如今电力电子电路的控制旨在实现高频开关的计算机控制，并向着更高频率、更低损耗和全数字化的方向发展。现场可编程门阵列器件(Field Programmable Gate Arrays)是近年来崭露头角的一类新型集成电路，它具有简洁、经济、高速度、低功耗等优势，又具有全集成化、适用性强，便于开发和维护(升级)等显著优点。与单片机和DSP相比，FPGA的频率更高、速度更快，这些特点顺应了电力电子电路的日趋高频化和复杂化发展的需要。因此，在越来越多的领域中FPGA得到了日益广泛的发展和应用。 本文提出了一种采用现场可编程门阵列(FPGA)器件实现数字化变频调速控制系统的设计方案。该系统能产生三相六路正弦脉宽调制（SPWM）波形；调制频率范围为0～4KHZ，分7级控制；16位的速度控制分辨率；载波频率分8级控制，最高可达24KHZ；系统接口兼容Intel系列和Motorola系列单片机；该系统控制简单、精确，易修改，可现场编程；同时具有脉冲延时小、最小脉冲删除、过压和过流保护功能等特点，可应用于PWM变频调速系统的全数字化控制。文中对方案的实现进行了详细的论述，主要包括系统设计的理论分析，系统结构设计及在FPGA硬件上的实现，最终验证了该控制系统的可行性和有效性。 数字化设计是本系统的特点，系统最终生成的三相SPWM脉冲是基于三相正弦调制波和三角载波比较得到的。设计时，充分结合FPGA器件的结构特点，利用一种改进结构的数字控制振荡器（NCO）来产生正弦波样本，在一定程度上解决了传统NCO产生正弦波的精度和频率相互制约的问题；把分时复用数字通信原理结合到系统的设计中，设计出分时运算电路，使得系统在同步时钟下，生成三相正弦调制波而不影响系统的速度，同三角载波逻辑比较后，最终得到三相SPWM脉冲序列。
上传时间： 2013-07-05
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现代通信系统对带宽和数据速率的要求越来越高，超宽带(ultra-wideband，UWB)通信以其传输速率高、空间容量大、成本低、功耗低的优点，成为解决企业、家庭、公共场所等高速因特网接入的需求与越来越拥挤的频率资源分配之间的矛盾的技术手段。 论文主要围绕两方面展开分析：一是介绍用于UWB无载波脉冲调制及直接序列码分多址调制(DS-CDMA)的新型脉冲，即Hermite正交脉冲，并且分析了这种构建UWB多元通信和多用户通信的系统性能。二是分析了UWB的多带频分复用物理层提案(MBOA)的调制技术，并在FPGA上实现了调制模块。正交Hermite脉冲集被提出用于UWB的M元双正交调制系统，获得高数据速率。调整脉冲的脉宽因子和中心频率能使脉冲满足FCC的频谱要求。M元双正交调制的接收机需要M/2个相关器，远比M元正交调制所需的相关器数量少。误码率一定时，维数M的增加可获得高的比特率和低的信噪比。虽然高阶的Hermite脉冲易受抖动时延的影响，但当抖动时延范围小于0.02ns时，其影响较为不明显。本文认为1～8阶的Hermite脉冲皆可用，可构成16元双正交系统。 正交Hermite脉冲集也可以构造UWB多用户系统。各用户的信息用不同的Hermite脉冲同时传输，其多用户的误比特率上限低于高斯单脉冲构成的PPM多用户系统的误比特率，所以其系统性能更优。正交Hermite脉冲还可以用于UWB的DS-CDMA调制，在8个脉冲可用的情况下，最多可容64个用户同时通信。 基于MBOA提出的UWB物理层协议，本文用Verilog硬件语言实现了调制与解调结构，并用Modelsim做了时序验证。用Verilog编程实现的输出数据与Matlab生成的UWB建模的输出结果一致。为了达到UWBMB-OFDM系统的FFT处理器的要求，一个混和基多通道流水线的FFT算法结构被提出。其有效的实现方法也被提出。这种结构采用多通道以获得高的数据吞吐量。此外，它用于存储和复数乘法器的硬件损耗相比其他的FFT处理器是最少的。高基的FFT蝶算减少了复数乘法器的数量。在132MHz的工作频率下，整个128点FFT变换在此结构模式下只需要242.4ns,满足了MBOA的要求。
上传时间： 2013-07-29
