自20世纪90年代以来，随着计算机技术、超大规模集成电路技术和通信及网络技术的发展，微机保护和测控装置的性能得到大幅提升，以此为基础的变电站自动化系统在我国的电力系统中得到长足的发展和广泛的应用。 @@ 为增加产品的市场竞争力，电力系统二次设备生产厂商紧跟市场需求，将各种具有高性价比的新型处理器芯片和外围芯片大量应用到变电站自动化系统的保护、测控装置上，如32位CPU、数字信号处理芯片DSP、高速高精度A/D转换芯片、大容量Flash存储芯片、可编程逻辑器件CPLD、FPGA等。这些功能强大的器件的应用使保护测控装置在外形上趋于小型化集成化，而在功能上则较以前有显著提升。同时，各种成熟的商用嵌入式实时操作系统的采用使处理器的性能得到充分发挥，装置通信、数据存储及处理能力更强，性能大幅提高，程序移植升级更加方便快捷。 @@ 本论文以现阶段国内外变电站自动化系统测控技术为参考，根据变电站自动化系统的发展趋势和要求，研究一种基于ARM和FPGA技术并采用嵌入式实时操作系统的高性能测控装置，并给出硬软件设计。 @@ 装置硬件采用模块化设计，按照测控装置基本功能设计插件板。分为主CPU插件、交流采样插件、遥信采集插件、遥控出口插件、直流采样及输出插件。除主CPU插件，其他插件的数量可以根据需要任意增减，满足不同用户的需求。 @@ 装置主CPU采用目前先进的基于ARM技术的微处理器AT91RM9200，通过数据、地址总线和其他插件板连接，构成装置的整个系统。交流采样插件采用FPGA技术，利用ALTERA公司的FPGA芯片EP1K10实现交流采样的控制，降低了CPU的负担。 @@ 软件采用Vxworks嵌入式实时操作系统，增加了系统的性能。以任务来管理不同的软件功能模块，利于装置软件的并行开发和维护。 @@关键词：测控装置；嵌入式实时操作系统；ARM；现场可编程门阵列
上传时间： 2013-04-24
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近年来，大容量数据存储设备主要是机械硬盘，机械硬盘采用机械马达和磁片作为载体，存在抗震性能低、高功耗和速度提升难度大等缺点。固态硬盘是以半导体作为存储介质及控制载体，无机械装置，具有抗震、宽温、无噪、可靠和节能等特点，是目前存储领域所存在问题的解决方案之一。本文针对这一问题，设计基于FPGA的固态硬盘控制器，实现数据的固态存储。 文章首先介绍硬盘技术的发展，分析固态硬盘的技术现状和发展趋势，阐述课题研究意义，并概述了本文研究的主要内容及所做的工作。然后从分析固态硬盘控制器的关键技术入手，研究了SATA接口协议和NANDFLASH芯片特性。整体设计采用SOPC架构，所有功能由单片FPGA完成。移植MicroBlaze嵌入式处理器软核作为主控制器，利用Verilog HDL语言描述IP核形式设计SATA控制器核和NAND FLASH控制器核。SATA控制器核作为高速串行传输接口，实现SATA1.0协议，根据协议划分四层模型，通过状态机和逻辑电路实现协议功能。NAND FLASH控制器核管理NANDFLASH芯片阵列，将NAND FLASH接口转换成通用的SRAM接口，提高访问效率。控制器完成NAND FLASH存储管理和纠错算法，实现数据的存储和读取。最后完成固态硬盘控制器的模块测试和整体测试，介绍了测试方法、测试工具和测试流程，给出测试数据和结果分析，得出了验证结论。 本文设计的固态硬盘控制器，具有结构简单和稳定性高的特点，易于升级和二次开发，是实现固态硬盘和固态存储系统的关键技术。
上传时间： 2013-05-28
