FPGA设计课程教学方法的研究

FPGA设计课程是一门实践性很强的电子系专业课,包括FPGA设计的理论课程和实验课程两部分。本文从硬件描述语言的选择、可综合语句的讲解方式等多方面探讨了理论课程的教学方法。对目前实验课程中存在的一些问题进行分析,提出了实验课程中基础实验与设计性实验相结合,软件实验与硬件实验相结合,必修实验与开放性实验相结合的改革方案。     

基于FPGA的五电平逆变器SVPWM算法的实现

介绍了一种新型的五电平逆变器电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法,该算法中不含复杂的三角函数运算,因此便于利用FPGA实现。设计了一种基于DSP和FPGA的硬件控制电路,其中FPGA主要用于实现SVPWM算法。给出了该算法利用FPGA实现的具体方法和步骤,并且利用Quartus II软件对该算法进行了仿真和实验验证。仿真和实验结果与理论计算相符,验证了本设计是正确且有效的。     

FPGA课程教学改革探索

针对FPGA课程在教学过程中遇到的问题,对理论教学内容和实践教学手段进行改革,将科研与教学贯通,形成科研、课程设计、毕业论文相结合的综合教学体系。通过FPGA实验平台构建信号与系统、数字逻辑电路等课程到集成电路、微电子系统设计的桥梁。同时,把产业界的需求引入教学平台,开拓了学生的思路和视野,提高了学生设计复杂数字系统的能力;此外,通过全国大学生电子设计竞赛的训练,极大地激发了学生的学习兴趣和创新意识,并取得了良好的教学效果。     

FPGA课程教学改革探索

针对FPGA课程在教学过程中遇到的问题,对理论教学内容和实践教学手段进行改革,将科研与教学贯通,形成科研、课程设计、毕业论文相结合的综合教学体系.通过FPGA实验平台构建信号与系统、数字逻辑电路等课程到集成电路、微电子系统设计的桥梁.同时,把产业界的需求引入教学平台,开拓了学生的思路和视野,提高了学生设计复杂数字系统的能力;此外,通过全国大学生电子设计竞赛的训练,极大地激发了学生的学习兴趣和创新意识,并取得了良好的教学效果.     

SVPWM的SG设计及FPGA实现

根据SVPWM的基本原理,提出了一种软件和硬件相结合设计的SVPWM新方法.利用人工神经网络计算参考电压矢量,而参考电压矢量所在扇区用感知器网络进行判断,矢量作用时间及开关开通时间采用软件和硬件相结合的设计方法进行计算.整个系统在System Generator（SG）中进行建模和仿真,成功后将模型下载到FPGA芯片,产生了SVPWM波形,实验证明了该方法的有效性.     

多通道高精度数据采集电路的设计与实践

本文结合实际应用工程,给出了多通道高精度数据采集电路的硬件设计和控制时序的设计.将理论计算和实践相结合,详细介绍了信号采集电路的设计,采用模拟开关进行通道的切换,对运放的输出稳定性进行了分析和验证;采用FPGA作为逻辑控制器,给出了程序设计流程和控制时序,并结合大量实验,给出了AD7667驱动运放的最优设计.测试表明,...     

基于SOPC技术的串口通信模块的设计

本文利用嵌入式处理器NiosⅡ构建一个可编程片上系统（SOPC）,实现了FPGA片上串口通信模块的设计,避免了传统设计中专用串口扩展芯片进行串口扩展的设计。本文简要介绍了SOPC设计架构,从硬件、软件两个方面详细介绍了基于SOPC的串口数据采集系统的实现。并通过实验验证FPGA与外界系统的通讯的可靠行,有效提高了系统的集成性,降低了硬件成本。     

基于双DSP和FPGA控制器的大功率电压暂降仪设计

设计了基于双数字信号处理器(DSP)和现场可编程逻辑门阵列(FPGA)架构控制器的电压暂降仪。首先,进行了电压暂降仪的主电路拓扑设计;然后对电压暂降仪的核心单元即控制器的设计进行了详细介绍,控制器采用双DSP和FPGA架构,硬件系统与软件系统相结合,实现对电压暂降仪多功能、智能化的控制;最后,按照理论设计,搭建了电压暂降仪实物电路,经过日置HONKI3196的测试,验证了本文设计的电压暂降仪的可行性。     

DSP+FPGA的双核串行通信系统设计与实现

针对小型化数字信号处理器(DSP)+现场可编程逻辑门阵列(FPGA)数据采集及处理装置中DSP与FPGA之间的通信,为实现两者在硬件连接的简便性和软件通信的灵活性,提出了一种基于扩展的串行外设接口(SPI)构建DSP与FPGA之间的数据交互通道设计方案,并在此基础上设计且实现了DSP+FPGA的双核串行通信系统。该通信系统使从机FPGA能够主动开启SPI通信;并使SPI通信具有单独发送或传输数据的能力,提高了SPI通信的灵活性;同时具有硬件连接简便的特点,降低了设计电路板布局走线的难度。满足了在保证高速灵活通信的前提下缩小电路板面积的设计需求。并通过实验证明了该系统运行性能稳定,且通信速率可达到10.714 Mbps。     

一种基于FPGA的6kV链式STATCOM控制器设计

针对DSP在STATCOM控制系统的设计中,存在I/O点数少,易受外部环境干扰的问题,提出采用具有DSP数字信号处理功能单元的FPGA,进行控制系统设计的方案。设计采用主从控制方式,对控制系统的各主要部分进行了硬件设计,充分发挥了FPGA抗干扰能力强的特点,增强了STATCOM的运行可靠性。最后进行了相应的实验,实验结果证明了设计的正确性。     

