的图片,经过FPGA解码处理显示于TFL-LCD上,并使用触摸控制实现图片的前进、后退、,暂停、自动播放时间控制功能。     

基于FFT的放大器非线性失真研究装置

阐述MCU STM32F407为核心的单片机作为微控制器,运用FFT算法处理采集到的数据,计算出总谐波失真（THD）,完成对输出波形THD的高精度测量,用显示屏实现了波形及幅频特性的显示。     

基于SOPC的数字示波器的设计与实现

基于SOPC的数字示波器,结合FPGA和软核NIOSⅡ的优势,采用实时采样和等时效采样两种方法实现对较高频率的测量,系统结构设计中尽量采用低耗时的数据传输方式并充分利用DE1中的资源,采用VGA方式显示波形.该系统测量频率范围为10 Hz～1.5 MHz,实时采样速率≤1 Msample/s,等效采样速率≥200 Msample/s,该系统实现了采样频率的自动调整、数据存储等功能,并具有高速、实时、高频测量准确可靠、便携等特点,具有很好的性能与实用性.     

基于NIOS II的红外热像仪系统通讯数据处理研究

针对红外热像仪系统的通讯数据处理模块,详细描述了一种基于NIOS II软核处理器的红外热像仪系统通讯数据处理设计方案,该方案运用SOPC进行硬件设计并通过标准C语言实现通讯数据处理,最后通过Altera公司的EP38SL150F1152I3芯片,对方案进行硬件实施和验证,证明提出的方案可以快速有效地实现红外热像仪系统通讯数据的处理和分类。     

基于FPGA的电机系统故障检测系统

针对普遍存在的电机转动故障,设计了一种可靠的电机旋转信号的采集与检测装置,并给出了测试系统的总体设计方案及软硬件实现。该系统由高速频率计数FPGA模块和SOPC片上系统构成,采用NIOSⅡ作为系统控制单元,控制计数器的工作,并辅以适当的软、硬件资源完成以FPGA为核心的高精度频率计设计。将计数结果由串口发送给上位机做进一步的信号分析,如FFT和谐波小波包,以得到更详细的信号频谱分布,以此作为故障信号的判断依据。利用NIOSⅡ技术开发的频率计使外围测量硬件电路结构简单、性能更稳定可靠,并且可以灵活地实现定制应用。经过实验表明,该测试系统能够很好地完成机械系统的故障检测。     

长度为2^n的FFT运算基实现

大点数FFT运算是数字信号处理中关键技术环节,本文提出一种大点数FFT运算基的实现,该实现是根据[1]中所提出的算法,结合寄存器阵列模块和重排序模块,实现FFT运算基模块内部的数据传输和模式切换,以基4与基2为模块中的基本运算单元构成大点数的FFT运算基,在控制电路配合下实现快速傅里叶变换。该实现通过面向寄存器级的Simulink仿真模型,验证本文所设计模块功能的正确性和可行性,为基于大点数的FFT运算指出了一种实现方法。     

激光多普勒测速雷达信号处理的FPGA实现

激光多普勒测速雷达信号处理由于数据量大、实时性强等特点,对信号处理单元的要求较高。现场可编程门阵列(FPGA)具有高速、并行性等优点,可以满足测速雷达的需求。介绍了利用单片FPGA实现激光多普勒测速雷达信号处理的过程,详细说明了数据的缓存、干扰频率的滤波、2倍降采样、快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)和脉冲累积等步骤的FPGA实现,最后分析了模块的性能并给出了测试结果。     

一个高效的嵌入式浮点FFT处理器的实现

FFT是数字信号处理中的一种非常重要的算法。本文构造了一个适于嵌入式应用的基16FFT处理器局部流水结构,同时设计实现了一个高效的基4蝶形运算模块。我们的研究应用了局部流水和反馈的思想,使基16FFT蝶形运算模块得以由两个基4/基2蝶形模块组成的反馈流水电路实现,在简化结构的同时提高了处理速度。基4蝶形模块中运算模块的利用率达到100％,而且比传统的基四蝶形模块节省60％以上的资源。     

基于虚拟仪器的数据处理软件平台设计

本论文使用虚拟仪器LabVIEW开发编写存储测试系统中的数据处理软件平台,对系统的整体功能提出总体设计方案,并对其中的数据滤波,频谱分析模块进行详细设计.在设计滤波模块时,主要利用了LabVIEW库中的Butterworth滤波器函数,对有噪声干扰的信号进行滤波处理,在设计频谱分析模块时,主要利用LabVIEW中的傅里...     

基于NIOS边界扫描测试平台的开发

阐述一种新颖的基于NIOS边界扫描测试平台的设计,提出了采用SOPC技术的一种更加灵活、高效的嵌入式系统新解决方案.该方案将边界扫描主控器系统的多功能模块集成在Altera公司推出的低成本、高密度、具有嵌入式NIOS软核CPU的现场可编程门阵列(FPGA)上,大大提高了系统设计的灵活性、边界扫描的测试效率.同时USB接口技术的应用使得边界扫描测试系统具有热插拔,传输速率快等优点.详细论述了具有自主知识产权的JTAG总线控制模块的设计和NIOS平台上USB固件开发.实验结果表明,此测试平台的设计正确有效,能够进行精确的故障诊断.     

TMS320C54x在VSR数据采集与处理系统中的应用

振动时效(VSR)技术因其低耗能、省时、效果明显等特点,在国内外的研究进展与应用领域逐渐扩大。振动时效的核心装置是数据采集处理模块,只有精确数据获取、分析与计算才能保证系统的精度和可靠性。基于TMS320C54x与AD1674设计了数据采集与处理系统,分析了采集数据在时域及频域的特性。连续时间信号的时域分析借助于冲激响应和叠加原理求系统的零状态响应;而频域分析基于快速傅里叶变换,系统由TMS320C54x芯片完成数字滤波与快速傅里叶变换等数据处理工作,具有高速、高性能等优点。     

基于MegaCore的FFT模块在FPGA上的实现

在FPGA上实现Hvr算法可以充分利用FPGA设计的灵活性和快速性,适合高速数字信号处理。提出了一种利用Altera公司提供的MegaCore开发H可模块的方法,并在FLEX10K系列的FPGA上予以实现,给出了设计框图和仿真波形,并对实现原理进行了详细说明。仿真和应用表明,此模块运算速度快,精度高,工作稳定,且设计成本低。     

NIOS浮点运算定制指令的实现

为提高NIOS系统的浮点计算效率,使用Verilog语言实现了单精度浮点数加减及乘法运算的功能模块,并通过波形验证其功能,依据NIOSⅡ定制指令的制定规范,将这一功能添加到SOPCBuilder中,扩展出新的基于硬件电路的浮点运算指令,使之在NIOS软件环境中得到应用。通过NIOSⅡ本身软件浮点计算和新增硬件指令进行运算结果和时间上的对比,证实硬件指令计算的优越性,为NIOS下的浮点运算提供了更有效率的选择。