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互感器是电力系统中电能计量和继电保护中的重要设备，其精度和可靠性与电力系统的安全性、可靠性和经济运行密切相关。随着电力工业的发展，传统的电磁式互感器已经暴露出一系列的缺陷，电子式互感器能很好的解决电磁式互感器的缺点，电子式互感器逐步替代电磁式互感器代表着电力工业的发展方向。目前，国产的互感器校验仪主要是电磁式互感器校验仪，电子式互感器校验仪依赖于进口。电子式互感器的发展，使得电子式互感器校验仪的研制势在必行。 本课题依据国际标准IEC60044-7、IEC60044-8和国内标准GB20840[1].7-2007、GB20840[1].8-2007，设计了电子式互感器检验仪。该校验仪采用直接法对电子式互感器进行校验，即同时测试待校验电子式互感器和标准电磁式互感器二次侧的输出信号，比较两路信号的参数，根据比较结果完成电子式互感器的校验工作。论文首先介绍了电子式互感器结构及输出数字信号的特征，然后详细论述了电子式互感器校验仪的硬件及软件设计方法。硬件主要采用FPGA技术设计以太网控制器RTL8019的控制电路，以实现电子式互感器信号的远程接收，同时设计A/D芯片MAX125的控制电路，以实现标准电磁式互感器模拟输出的数字化。软件主要采用FPGA的SOPC技术，研制了MAX125和RTL8019的IP核，在NiosIIIDE集成开发环境下，完成对硬件电路的底层控制，运用准同步算法和DFT算法开发应用程序实现对数字信号的处理。最终完成电子式互感器校验仪的设计。 最后进行了相关的实验，所研制的电子式互感器校验仪对0.5准确级的电子式电压互感器和0.5准确级电子式电流互感器分别进行了校验，对其额定负荷的20％、100％、120％点做为测量点进行测量。经过对实验数据的处理分析可知，校验仪对电子式互感器的校验精度满足0.5％的比差误差和20’的相位差。本课题的研究为电子式互感器校验仪的研制工作提供了理论和实践依据。
上传时间： 2013-04-24
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可配置端口电路是FPGA芯片与外围电路连接关键的枢纽，它有诸多功能：芯片与芯片在数据上的传递(包括对输入信号的采集和输出信号输出)，电压之间的转换，对外围芯片的驱动，完成对芯片的测试功能以及对芯片电路保护等。 本文采用了自顶向下和自下向上的设计方法，依据可配置端口电路能实现的功能和工作原理，运用Cadence的设计软件，结合华润上华0.5μm的工艺库，设计了一款性能、时序、功耗在整体上不亚于xilinx4006e[8]的端口电路。主要研究以下几个方面的内容： 1.基于端口电路信号寄存器的采集和输出方式，本论文设计的端口电路可以通过配置将它设置成单沿或者双沿的触发方式[7]，并完成了Verilog XL和Hspiee的功能和时序仿真，且建立时间小于5ns和保持时间在0ns左右。和xilinx4006e[8]相比较满足设计的要求。 2.基于TAP Controller的工作原理及它对16种状态机转换的控制，对16种状态机的转换完成了行为级描述和实现了捕获、移位、输出、更新等主要功能仿真。 3.基于边界扫描电路是对触发器级联的构架这一特点，设计了一款边界扫描电路，并运用Verilog XL和Hspiee对它进行了功能和时序的仿真。达到对芯片电路测试设计的要求。 4.对于端口电路来讲，有时需要将从CLB中的输出数据实现异或、同或、与以及或的功能，为此本文采用二次函数输出的电路结构来实现以上的功能，并运用Verilog XL和Hspiee对它进行了功能和时序的仿真。满足设计要求。 5.对于0.5μm的工艺而言，输入端口的电压通常是3.3V和5V，为此根据设置不同的上、下MOS管尺寸来调整电路的中点电压，将端口电路设计成3.3V和5V兼容的电路，通过仿真性能上已完全达到这一要求。此外，在输入端口处加上扩散电阻R和电容C组成噪声滤波电路，这个电路能有效地抑制加到输入端上的白噪声型噪声电压[2]。 6.在噪声和延时不影响电路正常工作的范围内，具有三态控制和驱动大负载的功能。通过对管子尺寸的大小设置和驱动大小的仿真表明：在实现TTL高电平输出时，最大的驱动电流达到170mA，而对应的xilinx4006e的TTL高电平最大驱动电流为140mA[8]；同样，在实现CMOS高电平最大驱动电流达到200mA,而xilinx4006e的CMOS驱动电流达到170[8]mA。 7.与xilinx4006e端口电路相比，在延时和面积以及功耗略大的情况下，本论文研究设计的端口电路增加了双沿触发、将输出数据实现二次函数的输出方式、通过添加译码器将配置端口的数目减少的新的功能，且驱动能力更加强大。
上传时间： 2013-07-20
