焊有元件的印制电路板在线测试是印制电路板生产过程中的一个重要环节,关系着整个电子产品的质量。本文在深入研究国内外印制电路板自动测试技术的基础上,结合当前先进的电子技术,设计出一套高性能,低价位,小体积,便于携带和操作的印制电路板在线测试仪。 本文设计的在线测试仪系统包括控制器电路、信号发生电路、信号采集电路、元件测试电路、USB通信电路和开关矩阵电路等,其中控制器电路是以FPGA可编程控制芯片为核心,负责控制下位机其它所有电路的正常工作,并实现与上位机间的通信。 针对模拟元件的测试,本文首先探讨了对印制电路板上模拟元件测试时的隔离原理,继而详细阐述了电阻、电容(电感)、二极管、三极管、运算放大器等的测试方法,并分别设计了硬件测试电路。因为测试时需向被测元件施加测试激励信号,本文设计并完成了一信号发生电路,可输出幅值可调的直流恒压源信号和直流恒流源信号、幅值和频率都可调的交流信号。 针对数字器件的测试,本文将数字器件分为两种,一种为具有边界扫描功能单元的器件,另一类为非边界扫描器件,并分别对两种类型的数字器件的测试原理和方法进行了详细的描述,在文中给出了相关的硬件测试电路图。 本设计中,所有测试激励信号经测试电路后输出的测试结果都是直流电压信号,所以本文设计了一通用信号采集电路来完成对测试结果的取样。本文还设计了开关矩阵电路,用于将被测印制电路板上的元件接入到测试电路中。对通信电路的设计,本文采用USB通信方式与上位机进行有效的数据交换,并通过USB接口芯片完成了硬件电路的设计。 在软件方面,本文采用NiosⅡ C语言完成所有软件设计,以协助硬件部分来完成对印制电路板的测试工作。 本文已完成各部分电路试验及系统联调,试验证明设计达到了项目预定要求。
上传时间: 2013-08-02
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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
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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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随着以太网技术的不断发展,网络的传输速度已经由最初的10M发展到现在的10,000M。用可编程逻辑器件(FPGA)实现以太网控制器与其它SOC系统的互连成为当前的研究热点。本文阐述了MAC层的FPGA设计、仿真及测试;介绍了整个系统的内部结构、模块划分,并对各个模块的设计过程进行了详细阐述,接着介绍了开发环境和验证工具,同时给出测试方案、验证数据、实现结果及时序仿真波形图。 对MAC层的主要功能模块如:发送模块、接收模块、MAC流程控制模块、寄存器模块、MⅡ接口模块和主机接口模块以及CRC,CSMA/CD,HASH表等算法给出了基于FPGA及硬件描述语言的解决方法。 本课题针对以下三个方面进行了研究并取得一定的成果: 1)FPGA开发平台的硬件实现。选用Xilinx公司的XC3S1000-FT256-4-C和ATMEL公司的ARM9200作为测试的核心器件,采用LXT971芯片作为物理层芯片,AT91RM9200作为数据输入源和双blockram作为帧缓存搭建FPGA硬件验证开发平台。 2)基于FPGA实现以太网控制器。用VerilogHDL语言构建以太网控制器,实现CSMA/CD协议、10M/100M自适应以及与物理层MⅡ接口等。 3)采用片上系统通用的WS接口。目的是便于与具有通用接口的片上系统互连,也为构建SOC上处理器提供条件。 本论文实现了一个基于WS总线接口可裁减的以太网MAC控制器IP软核,为设计具有自主知识产权的以太网MAC控制器积累了经验。同时,为与其它WS接口的控制器实现直接互连创造了条件,对高层次设计这一先进ASIC设计方法也有了较为深入的认识。
上传时间: 2013-07-17
