电力电子装置的控制技术随着电力电子技术的发展而愈来愈复杂。开关电源是现代电力电子设备中不可或缺的组成部分，其质量的优劣以及体积的大小直接影响电子设备整体性能。高频化、小型化、数字化是开关电源的发展方向。 在应用数字技术进行控制系统设计时，数字控制器的性能决定了控制系统的整体性能。数字化电力电子设备中的控制部分多以MCU/DSP为核心，以软件实现离散域的运算及控制。在很多高频应用的场合，目前常用的控制器(高性能单片机或DSP)的速度往往不能完全满足要求。FPGA具有设计灵活、集成度高、速度快、设计周期短等优点，与单片机和DSP相比，FPGA具有更高的处理速度。同时FPGA应用在数字化电力电子设备中，还可以大大简化控制系统结构，并可实现多种高速算法，具有较高的性价比。 依据FPGA的这些突出优点，本文将FPGA应用于直流开关电源控制器设计中，以实现开关电源数字化和高频化的要求。主要研究工作如下： 介绍了基于FPGA的DC/DC数字控制器中A/D采样控制、数字PI算法的实现；重点描述了采用混合PWM方法实现高分辨率、高精度数字PWM的设计方案，并对各模块进行了仿真测试；用FPGA开发板进行了一部分系统的仿真和实际结果的检测，验证了文中的分析结论，证实了可编程逻辑器件在直流开关电源控制器设计中的应用优势。
上传时间： 2013-07-23
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固态硬盘是一种以FLASH为存储介质的新型硬盘。由于它不像传统硬盘一样以高速旋转的磁盘为存储介质，不需要浪费大量的寻道时间，因此它有着传统硬盘不可比拟的顺序和随机存储速度。同时由于固态硬盘不存在机械存储结构，因此还具有高抗震性、无工作噪音、可适应恶劣工作环境等优点。随着计算机技术的高速发展，固态硬盘技术已经成为未来存储介质技术发展的必然趋势。 本文以设计固态硬盘控制芯片IDE接口部分为项目背景，通过可编程逻辑器件FPGA，基于ATA协议并使用硬件编程语言verilog，设计了一个位于设备端的IDE控制器。该IDE控制器的主要作用在于解析主机所发送的IDE指令并控制硬盘设备进行相应的状态迁移和指令操作，从而完成硬盘设备端与主机端之间基本的状态通信以及数据通信。论文主要完成了几个方面的内容。第一：论文从固态硬盘的基本结构出发，分析了固态硬盘IDE控制器的功能性需求以及寄存器传输、PIO传输和UDMA传输三种ATA协议主要传输模式所必须遵循的时序要求，并概括了IDE控制器设计的要点和难点；第二：论文设计了IDE控制器的总体功能框架，将IDE控制器从功能上分为寄存器部分、顶层控制模块、异步FIFO模块、PIO控制模块、UDMA控制模块以及CRC校验模块六大子功能模块，并分析了各个子功能模块的基本工作原理和具体功能设计；第三：论文以设计状态机流程和主要控制信号的方式实现了各个具体子功能模块并列举了部分关键代码，同时给出了主要子功能模块的时序仿真图；最后，论文给出了基于PIO传输模式和基于UDMA传输模式的具体指令操作流程实现，并通过SAS逻辑分析仪和QuartusⅡ对IDE控制器进行了功能测试和分析，验证了本论文设计的正确性。
上传时间： 2013-07-31
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随着科学技术的快速发展和数据采集系统的广泛应用，人们对数据采集系统的速度、精度、易操作性以及实时性的要求也在不断地提高。通用串行总线USB作为一种新型的微机总线接口规范，以其使用方便、易于扩展、速度快等优点而被广泛地应用于数据采集系统中。现场可编程门阵列最大的特点是结构灵活，开发周期较短，适合于实时信号处理，已被广泛应用于通信、数据采集、图像处理等诸多领域。 @@ 本文充分利用USB和FPGA的上述优点，设计了一种基于USB2.0技术和FPGA技术相结合的高速数据采集系统。 @@ 首先，对数据采集基本理论及系统相关技术进行了简单地介绍。 @@ 其次，对以ADC转换器(TLC5510)、FPGA芯片(EP1C6Q240C8)为控制器和USB接口芯片(CY7C68013A-56，简称FX2)为主的数据采集系统进行了硬件设计和分析，并在此设计的基础上给出相应的原理图、PCB。硬件设计主要包括FPGA与ADC和FX2之间的接口电路设计以及硬件逻辑设计。 @@ 再次，根据系统需求，对系统软件部分进行了设计，分三部分：一是为满足FX2在USB上的最大传输速率而编写的固件程序；二是在PC机中的WindowsXP系统下利用GPD编写USB设备驱动程序；三是充分了解FX2的主要功能特点，并编写出应用程序。 @@ 最后，对系统的软硬件进行了调试，给出了调试结果和分析，对出现的问题给出了解决方案。结果表明，系统符合设计要求。 @@关键词：USB2.0；FPGA；SOPC；数据采集；固件；