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ARM嵌入式技术在工业和生活中正得到越来越广泛的应用，为了适应技术的发展和社会的需求，满足为社会培养创新型人才的需要，高校通信类和电子类专业开设ARM嵌入式技术相关课程及其实验课程将成为趋势。在课程中设置合理实验，可以有效提高学生的动手能力和培养创新性思维，帮助学生更快、更好地掌握理论和应用技术。 论文设计的ARM嵌入式教学实验系统包括一块适合普通高校嵌入式技术实验课程教学的实验开发板及其配套的实验。该实验系统针对一般高校所开设的ARM嵌入式技术相关课程的要求而设计，配套实验符合教学大纲及实验课时的要求。 论文设计的实验开发板主要组成模块有：最小系统，包括控制器模块、电源模块、复位模块、Flash ROM模块、SDRAM模块、JTAG接口等；扩展接口，包括LED、键盘、RS232串口、I2C接口、液晶模块、以太网模块等。实验开发板采用S3C4510B网络控制芯片用作控制和信号处理，使用网络接口芯片DM9161和隔离变压器H1102完成网络接入，使用AM29LV160和HY57V641620HG构建16位存储单元，使用AT24C01和PCF8583来构建I2C接口，使用MAX232完成TTL电平转换以扩展RS232串口，并扩展键盘和LCD实现人机交互。实验开发板的硬件设计充分考虑了一般高校实验室的条件和需求，能够较好地将成本控制在150元左右，有利于在有限的条件下为每个学生尽可能的创造动手制作PCB的实验条件。实验板的接口设计能够让学生较为方便地开展实验，并考虑了实验板扩展和二次开发的需要。 论文设计的实验系统配套实验主要有基础实验、扩展实验和设计实验。基础实验主要帮助学生熟悉嵌入式系统的片内资源和特殊功能寄存器的配置方法，对整个嵌入式系统的架构有一定的理解，能编程完成一些简单的控制功能；扩展实验主要帮助学生建立嵌入式系统开发和设计的基本理念，能够设计和实现常见的外设驱动程序，能够进行操作系统的配置和移植，能够自行对实验板进行一定程度的扩展；设计实验能够帮助学生提高嵌入式系统的设计开发能力，使学生能根据需要设计出实现一定功能的扩展模块，从而使实验板扩展成实现具体功能的工业产品。基础实验包括ADS集成环境实验、键盘实验（GPIO输入）、LED实验（GPIO输出）、定时器实验、外部中断实验、UART串口通信实验、I2C接口实验、液晶显示实验；扩展实验包括建立交叉编译环境实验、操作系统编译实验、操作系统移植实验、以太网通信实验、TFTP实验、WEB访问实验；设计实验包括TCP/IP协议栈实验、Web服务器实验。学生通过完成基础实验、扩展实验和设计实验来达到教学大纲的要求，并可以在此基础上进行更深入的创新性开发实验，可以满足一般高校嵌入式技术实验课程教学的需要。 论文介绍了嵌入式交叉编译环境的建立以及实验开发板设计完成后进行的调试。实验开发板移植的嵌入式操作系统为uClinux，采用的Bootloader为U-boot。论文还简单介绍了实验系统的扩展方案和二次开发方案，并对嵌入式新技术的发展做了粗浅的探讨。 论文所做的工作以科学发展观为指导，是对普通高校ARM嵌入式技术实验课程设计的一次有益探索。
上传时间： 2013-04-24
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21世纪是“信息世纪”，随着人们生活水平的不断进步，对于家居环境要求也日益增高。如何将信息产业的最新成果，应用于构建一个舒适和谐的家居环境，已日益引起人们的关注和重视。传统的家庭电子电器类产品具有单个控制的特点，无法进一步构成网络，和外界进行信息交互。“智能家居”概念的提出，改变了这种这种状况。智能家居系统可以将相对独立的电器产品“智能”地连接在一起，提供全方位信息交换功能，帮助家庭内部及外部实现信息畅通，从而优化生活环境，提高生活质量。 本文提出了一种基于GPRS网络的以ARM和嵌入式Linux操作系统为基础的家庭网关无线接入方案，能通过手机短信息对控制节点进行远程控制，实时获得当前图像信息和家居环境的各项物理参数。 本文所做的主要工作为： 1．调研了国内外智能化家居系统的研究现状和发展趋势，并结合目前国内智能家居的发展特点，设计了基于嵌入式系统的智能家居监控系统。