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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波前处理机是自适应光学系统中实时信号处理和运算的核心，随着自适应光学系统得发展，波前传感器的采样频率越来越高，这就要求波前处理机必须有更强的数据处理能力以保证系统的实时性。在整个波前处理机的工作流程中，对CCD传来的实时图像数据进行实时处理是第一步，也是十分重要的一步。如果不能保证图像处理的实时性，那么后续的处理过程都无从谈起。因此，研制高性能的图像处理平台，对波前处理机性能的提高具有十分重要的意义。 论文介绍了本研究课题的背景以及国内外图像处理技术的应用和发展状况，接着介绍了传统的专用和通用图像处理系统的结构、特点和模型，并通过分析DSP芯片以及DSP系统的特点，提出了基于DSP和FPGA芯片的实时图像处理系统。该系统不同于传统基于PC机模式的图像处理系统，发挥了DSP和FPGA两者的优势，能更好地提高图像处理系统实时性能，同时也最大可能地降低成本。 论文根据图像处理系统的设计目的、应用需求确定了器件的选型。介绍了主要的器件，接着从系统架构、逻辑结构、硬件各功能模块组成等方面详细介绍了DSP+FPGA图像处理系统硬件设计，并分析了包括各种参数指标选择、连接方式在内的具体设计方法以及应该注意的问题。 论文在阐述传输线理论的基础上，在制作PCB电路板的过程中，针对高速电路设计中易出现的问题，详细分析了高速PCB设计中的信号完整性问题，包括反射、串扰等，说明了高速PCB的信号完整性、电源完整性和电磁兼容性问题及其解决方法，进行了一定的理论和技术探讨和研究。 论文还介绍了基于FPGA的逻辑设计，包括了图像采集模块的工作原理、设计方案和SDRAM控制器的设计，介绍了SDRAM的基本操作和工作时序，重点阐述系统中可编程器件内部模块化SDRAM控制器的设计及仿真结果。 论文最后描述了硬件系统的测试及调试流程，并给出了部分的调试结果。 该系统主要优点有：实时性、高速性。硬件设计的执行速度，在高速DSP和FPGA中实现信号处理算法程序，保证了系统实时性的实现；性价比高。自行研究设计的电路及硬件系统比较好的解决了高速实时图像处理的需求。
上传时间： 2013-05-30
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在工业控制领域，多种现场总线标准共存的局面从客观上促进了工业以太网技术的迅速发展，国际上已经出现了HSE、Profinet、Modbus TCP/IP、Ethernet/IP、Ethernet Powerlink、EtherCAT等多种工业以太网协议。将传统的商用以太网应用于工业控制系统的现场设备层的最大障碍是以太网的非实时性，而实现现场设备间的高精度时钟同步是保证以太网高实时性的前提和基础。 IEEE 1588定义了一个能够在测量和控制系统中实现高精度时钟同步的协议——精确时间协议(Precision Time Protocol)。PTP协议集成了网络通讯、局部计算和分布式对象等多项技术，适用于所有通过支持多播的局域网进行通讯的分布式系统，特别适合于以太网，但不局限于以太网。PTP协议能够使异质系统中各类不同精确度、分辨率和稳定性的时钟同步起来，占用最少的网络和局部计算资源，在最好情况下能达到系统级的亚微级的同步精度。 基于PC机软件的时钟同步方法，如NTP协议，由于其实现机理的限制，其同步精度最好只能达到毫秒级；基于嵌入式软件的时钟同步方法，将时钟同步模块放在操作系统的驱动层，其同步精度能够达到微秒级。现场设备间微秒级的同步精度虽然已经能满足大多数工业控制系统对设备时钟同步的要求，但是对于运动控制等需求高精度定时的系统来说，这仍然不够。基于嵌入式软件的时钟同步方法受限于操作系统中断响应延迟时间不一致、晶振频率漂移等因素，很难达到亚微秒级的同步精度。 本文设计并实现了一种基于FPGA的时钟同步方法，以IEEE 1588作为时钟同步协议，以Ethernet作为底层通讯网络，以嵌入式软件形式实现TCP/IP通讯，以数字电路形式实现时钟同步模块。这种方法充分利用了FPGA的特点，通过准确捕获报文时间戳和动态补偿晶振频率漂移等手段，相对于嵌入式软件时钟同步方法实现了更高精度的时钟同步，并通过实验验证了在以集线器互连的10Mbps以太网上能够达到亚微秒级的同步精度。
上传时间： 2013-08-04
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生物特征识别是指通过计算机，利用人体固有的生理特征，如指纹，静脉来进行个人身份鉴别的技术。由于生物特征唯一性和不变性，使得生物特征识别与传统的方法如数字密码和身份证相比，具有更高的安全性和易用性。传统的高性能自动识别系统大多基于PC平台联机应用，然而在实际应用中往往对自动识别系统要求有更高的便携性和易用性，嵌入式技术的快速发展使得实现这样的系统变为了可能。 生物特征识别系统主要由通用模块的控制系统与非通用模块的图像采集设备与识别算法组成。本文针对通用模块与非通用模块接口问题进行研究和设计，实现了一个工作良好的嵌入式平台。 本课题在设计核心板、扩展板、转接板的硬件基础上，移植实时操作系统Linux，编写各种接口与模块的驱动、多路摄像头切换程序，并很好的解决了摄像头采集生物特征时光强控制问题，为很好的采集到清晰图像提供了一个良好稳定的硬件平台。 本课题所设计的嵌入式系统通过测试，做了大量的实验，并将所采集到的手指静脉图像进行讨论分析，具有实用价值。