上传时间： 2013-06-21
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随着电子工业应用领域需求的增长，要实现复杂程度较高的数字电子系统，对数据处理能力提出越来越高的要求。定点运算已经很难满足高性能数字系统的需要，而浮点数相对于定点数，具有表述范围宽，有效精度高等优点，在航空航天、遥感、机器人技术以及涉及指数运算和信号处理等领域有着广泛的应用。对浮点运算的要求主要体现在两个方面：一是速度，即如何快速有效的完成浮点运算；二是精度，即浮点运算能够提供多少位的有效数字。 计算机性价比的提高以及可编程逻辑器件的出现，对传统的数字电子系统设计方法进行了变革。FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)让设计师通过设计芯片来实现电子系统的功能，将传统的固件选用及电路板设计工作放在芯片设计中进行。FPGA可以完成极其复杂的时序与组合逻辑电路功能，适用于高速、高密度，如运算器、数字滤波器、二维卷积器等具有复杂算法的逻辑单元和信号处理单元的逻辑设计领域。 鉴于FPGA技术的特点和浮点运算的广泛应用，本文基于FPGA将浮点运算结合实际应用设计一个触摸式浮点计算器，主要目的是通过VHDL语言编程来实现浮点数的加减、乘除和开方等基本运算功能。 (1)给出系统的整体框架设计和各模块的实现，包括芯片的选择、各模块之间的时序以及控制、每个运算模块详细的工作原理和算法设计流程； (2)通过VHDL语言编程来实现浮点数的加减、乘除和开方等基本运算功能； (3)在Xilinx ISE环境下，对系统的主要模块进行开发设计及功能仿真，验证了基于FPGA的浮点运算。
上传时间： 2013-04-24
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扩频通信技术因为具有较强的抗干扰、抗噪声、抗多径衰落能力、较好的保密性、较强的多址能力和高精度测量等优点，在军事抗干扰和个人通信业务中得到了很大的发展。尤其是基于扩频理论的CDMA通信技术成为国际电联规定的第三代移动通信系统的主要标准化建议后，标志着扩频通信技术在民用通信领域的应用进入了新阶段。 近年来，随着微电子技术和电子设计自动化(EDA)技术的迅速发展，以FPGA和CPLD为代表的可编程逻辑器件凭借其设计方便灵活等特点广泛应用于数字信号处理领域。 本论文正是采用基于FPGA硬件平台来实现了一个直接序列扩频通信基带系统，该系统的实现涉及扩频通信和有关FPGA的相关知识，以及实现这些模块的VHDL硬件描述语言和QuartusⅡ开发平台，目标是实现一个集成度高、灵活性强、并具有较强的数据处理能力的扩频通信基带系统。 本论文中首先对扩频通信的基础理论做了探讨，着重对直序扩频的理论进行了分析；其次根据理论分析，设计了全数字直接序列扩频基带系统的结构，完成了扩频序列的产生、信息码的输入和扩频。重点完成了对基带扩频信号的相关解扩和几种同步捕获电路的设计，将多种专用芯片的功能集成在一片大规模FPGA芯片上。在论文中列出了部分模块的VHDL程序，并在QuartusⅡ仿真平台上完成各部分模块的功能仿真。
上传时间： 2013-04-24