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本课题完成了基于FPGA的数据采集器以及IIC总线的模数转换器部分、通讯部分的电路设计。其中FPGA采用Xilinx公司Spartan-Ⅱ系列的XC2S100芯片，在芯片中嵌入32位软处理器MicroBlaze;ⅡC总线的模数转换采用Microchip公司的MCP3221芯片，通讯部分则在FPGA片内用VHDL语言实现。通过上述设计实现了“准单片化”的模拟量和数字量的数据采集和处理。 所设计的数据采集器可以和结构类似的上位机通讯，本课题完成了在上位机中用VHDL语言实现的通信电路模块。通过上述两部分工作，将微处理器、数据存储器、程序存储器等数字逻辑电路均集成在同一个FPGA内部，形成一个可编程的片上系统。FPGA片外仅为模拟器件和开关量驱动芯片。FPGA内部的硬件电路采用VHDL语言编写；MCU软核工作所需要的程序采用C语言编写。多台数据采集器与服务器构成数据采集系统。服务器端软件用VB开发，既可以将实时采集的数据以数字方式显示，也可以用更加直观的曲线方式显示。 由于数据采集器是所有自控类系统所必需的电路模块，所以一个通用的片上系统设计可以解决各类系统的应用问题，达到“设计复用”(DesignReuse)的目的。采用基于FPGA的SOPC设计的更加突出的优点是不必更换芯片就可以实现设计的改进和升级，同时也可以降低成本和提高可靠性。
上传时间： 2013-07-12
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本文介绍了一个基于CPLD／FPGA的嵌入式IP核设计。论文在阐述可编程逻辑器件及其发展趋势的基础上，探讨了知识产权复用理念，MCU的复杂化设计以及数字信号传输与处理的速度要求。结合国内外对CPLD／FPGA的使用现状，引出了在CPLD／FPGA上开发嵌入式模块程序的理念并提出了设计实现方法和设计实例。课题的设计目标为开发一个基于CPLD／FPGA的USBIP模块，实现开发板与PC机之间的USB通信。设计过程首先进行硬件设计，在FPGA开发板上开发扩展板；其次用ISE开发软件进行FPGA数字化设计；在软件开发完成后，将配置生成的比特流文件通过JTAG电缆下载到FPGA开发板上，实现FPGA开发板与PC机之间的通信。 该设计具有很高的实用性，它进一步扩大了可编程芯片的领地，将复杂专有芯片挤向高端和超复杂应用；它使得IP资源复用理念得到更普遍的应用；为基于FPGA的嵌入式系统设计提供了广阔的思路。
上传时间： 2013-07-05
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甚短距离传输(VSR)是一种用于短距离(约300 m～600m)内进行数据传输的光传输技术.它主要应用于网络中的交换机、核心路由器(CR)、光交叉连接设备(OXC)、分插复用器(ADM)和波分复用(WDM)终端等不同层次设备之间的互连,具有构建方便、性能稳定和成本低等优点,是光通信技术发展的一个全新领域,逐渐成为国际通用的标准技术,成为全光网的一个重要组成部分. 本文深入研究了VSR并行光传输系统,完成了VSR技术的核心部分--转换器子系统的设计与实现,使用现场可编程阵列FPGA(Field Programmable GateArray)来完成转换器电路的设计和功能实现.深入研究现有VSR4-1.0和VSR4-3.0两种并行传输标准,在其技术原理的基础上,提出新的VSR并行方案,提高了多模光纤带的信道利用率,充分利用系统总吞吐量大的优势,为将来向更高速率升级提供了依据.根据万兆以太网的技术特点和传输要求,提出并设计了用VSR技术实现局域和广域万兆以太网在较短距离上的高速互连的系统方案,成功地将VSR技术移植到万兆以太网上,实现低成本、构建方便和性能稳定的高速短距离传输. 本文所有的设计均在Altera Stratix GX系列FPGA的EP1SGX25F1020C7上实现,采用Altera的Quartus Ⅱ开发工具和 Verilog HDL硬件描述语言完成了VSR4-1.0转换器集成电路和万兆以太网的SERDES的设计和仿真,并给出了各模块的电路结构和仿真结果.仿真的结果表明,所有的设计均能正确的实现各自的功能,完全能够满足10Gb/s高速并行传输系统的要求.