在设计中选用了ARM9 S3C2440处理器和嵌入式Linux操作系统，主要由基于ARM的主控模块、GPRS短信发送模块、基于nRF2401的无线（分）节点通信模块几个部分组成。 2．建立了嵌入式系统的平台和开发环境。主要包括嵌入式Linux的裁减、设备驱动程序的编写，交叉编译和串口驱动的编写，完成了USB驱动的移植。 3．在组网方式上选择了nRF2401无线射频模块和GPRS模块，完成了周边器件的电路设计，实现了无线模块的相互通信和信息传输。 4．实现了XMODOM协议，将图片和物理信息传送至GPRS模块，并实现了彩信的MMS发送。 本文完成了智能家居监控系统的硬件设计和软件设计，并进行了调试，验证了所设计系统的有效性和实用性。实验结果表明提出的监控系统设计方法是可行的，且整个系统具有良好的通用性和可扩展性。由于采用Linux作为嵌入式操作系统，符合嵌入式的发展潮流，方便了在该设计的基础上进行二次开发和扩展。
上传时间： 2013-04-24
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瞬变电磁法作为一种重要的地球物理探测方法，由于它在时间和空间上的可分性，使得这种方法简单易行，信息丰富，精度较高，低成本，见效快，从而在矿藏勘探、钻井和海洋勘探等领域得到了广泛的应用。随着接收仪器的数字化和智能化，发射功率的增大，数字模型计算正反演的应用，解释水平的提高，瞬变电磁法可解决的地质问题不断扩大，几乎涉及了物探工作的各个领域：矿产勘探，构造探测，水文与工程、地质调查，环境调查与监测以及考古等。近年来，在找水、市政工程、土壤盐碱化和污染调查、浅层石油构造填图，以及矿井突水预测等领域都取得了良好效果。 瞬变电磁法探测系统包括发射机和接收机两部分。接收机用作在噪声中提取由发射机发射的一次场信号在地下导体中感应出的二次场信息，其信息反映了地下导体的电阻率差异，通过对该信息数据的处理了解探测目标的特性从而达到探测的目的。 瞬变电磁信号具有早期信号幅度大、衰减快，而中晚期信号幅度小、衰减慢的大动态范围的特点。因此，必须设计出能适应这种瞬时变化快、动态范围大数据信号要求的高性能数据采集系统。同时，瞬变电磁探测系统的工作环境大都是在野外，因此，为适应野外工作的需要，数据采集卡尤其要有较低的功耗。 本论文在总结其他数据采集系统设计的基础上，提高采样速率和采样精度、采用分段放大技术避免放大饱和和实现对小信号的有效识别、改用ARM作为核心处理器实现对接收机的有效控制、改进USB2.0的实际传输速度、改用自适应滤波法等噪声抑制方法组合实现抗干扰和噪声滤除设计，成功设计和实现了一套基于ARM和USB2.0的瞬变电磁数据采集系统，该系统具有高性能，低功耗，抗干扰能力强，低成本的特点，已成功应用于瞬变电磁探测实践，并取得良好效果，极大的满足了瞬变电磁探测系统的需要。同时，该系统对于其他数据采集系统的设计具有一定的借鉴意义。
上传时间： 2013-06-21
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目前运动控制主要有两种实现方式,一是使用PLC加运动控制模块来实现：二是使用PC加运动控制卡来实现。两者各有优缺点,但两者有以下共同的缺点：一是由于它们儿乎都是采用通用微控制器(MCU和DSP)来实现电机控制,由于受CPU速度的限制,以及CPU的多个进程同时处理,故无法在控制精度和控制速度比较高的场合中应用。二是它们的设计只是把运动控制部件当作系统的一个部分,如果要完成一个机械设备的完整控制,还需要辅助有其他的数字量/模拟量控制设备。这样在提高了系统成本的同时,也降低了系统的可靠性。 论文设计了一种基于ARM+CPLD的高速运动控制器,该控制器采用高速的CPLD处理器来完成电机的闭环控制,辅助以NXP的32位ARM7TDMI处理器LPC231X来实现复杂的运动规划,使得运动控制精度更高、速度更快、运动更加平稳；同时为系统扩展了常规运动控制卡不具备的通用I/O接口,除开4轴运动控制所需要的8点高速脉冲输入和8点高速脉冲输出外,系统具有24点数字量输入(可选共阴或共阳),25点继电器输出,仅一台这样的专用设备就可以完成4轴运动控制和设备上其它开关量控制。 