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文章开篇提出了开发背景。认为现在所广泛应用的开关电源都是基于传统的分立元件组成的。它的特点是频率范围窄、电力小、功能少、器件多、成本较高、精度低,对不同的客户要求来“量身定做”不同的产品,同时几乎没有通用性和可移植性。在电子技术飞速发展的今天,这种传统的模拟开关电源已经很难跟上时代的发展步伐。 随着DSP、ASIC等电子器件的小型化、高速化,开关电源的控制部分正在向数字化方向发展。由于数字化,使开关电源的控制部分的智能化、零件的共通化、电源的动作状态的远距离监测成为了可能,同时由于它的智能化、零件的共通化使得它能够灵活地应对不同客户的需求,这就降低了开发周期和成本。依靠现代数字化控制和数字信号处理新技术,数字化开关电源有着广阔的发展空间。 在数字化领域的今天,最后一个没有数字化的堡垒就是电源领域。近年来,数字电源的研究势头与日俱增,成果也越来越多。虽然目前中国制造的开关电源占了世界市场的80%以上,但都是传统的比较低端的模拟电源。高端市场上几乎没有我们份额。 本论文研究的主要内容是在传统开关电源模拟调节器的基础上,提出了一种新的数字化调节器方案,即基于DSP和FPGA的数字化PID调节器。论文对系统方案和电路进行了较为具体的设计,并通过测试取得了预期结果。测试证明该方案能够适合本行业时代发展的步伐,使系统电路更简单,精度更高,通用性更强。同时该方案也可用于相关领域。 本文首先分析了国内外开关电源发展的现状,以及研究数字化开关电源的意义。然后提出了数字化开关电源的总体设计框图和实现方案,并与传统的开关电源做了较为详细的比较。本论文的设计方案是采用DSP技术和FPGA技术来做数字化PID调节,通过数字化PID算法产生PWM波来控制斩波器,控制主回路。从而取代传统的模拟PID调节器,使电路更简单,精度更高,通用性更强。传统的模拟开关电源是将电流电压反馈信号做PID调节后--分立元器件构成,采用专用脉宽调制芯片实现PWM控制。电流反馈信号来自主回路的电流取样,电压反馈信号来自主回路的电压采样。再将这两个信号分别送至电流调节器和电压调节器的反相输入端,用来实现闭环控制。同时用来保证系统的稳定性及实现系统的过流过压保护、电流和电压值的显示。电压、电流的给定信号则由单片机或电位器提供。再次,文章对各个模块从理论和实际的上都做了仔细的分析和设计,并给出了具体的电路图,同时写出了软件流程图以及设计中应该注意的地方。整个系统由DSP板和ADC板组成。DSP板完成PWM生成、PID运算、环境开关量检测、环境开关量生成以及本地控制。ADC板主要完成前馈电压信号采集、负载电压信号采集、负载电流信号采集、以及对信号的一阶数字低通滤波。由于整个系统是闭环控制系统,要求采样速率相当高。本系统采用FPGA来控制ADC,这样就避免了高速采样占用系统资源的问题,减轻了DSP的负担。DSP可以将读到的ADC信号做PID调节,从而产生PWM波来控制逆变桥的开关速率,从而达到闭环控制的目的。 最后,对数字化开关电源和模拟开关电源做了对比测试,得出了预期结论。同时也提出了一些需要改进的地方,认为该方案在其他相关行业中可以广泛地应用。模拟控制电路因为使用许多零件而需要很大空间,这些零件的参数值还会随着使用时间、温度和其它环境条件的改变而变动并对系统稳定性和响应能力造成负面影响。数字电源则刚好相反,同时数字控制还能让硬件频繁重复使用、加快上市时间以及减少开发成本与风险。在当前对产品要求体积小、智能化、共通化、精度高和稳定度好等前提条件下,数字化开关电源有着广阔的发展空间。本系统来基本上达到了设计要求。能够满足较高精度的设计要求。但对于高精度数字化电源,系统还有值得改进的地方,比如改进主控器,提高参考电压的精度,提高采样器件的精度等,都可以提高系统的精度。 本系统涉及电子、通信和测控等技术领域,将数字PID算法与电力电子技术、通信技术等有机地结合了起来。本系统的设计方案不仅可以用在电源控制器上,只要是相关的领域都可以采用。