上传时间： 2013-07-14
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软件无线电是二十世纪九十年代提出的一种实现无线通信的体系结构，被认为是继模拟通信、数字通信之后的第三代无线电通信技术。它的中心思想是：构造一个开放性、标准化、模块化的通用硬件平台，并使宽带模数和数模转换器尽可能靠近天线，从而将各种功能，如工作频段、调制解调类型、数据格式、加密模式、通信协议等用软件来完成。 本论文首先介绍了软件无线电的基本原理和三种结构形式，综述了软件无线电的几项关键技术及其最新研究进展。其中调制解调模块是软件无线电系统中的重要部分，集中体现了软件无线电最显著的优点——灵活性。目前这一部分的技术实现手段多种多样。随着近几年来芯片制造工艺的飞速发展，可编程器件FPGA以其高速的处理性能、高容量和灵活的可重构能力，成为实现软件无线电技术的重要手段。 本论文调制解调系统的设计，选择有代表性的16QAM和QPSK两种方式作为研究对象，采用SystemView软件作为系统级开发工具进行集成化设计。在实现系统仿真和FPGA整体规划后，着重分析用VHDL实现其中关键模块以及利用嵌入FPGA的CPU核控制调制解调方式转换的方法。同时，在设计中成功地调用了Xilinx公司的IP核，实现了设计复用。由于FPGA内部逻辑可以根据需要进行重构，因而硬件的调试和升级变得很容易，而内嵌CPU使信号处理过程可以用软件进行控制，充分体现了软件无线电的灵活性。 通过本论文的研究，初步验证了在FPGA内实现数字调制解调过程及控制的技术可行性和应用的灵活性，并对将来的扩展问题进行了研究和讨论，为实现完整的软件无线电系统奠定了基础。
上传时间： 2013-06-10
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电力线通信技术利用分布广泛的低压电力线作为通信信道，实现internet高速互连，为用户提供互联网访问、视频点播等服务，形成包括电力在内的“四网合一”，目前正受到人们的关注。利用该技术，可以在居民区内建立宽带接入网，也可以利用遍布家庭各个房间的电源插座组成家庭局域网。但是电力线是传输电能的，因此通过电力线传输数据有许多的问题需要解决。 OFDM(正交频分复用)技术是实现电力线通信的一项热门技术。OFDM采用添加循环前缀的技术，能有效地降低ICI(信道间干扰)和ISI(码间干扰)。同时通过使用正交的子信道，大大提高了频谱资源利用率。FPGA作为可编程逻辑器件，具有设计时间短、投资少、风险小的特点，而且可以反复修改，反复编程，直到完全满足需要，具有其他方式无可比拟的方便性和灵活性，能够加速数字系统的研发速度。本文着重研究了OFDM同步技术在FPGA上的实现。本论文主要是在项目组工作的基础上构造双路信号数据纠正算法流程，提出最佳采样点与载波相位估计算法，完善中各个子模块算法的硬件设计流程。内容安排如下：第一章介绍OFDM(正交频分复用)技术的发展历史、技术原理。第二章介绍了PLD的分类、工艺和结构特点，以及FPGA的开发环境、开发流程和Verilog语言的特点。第三章对OFDM系统的同步模块进行详细的阐述。第四章是OFDM同步算法的在FPGA上的实现，对各个子模块进行仿真，给出了仿真波形图和系统性能分析。最后，第五章总结了全文的工作，对OFDM技术的实现需要进一步完善的方面与后续工作进行了探讨。
上传时间： 2013-04-24
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电力变压器性能的好坏直接影响着电力系统的安全稳定运行。变压器绕组温度是变压器安全、经济运行以及使用寿命的决定性因素，已经成为变压器状态监测中健康隐患和故障发展的重要表现形式。通过对变压器绕组温度进行实时监测并判断其健康状况，以此来进行变压器的负荷调整和预知性维修，避免因绕组过热导致的变压器故障，可以提高变压器安全、经济运行水平，为电网安全运行带来重要保证。 传统的检测电力变压器温度的方法主要有红外温度检测、热电阻、热电偶温度检测等。红外测温为非接触测量，它只能测量变压器的表面温度，易受环境温度及周围磁场的干扰，且需人工操作，无法实现在线测量。