系统采用可移植的软、硬件设计。硬件上以运动控制部件为核心,可以方便的在ARM处理器预留的资源上扩展出数字输入,数字输出,AD输入,DA输出等常用功能模块。系统软件构架如下：在最上层,系统采用μC/OS-Ⅱ操作系统来完成系统任务调度；在底层,将底层设备的操作打包编写成底层驱动的形式,可直接供用户程序调用；在中间层,可根据不同的用户要求编写用户程序,再将其传递给μC/OS-Ⅱ来调度该用户程序。 将该运动控制器应用于工业应用中的套标机,在对套标机进行运动分解之后,结合套标机的电气特性,很好的实现了运动控制器在套标机上的二次开发,满足了套标机在现场中的应用。
上传时间： 2013-04-24
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嵌入式网络视频监控系统是一种以嵌入式技术、视频编码技术和网络传输技术为核心的新型视频监控系统，它在稳定性、实时性、处理速度、功能、价格、扩展性等方面和传统的视频监控系统相比有着突出的优势，同时也代表着目前视频监控系统研究和发展的方向。 本文研究并实现了以微处理器S3C2440和嵌入式Linux操作系统为核心的嵌入式网络视频监控系统。论文首先介绍了嵌入式视频监控技术的发展趋势和研究现状，而后阐述了该系统硬件总体设计方案，讨论了基于嵌入式Linux操作系统的开发平台的构建，详细论述了视频采集、编码、存储、传输等单元的软硬件设计，重点论述了基于AL9V576的视频编码模块和基于TW2835的视频处理模块的设计。 本文研究的主要内容如下： 1、研究视频采集单元的优化方法，设计采用音视频控制器TW2835采集四路模拟视频输入信号并叠加OSD环境信息显示，提高了视频处理的功能和视频质量； 2、研究双核构架，采用混合信号系统级芯片C8051F340控制TW2835、采集环境信息并与S3C2440串口通信，使视频采集单元模块化设计，增加了产品设计的灵活性，减小了主控芯片的负担和软件设计的复杂性，便于产品功能的扩展和二次开发； 3、研究并分析了MPEG-4的硬件实现方式，采用高品质、高性能、低功率视频压缩芯片AL9V576进行MPEG-4编码，大幅提升了压缩效率，另外还设计了SRAM主机接口与主控芯片通信，突破了传统芯片大多采用的PCI接口的限制，方便模块的组合； 4、研究并设计了CF卡存储方案，实现了一种在嵌入式视频服务器上的视频检索和存储方法。
上传时间： 2013-05-16
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根据机械电子工程类专业测控实验教学平台数据采集的需要，在综合考虑成本和性能基础上，提出以为主处理芯片的数据采集卡设计方案。 该方案的主要特点是，使用基于ARM7TDMI内核的，工作主频最高可达44MHz；内置高性能的ADC和DAC模块，采样速度最高可达1MSPS，采样精度为12位；模拟信号输入通道最多可达16路，模拟信号输出通道最高可达4路；具有丰富的外设资源可以使用，GPIO口数目最高可达40个。 在设计中采用了模块化思想，将系统分为四个功能模块：主模块的功能是控制ADC进行信号采集和DAC进行模拟信号输出；模拟信号模块的作用是对传感器输入信号和DAC输出波形进行简单的调理；数字信号模块引出32路数字I/O口，可用于需要采集数字量的场合；JTAG模块可进行程序的调试和下载，对于数据采集卡的二次开发有很大的作用。 在本数据采集卡上，尝试进行了μC/OSⅡ操作系统的移植，成功实现了四个任务的管理。在实际应用中，工作数小时仍可保持正常的运行。 为检验数据采集卡的串口通讯能力，利用LabVIEW程序读取下位机串口发送的已采集到的数据，进行波形图绘制。 为检验本数据采集卡的ADC和DAC精度，设计实验利用DAC输出波形，并利用ADC将采集到的波形通过LabVIEW显示，测量结果显示两者电压值误差均在可允许的3LSB（Least Significant Bit）范围内，表明本数据采集卡已基本实现预期设计指标。
上传时间： 2013-04-24
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