上传时间: 2013-06-29
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图像采集系统是数字图像信号处理过程中不可缺少的重要部分,它将前端相机所捕获的模拟信号转化为数字信号,或者直接从数字相机中获取数字信号,然后通过高速的计算机总线传回计算机,凭借计算机的强大的运算、数据存储与处理等操作能力,可以方便快捷地对信号进行分析处理,具有人机友好、功能灵活、可移植性强等优点。随着对数据传送速度要求的提高,PCI总线以其高的数据传输率,即插即用,低功耗等众多优点,得到广泛的应用。本文针对PCI总线接口电路使用的广泛性,介绍了PLX公司桥接芯片PCI9054主模式的工作原理和中断机制,采用可编程逻辑器件FPGA实现与PCI9054的本地接口的信号转换,给出了逻辑实现方案和仿真图。本文针对FPGA中各功能模块的逻辑设计进行了详细分析,并对每个模块都给出了精确的仿真结果。同时,文中还在其它章节详细介绍了系统的硬件电路设计、并行接口设计、PCI接口设计、PC端控制软件设计以及用于调试过程中的SignalTapⅡ嵌入式逻辑分析仪的使用方法,并且也对系统的仿真结果和测试结果给出了分析及讨论。最后还附上了系统的PCB版图、FPGA逻辑设计图、实物图及注释详细的相关源程序清单。在文章的软件设计部分介绍了WinDriver驱动开发工具,利用WinDriver工具,在WindowsXP系统下实现设备的驱动程序开发,完成主模式数据传输和设备中断的功能。
上传时间: 2013-06-09
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本课题深入分析了GPS软件接收机基于FFT并行捕获算法并详细阐述了其FPGA的实现。相比于其它的捕获方案,该方案更好地满足了信号处理实时性的要求。 论文的主体部分首先简单分析了扩频通信系统的基本原理,介绍了GPS系统的组成,详细阐述了GPS信号的特点,并根据GPS信号的组成特点介绍了接收机的体系结构。其次,通过对GPS接收机信号捕获方案的深入研究,确定了捕获速度快且实现复杂度不是很高的基于FFT的并行捕获方案,并对该方案提出了几点改进的措施,根据前面的分析,提出了系统的实现方案,利用MATLAB对该系统进行仿真,仿真的结果充分的验证了方案的可行性。接着,对于捕获环节中的核心部分—FFT处理器,设计中没有采用ALTERA提供的IP核,独立设计实现了基于FPGA的FFT处理器,并通过对一组数据在MATLAB中运算得到结果和FPGA输出结果相对比,可以验证该FFT处理器的正确性。再次重点分析了GPS接收机并行捕获部分的FPGA具体实现,通过捕获的FPGA时序仿真波形,证明了该系统已经能成功地捕获到GPS信号。最后,对全文整个研究工作进行总结,并指出以后继续研究的方向。 本课题虽然是对于GPS接收机的研究,但其原理与GALILEO、北斗等导航系统的接收机相近,因此该课题的研究对我国卫星导航事业的发展起到了积极的推动作用。
上传时间: 2013-08-06
上传用户:青春123
目前对数字化音频处理的具体实现主要集中在以DSP或专用ASIC芯片为核心的处理平台的开发方面,存在着并行处理性能差,系统升级和在线配置不灵活等缺点。另一方面现有解决方案的设计主要集中于处理器芯片,而对于音频编解码芯片的关注度较低,而且没有提出过从芯片层到PCB板层的完整设计思路。本文针对上述问题对数字化音频处理平台进行了研究,主要内容包括: 1、提出了基于FPGA的通用音频处理平台,该方案有别于现有的基于MCU、DSP和其它专用ASIC芯片的方案,论证了基于FPGA的音频处理系统的结构及设计工作流程,并对嵌入式音频处理系统专门进行了研究。 2、提出了从芯片层到PCB板层的完整设计思路,并将设计思路得以实现。完成了FPGA的设计及实现过程,包括:系统整体分析,设计流程分析,配置模块和数据通信模块的RTL实现等;解决了FPGA与音频编解码芯片TLV320AIC23B之间接口不匹配问题;给出配置和数据通信模块的功能方框图;从多个角度完善PCB板设计,给出了各个系统组成部分的详细设计方案和硬件电路原理图,并附有PCB图。 