基于FPGA的特殊波形实时识别算法优化技术

论文摘要

波形识别与提取是信号处理的一个重要研究方向,其主要用途是从复杂的背景信号中提取出对用户有用的信息,并对其进行识别和特征参数提取。其中波形实时识别算法在工控产品及自动化测试等领域有广泛的应用,具有很高研究价值。本文以现场可编程门阵列(FPGA)为平台实现了一套实时波形识别算法,并在此基础上做了相关优化工作。该系统以一种特殊场合产生的波形为识别目标,从波形的特征参数和趋势两个方面来识别波形,比传统的波形识别算法有更好的效果。该系统能确定目标波形发生的具体时刻,时间精度为0.2us。该系统具备实时性强、功耗低、硬件可裁剪,识别参数可更改、功能可扩展等诸多优点。在查阅相关文献的基础上,本文首先深入分析波形识别原理,提出相关设计方案并进行了论证,简要介绍了FPGA技术;其次详细论述波形实时识别模块的FPGA实现,以及模块的仿真与验证;最后对整个系统进行了优化和测试。测试结果表明:波形实时识别系统满足设计要求。基于FPGA的波形实时识别系统主要包含如下功能子模块:波形识别模块、数字滤波器模块、波形存储模块、DSP接口模块。其中波形识别模块实现对目标波形的识别、参数保存;数字滤波模块实现信号的预处理和时间获取;波形存储模块实现对目标波形数据的保存;DSP接口模块实现FPGA与DSP的通信,确保FPGA在处理器设置的模式下工作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景与意义
• 1.2 课题来源与研究内容
• 1.3 课题研究价值及现状
• 1.4 FPGA 相关技术
• 1.5 方案论证
• 1.6 本章小结
• 2 基于FPGA 的波形实时识别算法的实现
• 2.1 波形实时识别的FPGA 实现
• 2.2 波形存储模块及寄存器组的FPGA 实现
• 2.3 系统总体功能框图及描述
• 2.4 本章小结
• 3 数字滤波器的FPGA 实现
• 3.1 数字滤波器的理论基础
• 3.2 数字滤波器的分类和基本结构
• 3.3 数字滤波器的FPGA 实现
• 3.4 本章小结
• 4 系统仿真与测试
• 4.1 仿真与验证
• 4.2 编写测试模块
• 4.3 查看仿真结果
• 4.4 本章小结
• 5 系统优化及测试结果分析
• 5.1 Verilog 代码优化策略
• 5.2 系统时序优化
• 5.3 系统所耗资源
• 5.4 系统测试结果分析
• 5.5 本章小结
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献