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PID算法自从问世以来，一直受到广泛的关注。随着现代控制理论及智能控制技术的发展，PID算法也得到了长足的发展。结合传统的PID控制算法，针对特定的控制领域，出现了一些新的控制算法，模糊PID控制算法就是在此基础上渐渐形成并凸显其控制特色。 同时随着微电子技术的发展，现场可编程逻辑器件FPGA的发展及其EDA技术的日渐成熟，为集成控制芯片开拓了广阔的发展空间。FPGA的发展为基于硬件的算法模块的实现提供了可能性，同时节省了外围的电路，使算法模块的集成度大大提高。 本文针对当前国内外在算法研究方面的热点问题，对模糊PID算法进行了深入的分析和研究。通过对汽轮机调节系统的结构分析，对其进行了数学建模。采用某汽轮机的实际设计运行参数，利用Matlab仿真软件，对该汽轮机的数学模型进行了甩负荷动态特性仿真。仿真结果表明，模糊PID可以更好地解决汽轮发电机组在甩负荷过程中由于机组转子飞升量太大而导致危急保安装置动作，使得汽轮发电机组意外停机的问题，能够保证汽轮发电机组在意外甩负荷时机组正常的机械运转。根据模糊控制理论的特点及EDA技术和FPGA可编程逻辑器件的发展现状，提出了在FPGA上实现模糊PID算法的具体实现方案。在综合分析算法特性的基础上，选择Altera公司生产的CycloneⅡ系列中的EP2C35F672C6作为目标芯片，利用分层模块化设计思想，在Altera公司提供的QuartusⅡ开发环境中，利用原理图设计输入和VHDL设计输入相结合的方式实现了模糊PID控制算法，同时分别对实现的各个功能模块和整个算法模块进行了功能时序仿真。根据仿真结果分析，该设计实现了的模糊PID控制功能。 该控制算法模块的FPGA实现很好的避免了因CPU或者其它问题导致算法程序跑飞、程序死循环、复位不可靠等问题，提高了控制的可靠性。同时加强了模块的通用性，减少了系统硬件开发周期，节省了外围设备的电路，降低了设计开发成本。
上传时间： 2013-07-21
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软件无线电（Software Defined Radio）是无线通信系统收发信机的发展方向，它使得通信系统的设计者可以将主要精力集中到收发机的数字处理上，而不必过多关注电路实现。在进行数字处理时，常用的方案包括现场可编程门阵列（FPGA）、数字信号处理器（DSP）和专用集成电路（ASIC）。FPGA以其相对较低的功耗和相对较低廉的成本，成为许多通信系统的首先方案。正是在这样的前提下，本课题结合软件无线电技术，研究并实现基于FPGA的数字收发信机。 @@ 本论文主要研究了发射机和接收机的结构和相关的硬件实现问题。首先，从理论上对发射机和接收机结构进行研究，找到收发信机设计中关键问题。其次，在理论上有深刻认识的基础上，以FPGA为手段，将反馈控制算法、反馈补偿算法和前馈补偿算法落实到硬件电路上。同步一直是数字通信系统中的关键问题，它也是本文的研究重点。本文在研究了已有各种同步方法的基础上，设计了一种新的同步方法和相应的接收机结构，并以硬件电路将其实现。最后，针对所设计的硬件系统，本文还进行了充分的硬件系统测试。硬件测试的各项数据结果表明系统设计方案是可行的，基本实现了数字中频收发机系统的设计要求。 @@ 本文中发射机系统是以Altera公司EP2C70F672C6为硬件平台，接收机系统以Altera公司EP2S180F1020C3为硬件平台。收发系统均是在Ouartus Ⅱ 8．0环境下，通过编写Verilog HDL代码和调用Altera IP core加以实现。在将设计方案落实到硬件电路实现之前，各种算法均使用MATLAB进行原理仿真，并在MATLAB仿真得到正确结果的基础上，使用Quartus Ⅱ 8．0中的功能仿真工具和时序仿真工具进行了前仿真和后仿真。所有仿真结果无误后，可下载至硬件平台进行调试，通过Quartus Ⅱ 8．0中集成的SignalTap逻辑分析仪，可以实时观察电路中各点信号的变化情况，并结合示波器和频谱仪，得到硬件测试结果。 @@关键词：SDR；数字收发机；FPGA；载波同步；符号同步
上传时间： 2013-04-24
