随着电子技术的快速发展，各种电子设备对时间精度的要求日益提升。在卫星发射、导航、导弹控制、潜艇定位、各种观测、通信等方面，时钟同步技术都发挥着极其重要的作用，得到了广泛的推广。对于分布式采集系统来说，中心主站需要对来自于不同采集设备的采集数据进行汇总和分析，得到各个采集点对同一事件的采集时间差异，通过对该时间差异的分析，最终做出对事件的准确判断。如果分布式采集系统中的各个采集设备不具有统一的时钟基准，那么得到的各个采集时间差异就不能反映出实际情况，中心主站也无法准确地对事件进行分析和判断，甚至得出错误的结论。因此，时钟同步是分布式采集系统正常运作的必要前提。 目前国内外时钟同步领域常用的技术有GPS授时技术，锁相环技术和IRIG-B 码等。GPS授时技术虽然精度高，抗干扰性强，但是由于需要专用的GPS接收机，若单纯使用GPS 授时技术做时钟同步，就需要在每个采集点安装接收机，成本较高。锁相环是一种让输出信号在频率和相位上与输入参考信号同步的技术，输出信号的时钟准确度和稳定性直接依赖于输入参考信号。IRIG-B 码是一种信息量大，适合传输的时间码，但是由于其时间精度低，不适合应用于高精度时钟同步的系统。基于上述分析，本文结合这三种常用技术，提出了一种基于FPGA的分布式采集系统时钟同步控制技术。该技术既保留了GPS 授时的高精确度和高稳定性，又具备IRIG-B时间码易传输和低成本的特性，为分布式采集系统中的时钟同步提供了一种新的解决方案。 本文中的设计采用了Ublox公司的精确授时GPS芯片LEA-5T，通过对GPS芯片串行时间信息解码，获得准确的UTC时间，并实现了分布式采集系统中各个采集设备的精确时间打码。为了能够使整个分布式采集系统具有统一的高精度数据采集时钟，本论文采用了数模混合的锁相环技术，将GPS 接收芯片输出的高精度秒信号作为参考基准，生成了与秒信号高精度同步的100MHZ 高频时钟。本文在FPGA 中完成了IRIG-B 码的编码部分，将B 码的准时标志与GPS 秒信号同步，提高了IRIG-B 码的时间精度。在分布式采集系统中，IRIG-B时间码能直接通过串口或光纤将各个采集点时间与UTC时间统一，节约了各点布设GPS 接收机的高昂成本。最后，通过PC104总线对时钟同步控制卡进行了数据读取和测试，通过实验结果的分析，提出了改进方案。实验表明，改进后的时钟同步控制方案具有很高的时钟同步精度，对时钟同步技术有着重大的推进意义！
上传时间： 2013-08-05
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本文完成了对MIPS-CPU的指令集确定，流水线与架构设计，代码编写，并且在x86计算机上搭建了称为gccmips_elf的仿真系统，完成了对MIPS-CPU硬件系统的模拟仿真，最终完成FPGA芯片的下载与实现。 @@ 本文完成了包含34条指令的MIPS-CPU指令集的制定，完成了整个MIPS-CPU的架构设计与5级流水线级数的确定。制定了整个CPU的主控制模块的状态转移图；根据MIPS-CPU的指令集的模式，完成了对不同模式下的指令的分析，给出了相应的取指，译码，产生新的程序存储器寻址地址，执行，数据存储器与寄存器文件回写的控制信号，完成取指令模块，译码模块，执行模块，数据回写等模块代码的编写，从而完成了流水线模块的代码设计。 @@ 重点分析了由于流水线设计而引入的竞争与冒险，分析了在不同流水线阶段可能存在的竞争与冒险，对引起竞争与冒险的原因进行了确定，并通过增加一些电路逻辑来避免竞争与冒险的发生，完成了竞争与冒险检测电路模块以及数据回写前馈电路模块的代码编写，从而解决了竞争与冒险的问题，使设计的5级流水线得以畅顺实现。 @@ 完成了MIPS-CPU的仿真系统平台的搭建，该仿真器用来对应用程序进行编译，链接与执行，生成相应汇编语言程序以及向量文件(16进制机器码)；并且同时产生相关的Modelsim仿真，及Quartus II下载验证的文件。本设计利用该仿真系统来评估设计的MIPS-CPU的硬件系统，模拟仿真结果证明本文设计的MIPS-CPU可以实现正常功能。本论文课题的研究成功对今后从事专用RISC-CPU设计的同行提供了有益的参考。 @@ 最终将设计的MIPS-CPU下载到ALTERA公司的FPGA-EP1C6Q240芯片，并且借助ALTERA公司提供的Quartus II软件进行了编译与验证，对设计的MIPS-CPU的资源使用，关键路径上的时序，布线情况进行了分析，最终完成各个指标的检查，并且借助Quartus II软件内嵌的Signal Tap软件进行软硬件联合调试，结果表明设计的MIPS-CPU功能正常，满足约束，指标正确。 @@关键词 MIPS；流水线；竞争与冒险；仿真器；FPGA