3、建立了实验和分析环境,完成了各项实验和分析工作,主要包括:PCB板信号完整性分析和优化,FPGA系统中各个功能模块的实验与分析等。实验和分析结果论证了系统设计的合理性和实用性。 本文的研究与实现工作通过实验和分析得到了验证。结果表明,本文提出的由FPGA和音频编解码芯片TLV320AIC23B组成的数字化音频处理系统完全可以实现音频信号的数字化处理,从而可以将FPGA在数字信号处理领域的优点充分发挥于音频信号处理领域。
上传时间: 2013-04-24
上传用户:lanwei
密集型的矩阵运算在信号处理和图像处理中被广泛应用,而且往往需要系统进行实时运算,这就需要系统具有很高的吞吐率。因此寻找矩阵运算的高速实现方法是很有意义的。FPGA的运算速度快并且可以并行运算,和其它矩阵运算的实现方式相比,FPGA有其独特的优势。本文主要设计并实现了基于FPGA的各种矩阵运算模块。 本文首先介绍了矩阵运算的特点和原理,接着讨论了FPGA浮点运算单元的VHDL设计方法,在此基础上,设计了矩阵相乘累加、三角矩阵求逆和一般矩阵分解求逆的运算模块,给出矩阵阶数扩大时各种矩阵运算的分块实现方法。然后在ModelSim环境下仿真了一般矩阵的求逆模块,与Maflab仿真结果比较,分析了运算精度、时间复杂度和资源占用情况,在Virtex-4系列FPGA硬件平台上进行了调试和测试,并通过USB接口将矩阵运算结果送入PC机,验证了基于FPGA矩阵运算的正确性和可行性。最后对矩阵求逆模块在雷达信号中的应用作了简单介绍。
上传时间: 2013-06-08
上传用户:小枫残月
数据采集系统是信号与信息处理系统中不可缺少的重要组成部分,同时也是软件无线电系统中的核心模块,在现代雷达系统以及无线基站系统中的应用越来越广泛。为了能够满足目前对软件无线电接收机自适应性及灵活性的要求,并充分体现在高性能FPGA平台上设计SOC系统的思路,本文提出了由高速高精度A/D转换芯片、高性能FPGA、PCI总线接口、DB25并行接口组成的高速数据采集系统设计方案及实现方法。其中FPGA作为本系统的控制核心和传输桥梁,发挥了极其重要的作用。通过FPGA不仅完成了系统中全部数字电路部分的设计,并且使系统具有了较高的可适应性、可扩展性和可调试性。 在时序数字逻辑设计上,充分利用FPGA中丰富的时序资源,如锁相环PLL、触发器,缓冲器FIFO、计数器等,能够方便的完成对系统输入输出时钟的精确控制以及根据系统需要对各处时序延时进行修正。 在存储器设计上,采用FPGA片内存储器。可根据系统需要随时进行设置,并且能够方便的完成数据格式的合并、拆分以及数据传输率的调整。 在传输接口设计上,采用并行接口和PCI总线接口的两种数据传输模式。通过FPGA中的宏功能模块和IP资源实现了对这两种接口的逻辑控制,可使系统方便的在两种传输模式下进行切换。 在系统工作过程控制上,通过VB程序编写了应用于PC端的上层控制软件。并通过并行接口实现了PC和FPGA之间的交互,从而能够方便的在PC机上完成对系统工作过程的控制和工作模式的选择。 在系统调试方面,充分利用QuartuslI软件中自带的嵌入式逻辑分析仪SignalTaplI,实时准确的验证了在系统整个传输过程中数据的正确性和时序性,并极大的降低了用常规仪器观测FPGA中众多待测引脚的难度。 本文第四章针对FPGA中各功能模块的逻辑设计进行了详细分析,并对每个模块都给出了精确的仿真结果。同时,文中还在其它章节详细介绍了系统的硬件电路设计、并行接口设计、PCI接口设计、PC端控制软件设计以及用于调试过程中的SignalTapⅡ嵌入式逻辑分析仪的使用方法,并且也对系统的仿真结果和测试结果给出了分析及讨论。最后还附上了系统的PCB版图、FPGA逻辑设计图、实物图及注释详细的相关源程序清单。
上传时间: 2013-07-09
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