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卷积码是广泛应用于卫星通信、无线通信等多种通信系统的信道编码方式。Viterbi算法是卷积码的最大似然译码算法，该算法译码性能好、速度快，并且硬件实现结构比较简单，是最佳的卷积码译码算法。随着可编程逻辑技术的不断发展，使用FPGA实现Viterbi译码器的设计方法逐渐成为主流。不同通信系统所选用的卷积码不同，因此设计可重配置的Viterbi译码器，使其能够满足多种通信系统的应用需求，具有很重要的现实意义。 本文设计了基于FPGA的高速Viterbi译码器。在对Viterbi译码算法深入研究的基础上，重点研究了Viterbi译码器核心组成模块的电路实现算法。本设计中分支度量计算模块采用只计算可能的分支度量值的方法，节省了资源；加比选模块使用全并行结构保证处理速度；幸存路径管理模块使用3指针偶算法的流水线结构，大大提高了译码速度。在Xilinx ISE8.2i环境下，用VHDL硬件描述语言编写程序，实现(2，1，7)卷积码的Viterbi译码器。在(2，1，7)卷积码译码器基础上，扩展了Viterbi译码器的通用性，使其能够对不同的卷积码译码。译码器根据不同的工作模式，可以对(2，1，7)、(2，1，9)、(3，1，7)和(3，1，9)四种广泛运用的卷积码译码，并且可以修改译码深度等改变译码器性能的参数。 本文用Simulink搭建编译码系统的通信链路，生成测试Viterbi译码器所需的软判决输入。使用ModelSim SE6.0对各种模式的译码器进行全面仿真验证，Xilinx ISE8.2i时序分析报告表明译码器布局布线后最高译码速度可达200MHz。在FPGA和DSP组成的硬件平台上进一步测试译码器，译码器运行稳定可靠。最后，使用Simulink产生的数据对本文设计的Viterbi译码器的译码性能进行了分析，仿真结果表明，在同等条件下，本文设计的Viterbi译码器与Simulink中的Viterbi译码器模块的译码性能相当。
上传时间： 2013-06-24
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现场可编程门阵列(FPGA)的发展已经有二十多年，从最初的1200门发展到了目前数百万门至上千万门的单片FPGA芯片。现在，FPGA已广泛地应用于通信、消费类电子和车用电子类等领域，但国内市场基本上是国外品牌的天下。 在高密度FPGA中，芯片上时钟分布质量变的越来越重要，时钟延迟和时钟偏差已成为影响系统性能的重要因素。目前，为了消除FPGA芯片内的时钟延迟，减小时钟偏差，主要有利用延时锁相环(DLL)和锁相环(PLL)两种方法，而其各自又分为数字设计和模拟设计。虽然用模拟的方法实现的DLL所占用的芯片面积更小，输出时钟的精度更高，但从功耗、锁定时间、设计难易程度以及可复用性等多方面考虑，我们更愿意采用数字的方法来实现。 本论文是以Xilinx公司Virtex-E系列FPGA为研究基础，对全数字延时锁相环(DLL)电路进行分析研究和设计，在此基础上设计出具有自主知识产权的模块电路。 本文作者在一年多的时间里，从对电路整体功能分析、逻辑电路设计、晶体管级电路设计和仿真以及最后对设计好的电路仿真分析、电路的优化等做了大量的工作，通过比较DLL与PLL、数字DLL与模拟DLL，深入的分析了全数字DLL模块电路组成结构和工作原理，设计出了符合指标要求的全数字DLL模块电路，为开发自我知识产权的FPGA奠定了坚实的基础。 本文先简要介绍FPGA及其时钟管理技术的发展，然后深入分析对比了DLL和PLL两种时钟管理方法的优劣。接着详细论述了DLL模块及各部分电路的工作原理和电路的设计考虑，给出了全数字DLL整体架构设计。最后对DLL整体电路进行整体仿真分析，验证电路功能，得出应用参数。在设计中，用Verilog-XL对部分电路进行数字仿真，Spectre对进行部分电路的模拟仿真，而电路的整体仿真工具是HSIM。 本设计采用TSMC0.18μmCMOS工艺库建模，设计出的DLL工作频率范围从25MHz到400MHz，工作电压为1.8V，工作温度为-55℃～125℃，最大抖动时间为28ps，在输入100MHz时钟时的功耗为200MW，达到了国外同类产品的相应指标。最后完成了输出电路设计，可以实现时钟占空比调节，2倍频，以及1.5、2、2.5、3、4、5、8、16时钟分频等时钟频率合成功能。
上传时间： 2013-06-10
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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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