上传时间： 2013-07-31
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现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)是可编程逻辑器件的一种，它的出现是随着微电子技术的发展，设计与制造集成电路的任务已不完全由半导体厂商来独立承担。系统设计师们更愿意自己设计专用集成电路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)．芯片，而且希望ASIC的设计周期尽可能短，最好是在实验室里就能设计出合适的ASIC芯片，并且立即投入实际应用之中。现在，FPGA已广泛地运用于通信领域、消费类电子和车用电子。 本文中涉及的I/O端口模块是FPGA中最主要的几个大模块之一，它的主要作用是提供封装引脚到CLB之间的接口，将外部信号引入FPGA内部进行逻辑功能的实现并把结果输出给外部电路，并且根据需要可以进行配置来支持多种不同的接口标准。FPGA允许使用者通过不同编程来配置实现各种逻辑功能，在IO端口中它可以通过选择配置方式来兼容不同信号标准的I/O缓冲器电路。总体而言，可选的I/O资源的特性包括：IO标准的选择、输出驱动能力的编程控制、摆率选择、输入延迟和维持时间控制等。 本文是关于FPGA中多标准兼容可编程输入输出电路(Input/Output Block)的设计和实现，该课题是成都华微电子系统有限公司FPGA大项目中的一子项，目的为在更新的工艺水平上设计出能够兼容单端标准的I/O电路模块；同时针对以前设计的I/O模块不支持双端标准的缺点，要求新的电路模块中扩展出双端标准的部分。文中以低压双端差分标准(LVDS)为代表构建双端标准收发转换电路，与单端标准比较，LVDS具有很多优点： (1)LVDS传输的信号摆幅小，从而功耗低，一般差分线上电流不超过4mA，负载阻抗为100Ω。这一特征使它适合做并行数据传输。 (2)LVDS信号摆幅小，从而使得该结构可以在2.5V的低电压下工作。 (3)LVDS输入单端信号电压可以从0V到2.4V变化，单端信号摆幅为400mV，这样允许输入共模电压从0.2V到2.2V范围内变化，也就是说LVDS允许收发两端地电势有±1V的落差。 本文采用0.18μm1.8V/3.3V混合工艺，辅助Xilinx公司FPGA开发软件ISE，设计完成了可以用于Virtex系列各低端型号FPGA的IOB结构，它有灵活的可配置性和出色的适应能力，能支持大量的I/O标准，其中包括单端标准，也包括双端标准如LVDS等。它具有适应性的优点、可选的特性和考虑到被文件描述的硬件结构特征，这些特点可以改进和简化系统级的设计，为最终的产品设计和生产打下基础。设计中对包括20种IO标准在内的各电器参数按照用户手册描述进行仿真验证，性能参数已达到预期标准。
上传时间： 2013-05-15
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可重构计算技术兼具通用处理器(General-Purpose Processor，GPP)和专用集成电路(Application Specific Integr—ated Circuits，ASIC)的特点，既可以提供硬件高速的特性，又具有软件可以重新配置的特性。而动态部分可重构技术是可重构计算技术的最新进展之一。该技术的要点就是在系统正常工作的情况下，修改部分模块的功能，而系统其它模块能够照常运行，这样既节约硬件资源，又增强了系统灵活性。 可重构SoC既可以在处理器上进行编程又可以改变FPGA内部的硬件结构，这使得SoC系统既具有处理器善于控制和运算的特点，又具FPGA灵活的重构特点；由于处理器和FPGA硬件是在同一块硅片上，使得它们之间的通信宽带大大提高，这种平台很适合于容错算法的实现。 本文基于863计划项目；动态重构计算机的可信实现关键技术，重点研究应用于恶劣环境中FPGA自我容错的体系结构，提出了一套完整的SoC系统的容错设计方案，并研究其实现技术，设计实现了实现该技术的硬件平台和软件算法，并验证成功。 论文取得了如下的创新性研究成果： 1、设计了实现动态重构技术的硬件平台，包括高性能的FPGA(内含入式处理器PowcrPC)、PROM、SRAM、FLASH、串口通信等硬件模块。 2、说明了动态重构技术的设计规范和设计流程，实现动态重构技术。 3、提出了一种基于动态重构实现容错的方法，不需要外部处理器干预，由嵌入式处理器负责管理整个过程。 4、设计并实现了嵌入式处理器运行时需要的软件，主要有两个功能，首先是从CF卡中读入重构所需的配置文件，并将配置文件写进FPGA内部的配置存储器中，改变FPGA内部的功能。其次，是实现容错技术的算法。