对于热电阻、热电偶等测量法，在高频交变场中，导线会拾取噪声并由于涡流效应而发热。电导线的热导还会导致被测温度的扰动，测量效果不很理想。光纤光栅传感技术以其体积小、电绝缘、抗电磁干扰、易复用、传感信号可远距离传输、便于实现实时在线测量等优点，为电力变压器温度的测量提供了很好的技术手段。 本文在对国内外光纤光栅传感技术及其解调方案进行深入分析的基础上，设计了光纤布拉格光栅传感信号解调所需的硬件和软件，并进行了实验研究。论文涉及的主要工作有： 介绍了光纤的基本结构、布拉格光栅的工作机理及其制作方法，分析了光纤布拉格光栅作为传感元件时的基本参数，推导了光纤布拉格光栅的温度传感模型；详细介绍了目前常用的布拉格光纤光栅解调技术。 重点分析了监测系统的硬件电路设计及其原理，主要有微控制器相关电路的设计、光电转换电路、前置放大及滤波电路、AD转换电路、以太网通讯电路及液晶显示电路等。在硬件平台的基础上设计并测试了相关模块的驱动，实现温度的实时采集和发送。主要工作包括uC/OS—Ⅱ在LPC2148上的移植，利用LwIP实现以太网通讯等。 最后，搭建了系统光路，对监测系统进行了测试，得到了有益的数据，为下一步工作打下了良好的基础。
上传时间： 2013-04-24
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海洋台站自动观测系统是一套应用于海滨观测的仪器设备，负责对气象、水文参数进行实时观测。诸多的参数通过相应的传感器进行测量，海洋台站自动观测系统对测量的信息进行汇总，再将其通过有线或无线的通讯方式传输到各级海洋环境监测预报中心，供天气预报和海洋预报使用。 本文以我国“海洋台站自动观测系统政府采购计划”为背景，重点设计了低成本、低功耗、高性能、高可靠性的新型海洋台站自动观测系统。本课题主要研究基于arm7+uClinux海洋台站自动观测系统的设计与开发。根据实际的需要，分析海洋台站自动观测系统的整体要求，对传感器进行选型，进行方案设计，完成整个系统的搭建。为了降低系统功耗，CPU所采用的是Samsung公司推出的无内存管理单元的处理器S3C44BO，设计了8MFLASH、64MSDRAM、液晶、USB以及键盘等相关电路。同时，为了减少驱动开发所带来的不便，使用TL16C554A对串口电路进行了扩展，便于数据处理，也使得系统具有更好的可扩展性。软件方面设计主要涉及了BootLoader引导装载程序的建立，选用uClinux操作系统，并对其内核进行配置和裁剪，添加源代码中没有的驱动程序。为了缩短研发周期和降低开发难度，选用MiniGUI作为图形用户界面系统，深入分析了MiniGUI的结构、原理，并将其移植到uClinux系统中。本系统采用的是MiniGUI－Threads多线程模式，主线程协调各个线程进行相应的数据处理。为了使系统操作变得直观、简单，对用户界面进行了初步设计，使用复用I/O的方法解决多串口通讯容易造成的数据阻塞问题。此外，为了更好的将台站所测得的信息量发送给海洋环境监测预报中心，需要完善通讯协议以便于数据交换。 最后，根据本系统实际研究开发结果，总结分析了系统的特点，并对下一步设计工作进行了展望。
上传时间： 2013-07-12
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本文着重研究了OFDM调制解调技术在FPGA上的实现。全文内容安排如下： 第一章介绍了PLD(可编程逻辑器件)和OFDM(正交频分复用)技术的发展历史。 第二章介绍了PLD的分类、工艺和结构特点，以及FPGA的开发环境、开发流程和Verilog语言的特点。 第三章就OFDM系统中的基本概念进行了详细的阐述。 第四、五章是OFDM算法的在FPGA上的实现，首先对要实现的算法进行分析，给出了需要实现的指标。然后给出了FPGA的实现方案，对系统的进行仿真，给出了仿真波形图和系统性能分析。 第六章总结了全文的工作，对OFDM技术的实现需要进一步完善的方面进行了探讨。
上传时间： 2013-08-05
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