基于多相滤波结构的Zoom FFT及其FPGA实现

针对传统Zoom FFT算法运算量大、处理速度低的缺点,本文提出了一种适合于FPGA芯片实现Zoom FFT算法的结构,对这种结构进行了设计并用FPGA实现了该结构。在硬件实现时,改进了传统的多相滤波器的硬件实现方法,并将改进的多相滤波器和DDS技术应用到Zoom FFT的设计中。设计实例和硬件测试结果表明,这种结构与传统的Zoom FFT实现方法相比,占用FPGA资源少,处理速度快。     

基于NiosII软核的SOPC彩灯控制系统设计

彩灯控制设计是一个典型的EDA实验,以往都是用硬件描述语言VHDL或Verilog编写程序,在FPGA芯片上用纯硬件逻辑来实现。本设计是基于NiosII软核的软硬件复合的SOPC系统设计实现的。并在Altera公司CycloneII FPGA芯片EP2C35上验证实现彩灯功能。     

永磁同步电动机控制系统的FPGA设计实现

介绍一种利用FPGA实现的高性能永磁同步电动机矢量控制系统。在分析了永磁同步电动机的数学模型和空间矢量控制方案的基础上,采用分模块化设计思想设计了基于FPGA的永磁同步电动机控制系统。使用VHDL硬件描述语言构建了永磁同步电动机矢量控制系统的空间矢量脉宽调制(SVPWM)、编码器解码模块、PI调节器模块、角度计算模块等硬件逻辑电路。最后在Altera cyclone 4CE115 FPGA中,结合电机功率驱动板和永磁同步电动机对系统整体进行了实验验证。     

红外小目标实时检测硬件系统设计与实现

设计并测试了红外小目标实时检测硬件系统。系统采用FPGA＋DSP的结构,以提高实时性。FPGA完成图像的部分预处理和缓存,DSP实现视频编解码器的控制、数据快速搬移存储与处理,并通过实验验证系统性能。     

基于FPGA的流水线技术应用研究

流水线技术是设计高速数字电路的最佳选择之一,本文对流水线工作原理作了较形象的描述.针对加法器在数字信号处理中的重要作用,本文讨论了在FPGA中设计流水线加法器的设计方法,采用VHDL硬件描述语言在QUARTUSⅡ6.0软件环境下对不同位宽的加法器性能进行仿真实验对比,说明了流水线技术在FPGA上设计的可行性与高速性,对加速数字信号处理有重要的实际应用价值.     

“智能仪器”绿色实验教学研究与实践

针对智能仪器课程的特I最,提出了实施多媒体辅助课堂教学配合绿色实验与实际实验相结合的实验教学的思路和原则。根据授课内容的不同,设计了多媒体动画教学手段导引,利用Proteus软件辅助电路设计,Keilc51软件辅助软件设计。在多媒体教室课堂演示智能仪器框架中每个环节的设计原理和实验方法,并现场运行仿真设计的结果,给学生一个直观的认识,再配合实验室自己动手的硬件实验,激发了学生积极探索的学习热情,提高了教学效果。     

基于FPGA/Nios-Ⅱ的矩阵运算硬件加速器设计

针对复杂算法中矩阵运算量大,计算复杂,耗时多,制约算法在线计算性能的问题,从硬件实现角度,研究基于FPGA/Nios-Ⅱ的矩阵运算硬件加速器设计,实现矩阵并行计算。首先根据矩阵运算的算法分析,设计了矩阵并行计算的硬件实现结构,并在Modelsim中进行功能模块的仿真,然后将功能模块集成一个自定制组件,并通过Avalon总线与NiosⅡ主处理器通信,作为硬件加速器。最后在FPGA芯片中构建SoPC系统,并在Altera DE3开发板中进行矩阵实时计算测试。测试结果验证了基于FPGA/Nios-Ⅱ矩阵运算硬件加速器的正确性、可行性以及较高的计算性能。     

"智能仪器"绿色实验教学研究与实践

针对智能仪器课程的特点,提出了实施多媒体辅助课堂教学配合绿色实验与实际实验相结合的实验教学的思路和原则.根据授课内容的不同,设计了多媒体动画教学手段导引,利用Proteus软件辅助电路设计,Keil C51软件辅助软件设计.在多媒体教室课堂演示智能仪器框架中每个环节的设计原理和实验方法,并现场运行仿真设计的结果,给学生一个直观的认识,再配合实验室自己动手的硬件实验,激发了学生积极探索的学习热情,提高了教学效果.     

基于ADSP-TS201的图像信息处理机硬件设计

研究了一种符合CPCI规范的通用多DSP图像信息处理机硬件设计与实现。该图像信息处理机基于标准6 U电路板,采用2簇共4片ADI公司的高性能TigerSHARC处理器ADSP-TS201作为核心处理单元,2片Xilinx公司的Virtex-5系列FPGA实现可配置的系统架构,并充分利用TigerSHARC提供超高的处理性能和空前的I/O带宽,易于构建大规模阵列处理机。介绍了TS201与FPGA互连的高速链路口的硬件设计,并给出仿真和实验结果。     

基于FPGA的空间矢量脉冲宽度调制发生器设计

采用自顶向下的设计方法,设计出一种新的基于FPGA的空间矢量脉宽调制发生器。通过设置逻辑判断子模块,调制发生器能有效地处理过调制。通过利用宏功能,空间矢量脉宽调制发生器的一些子模块能完成更为有效的逻辑综合与器件实现。该脉宽调制发生器的实现结构紧凑,时序逻辑简单,能方便地设置开关频率,且能灵活调整死区时间,以适用于不同的应用场合。基于MATLAB/SimPowerSystems与Altera DSP Builder的集成开发环境,设计出一个FPGA实验平台(硬件环仿真平台),并通过硬件环仿真对所设计的空间矢量脉宽调制发生器进行验证。实验结果表明了设计策略的有效性。