上传时间： 2013-04-24
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FPGA作为新一代集成电路的出现，引起了数字电路设计的巨大变革。随着FPGA工艺的不断更新与改善，越来越多的用户与设计公司开始使用FPGA进行系统开发，因此，PFAG的市场需求也越来越高，从而使得FPGA的集成电路板的工艺发展也越来越先进，在如此良性循环下，不久的将来，FPGA可以主领集成电路设计领域。正是由于FPGA有着如此巨大的发展前景与市场吸引力，因此，本文采用FPGA作为电路设计的首选。 @@ 随着FPGA的开发技术日趋简单化、软件化，从面向硬件语言的VHDL、VerilogHDL设计语言，到现在面向对象的System Verilog、SystemC设计语言，硬件设计语言开始向高级语言发展。作为一个软件设计人员，会很容易接受面向对象的语言。现在软件的设计中，算法处理的瓶颈就是速度的问题，如果采用专用的硬件电路，可以解决这个问题，本文在第一章第二节详细介绍了软硬结合的开发优势。另外，在第一章中还介绍了知识产权核心（IP Core）的发展与前景，特别是IP Core中软核的设计与开发，许多FGPA的开发公司开始争夺软核的开发市场。 @@ 数字电路设计中最长遇到的就是通信的问题，而每一种通信方式都有自己的协议规范。在CPU的设计中，由于需要高速的处理速度，因此其内部都是用并行总线进行通信，但是由于集成电路资源的问题，不可能所有的外部设备都要用并行总线进行通信，因此其外部通信就需要进行串行传输。又因为需要连接的外部设备的不同，因此就需要使用不同的串行通信接口。本文主要介绍了小型CPU中常用的三种通信协议，那就是SPI、I2C、UART。除了分别论述了各自的通信原理外，本文还特别介绍了一个小型CPU的内部构造，以及这三个通信协议在CPU中所处的位置。 @@ 在硬件的设计开发中，由于集成电路本身的特殊性，其开发流程也相对的复杂。本文由于篇幅的问题，只对总的开发流程作了简要的介绍，并且将其中最复杂但是又很重要的静态时序分析进行了详细的论述。在通信协议的开发中，需要注意接口的设计、时序的分析、验证环境的搭建等，因此，本文以SPI数据通信协议的设计作为一个开发范例，从协议功能的研究到最后的验证测试，将FPGA 的开发流程与关键技术等以实例的方式进行了详细的论述。在SPI通信协议的开发中，不仅对协议进行了详细的功能分析，而且对架构中的每个模块的设计都进行了详细的论述。@@关键词：FPGA；SPI；I2C；UART；静态时序分析；验证环境
上传时间： 2013-04-24
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工业生产过程往往具有非线性、不确定性，难以建立精确的数学模型。应用常规的PID控制器难以达到理想的控制效果。作为的重要分支，人工神经网络具有良好的非线性映射能力和高度的并行信息处理能力，已成为非线性系统建模、辨识和控制中常用的理论和方法。其中，神经元具有很强的信息综合、学习记忆、自学习和自适应能力，可以处理那些难以用模型和规则描述的过程，将神经元与PID结合，应用到实际的控制中，可以在线调整PID的参数，使系统具有较强的抗干扰能力、自适应能力和较好的鲁棒性。 目前，人工神经网络的研究主要是神经网络的理论研究、神经网络的应用研究和神经网络的实现技术研究，这三方面是相互依赖和相互促进的关系。本文主要侧重的是神经网络的实现技术研究方面，创新性地利用FPGA嵌入式系统开发技术实现单神经元PID智能控制器的研究与设计，并将其封装成为一个专用的IP核供其他的控制系统使用。 首先，对单神经元PID智能控制器的设计原理和设计算法进行了深入的研究与分析；其次，利用MATLAB设计单神经元PID智能控制器，针对特定的被控对象，对其进行仿真实验，获得比较理想的系统输出；然后，研究基于FPGA的单神经元智能控制算法的实现，对控制器进行VHDL语言分层设计，使用Altera公司的软件QuartusⅡ6.1进行仿真实验。两个仿真实验结果表明，基于FPGA的单神经元智能控制器比MATLAB设计的单神经元PID智能控制器性能优良。 本文的设计模块主要包括权值修改模块、误差计算模块、权值产生模块和输出模块。在各个模块的设计中进行了优化处理，使本文的设计不仅利用的硬件资源少，而且也有很快的运行速度，同时也改善了传统控制器的控制性能。
上传时间： 2013-04-24
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随着社会的发展，人们对电力需求特别是电能质量的要求越来越高。但由于非线性负荷大量使用，却带来了严重的电力谐波污染，给电力系统安全、稳定、高效运行带来严重影响，给供用电设备造成危害。如何最大限度的减少谐波造成的危害，是目前电力系统领域极为关注的问题。谐波检测是谐波研究中重要分支，是解决其它相关谐波问题的基础。因此，对谐波的检测和研究，具有重要的理论意义和实用价值。 目前使用的电力系统谐波检测装置，大多基于微处理器设计。微处理器是作为整个系统的核心，它的性能高低直接决定了产品性能的好坏。而这种微处理器为主体构成的应用系统，存在效率低、资源利用率低、程序指针易受干扰等缺点。由于微电子技术的发展，特别是专用集成电路ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)设计技术的发展，使得设计电力系统谐波检测专用的集成电路成为可能，同时为谐波检测装置的硬件设计提供了一个新的发展途径。本文目标就是设计电力系统谐波检测专用集成电路，从而可以实现对电力系统谐波的高精度检测。采用专用集成电路进行谐波检测装置的硬件设计，具有体积小，速度快，可靠性高等优点，由于应用范围广，需求量大，电力系统谐波检测专用集成电路具有很好的应用前景。 本文首先介绍了国内外现行谐波检测标准，调研了电力系统谐波检测的发展趋势；随后根据装置的功能需求，特别是依据其中谐波检测国标参数的测量算法，为系统选定了基于FPGA的SOPC设计方案。 本文分析了电力系统谐波检测专用集成电路的功能模型，对专用集成电路进行了模块划分。定义了各模块的功能，并研究了模块间的连接方式，给出了谐波检测专用集成电路的并行结构。设计了基于FPGA的谐波检测专用集成电路设计和验证的硬件平台。配合专用集成电路的电子设计自动化(EDA)工具构建了智能监控单元专用集成电路的开发环境。 在进行FPGA具体设计时，根据待实现功能的不同特点，分为用户逻辑区域和Nios处理器模块两个部分。用户逻辑区域控制A/D转换器进行模拟信号的采样，并对采样得到的数字量进行谐波分析等运算。然后将结果存入片内的双口RAM中，等待Nios处理器的访问。Nios处理器对数据处理模块的结果进一步处理，得到其各自对应的最终值，并将结果通过串行通信接口发送给上位机。 最后，对设计实体进行了整体的编译、综合与优化工作，并通过逻辑分析仪对设计进行了验证。在实验室条件下，对监测指标的运算结果进行了实验测量，实验结果表明该监测装置满足了电力系统谐波检测的总体要求。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：yw14205
本文着重研究用现场可编程门阵列(FPGA)来开发设计精插补芯片。选用Altera公司的Cyclone系列的EP1C3T144C8芯片设计了逐点比较法，数字积分法和比较积分法三种经典插补算法，并对各种算法模块进行了仿真验证。又设计了三个算法选通信号，将三种算法模块综合成了一个整电路。 在完成了FPGA内部三种算法的实现后，设计以一个STC单片机为粗插补处理器的FPGA实验开发系统，并制作了PCB板。实验开发系统板中设计了单片机程序下载和的FPGA下载配置电路，并且配有FPGA专用配置芯片，能实现FPGA上电自动配置。可用该实验系统板进行精插补芯片的设计与开发，以及对所完成设计的功能进行验证。 为验证所设计芯片的插补功能，编写了单片机粗插补程序，将产生的粗插补坐标增量发给FPGA进行插补实验，得到了理想的插补输出脉冲。又编写了单片机脉冲处理程序，读回了FPGA的输出脉冲，并由串口发送给PC机。最后通过编写PC机的串口通信程序以及根据插补脉冲绘图的程序，把FPGA的输出脉冲绘制成了插补轨迹图形。 最终绘图结果显示，在20M输入时钟频率下，由插补脉冲生成的插补轨迹图形正确，验证了本文设计的三种插补算法功能的正确性。本设计插补芯片达到了高速插补功能要求。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：zgu489
近年来，瓦斯事故在煤矿生产事故中所占比例越来越高，给矿工的生产生活带来了极大的灾难，必须加强对瓦斯的监测监控，避免瓦斯爆炸事故。因此对瓦斯气体进行快速、实时检测对于煤矿安全生产及环境保护有特别重要的意义。便携式甲烷检测报警仪是各国应用最早最普遍的一种甲烷浓度检测仪表，可随时检测作业场所的甲烷浓度，也可使用甲烷传感器对甲烷浓度进行连续实时地监测。大体上当前应用的便携式甲烷检测仪器，按检测原理分为光学甲烷检测仪、热导型甲烷检测仪、热催化型甲烷检测报警仪、气敏半导体式甲烷检测仪等几种。 光干涉甲烷检测仪性能稳定、使用寿命长，测量准确，是我国煤矿主要的便携式甲烷检测仪器。但现有的光干涉甲烷检测仪存在自动化程度低、测量方法繁琐、读数不直观，人为误差较大、不能存储数据等缺点。为此本文在干涉型甲烷检测仪实现的原理上提出利用线阵型电荷耦合器件(CCD)对干涉条纹进行非接触式的自动测量，获得条纹信息，通过CCD驱动、高速模数转换、数据采集等关键技术，实现了干涉条纹位移的精确测量，由单片机对量化后的测量信号进行智能处理，数字化显示甲烷含量的测量结果。 光干涉甲烷检测的关键是对干涉条纹中白基线以及黑色条纹位置的检测，本设计采用线阵CCD成像获取条纹信息判别其位置。CCD是一种性能独特的半导体光电器件，近年来在摄像、工业检测等科技领域里得到了广泛的应用。将CCD技术应用于位置测量可以实现高精度和非接触测量的要求；运用FPGA实现CCD芯片的驱动具有速度快、稳定高等优点：模数转换之后的数据没有采用专用存储芯片进行存储，而采用FPGA硬件开发平台和Verilog HDL硬件描述语言编写代码实现数据采集模块系统，同时提高数据采集精准度，既降低成本又提高了存储效率。 本文设计的新系统使用方便、精度高、数据可储存，克服了传统光干涉甲烷检测仪的缺点，技术指标和功能都得到较大改善。
上传时间： 2013-06-08
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信号与信息处理是信息科学中近几年来发展最为迅速的学科之一,随着片上系统(SOC,System On Chip)时代的到来,FPGA正处于革命性数字信号处理的前沿。基于FPGA的设计可以在系统可再编程及在系统调试,具有吞吐量高,能够更好地防止授权复制、元器件和开发成本进一步降低、开发时间也大大缩短等优点。然而,FPGA器件是基于SRAM结构的编程工艺,掉电后编程信息立即丢失,每次加电时,配置数据都必须重新下载,并且器件支持多种配置方式,所以研究FPGA器件的配置方案在FPGA系统设计中具有极其重要的价值,这也给用于可编程逻辑器件编程的配置接口电路和实验开发设备提出了更高的要求。 本论文基于IEEE1149.1标准和USB2.0技术,完成了FPGA配置接口电路及实验开发板的设计与实现。作者在充分理解IEEE1149.1标准和USB技术原理的基础上,针对Altcra公司专用的USB数据配置电缆USB-Blaster,对其内部工作原理及工作时序进行测试与详细分析,完成了基于USB配置接口的FPGA芯片开发实验电路的完整软硬件设计及功能时序仿真。作者最后进行了软硬件调试,完成测试与验证,实现了对Altera系列PLD的配置功能及实验开发板的功能。 本文讨论的USB下载接口电路被验证能在Altera的QuartusII开发环境下直接使用,无须在主机端另行设计通信软件,其兼容性较现有设计有所提高。由于PLD(Programmable Logic Device)厂商对其知识产权严格保密,使得基于USB接口的配置电路应用受到很大限制,同时也加大了自行对其进行开发设计的难度。 与传统的基于PC并口的下载接口电路相比,本设计的基于USB下载接口电路及FPGA实验开发板具有更高的编程下载速率、支持热插拔、体积小、便于携带、降低对PC硬件伤害,且具备其它下载接口电路不具备的SignalTapII嵌入式逻辑分析仪和调试NiosII嵌入式软核处理器等明显优势。从成本来看,本设计的USB配置接口电路及FPGA实验开发板与其同类产品相比有较强的竞争力。
上传时间： 2013-04-24
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