上传时间： 2013-06-03
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基于PC、图像采集卡和存储设备的传统数字视频监控系统，体积庞大、功耗高、价格昂贵，只局限于特定范围的应用。而嵌入式网络视频监控系统以其价格低、便携式等特点在安防、智能家居等场所得到了越来越广泛的应用。 本文基于S3C2440＼Windows CE5.0平台设计了一款具有网络传输查看功能的嵌入式网络视频监控系统。重点研究了OV9650 CMOS摄像头芯片流接口驱动的实现过程和开发方法，设计了基于TCP/IP网络传输协议的网络视频通信系统。并应用H.263压缩编解码算法对采集到的视频数据进行压缩，提高了视频传输效率。同时，针对H.263视频解码算法设计了一款简易视频回放软件，对H.263视频进行回放。为进一步满足小型化、便携式、低成本需求，开发定制了一款基于S3C2440＼Windows CE5.0平台的手持式接收终端。 本系统整合了图像采集、网络通信、H.263编解码、视频回放等多项技术，实现了嵌入式技术、以太网络、视频监控三大前沿领域的有机结合。由于采用了ARM9单芯片控制方案，系统具有集成度高、可靠性高、功耗低、成本低、体积小、稳定性好等特点，可应用在远程监控、工业控制、视频会议、智能家居等诸多领域。该系统架构也为视频监控系统的发展提供了一种新思路。关键词：ARM；WinCE；S3C2440；嵌入式；网络视频监控
上传时间： 2013-04-24
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随着多媒体技术和网络技术的发展，嵌入式图像采集系统的研究与实现越来越受到人们的重视。传统的图像采集系统一般采用基于PC机平台和视频采集卡的形式，该方案系统体积大、成本高，在远距离、多点系统中实现困难。在这种背景下，设计一种轻便小巧的采集系统来采集、存储并显示所需的图像成为市场所需。 本论文研究设计了一种基于嵌入式的图像采集与传输系统，具有体积小、成本低、稳定性高等优点。该系统硬件平台采用基于ARM920T核的S3C2410X处理器，软件采用嵌入式Linux操作系统，利用USB摄像头采集图像并在目标板的LCD上进行显示，通过网络还可将采集到的图像传输到PC机上显示。该方案大大降低了系统的复杂性，同时提高了系统的稳定性和图像质量，可以扩展应用在远程监控系统等诸多领域，具有广阔的市场和应用前景。 本论文首先介绍了课题研究的时代背景、实践意义和研究现状，并对嵌入式系统开发的基础理论知识作了介绍，在此基础上给出了嵌入式图像采集与传输系统的总体结构设计；接着详细分析了嵌入式Linux操作系统的开发技术，包括嵌入式开发环境的建立、Bootloader移植、Linux内核移植和根文件系统的制作，并介绍了嵌入式Linux下的设备驱动程序，实现了USB摄像头驱动的移植，完成了利用摄像头采集图像的功能；然后完成了MiniGUI图形用户界面的移植和图像在LCD上的显示；最后实现了基于socket的网络通信，完成了视频采集和传输系统的整体功能，并给出了最终的实验结果。 论文的最后是对全文的一个总结，对系统设计所完成的工作进行了概括，指出所存在的不足，对后续的研究工作做了进一步的展望，并给出了改进方法。
上传时间： 2013-04-24
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洗衣机液位传感器是模糊洗衣机和全自动洗衣机重要零部件，负责控制洗衣机的水位。洗衣机水位的精确控制对洗衣机在节水、节能和减少洗涤时间方面起到重要作用。 洗衣机液位传感器出厂时需要调整传感器的调整螺母，使传感器的输出满足设计要求，传感器的调整精度和调整速度直接关系到传感器的生产质量和生产效率。 液位传感器生产厂家对传感器的调整的传统方法为人工升压、人工调整。人工调整一次只能调整一个，生产效率极低；调整过程中含有较多人为因素，调整方法因人而异，很难对调整精度进行有效管理；不能记录并反馈批次传感器的质量情况，较难实现对传感器生产质量的监控；工人的培养周期较长、培养成本高。 为此开发一套液位传感器自动检验调整系统。该系统以PC机作为核心的上位机和16个以ARM为核心的下位机，上位机负责协调整个系统工作、气室气压控制、记录和处理调整数据。下位机是一个测控系统，负责对传感器测量和调整。上位机与下位机通过CAN总线通信。 论文介绍了液位传感器的原理；介绍了基于PC机的气室气压控制模块的设计并针对系统特点设计了改进PID算法；对于下位机部分，研制了ARM主控模块、测频模块、步进电机控制模块、CAN总线模块并设计了新的测频方法、以及传感器调整算法。最后介绍了系统的自检与调试。 系统一次能调整16个传感器，生产效率大大提高；自动调整排除人工调整的人为因素，调整精度提高；PC机能记录传感器的调整数据，分析批次传感器的质量，从而达到对传感器生产质量的控制。
上传时间： 2013-07-19
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在特定的工业测控应用中对处理器的功耗有严格的要求，类似X86处理器芯片系列由于继承了原有8086的构架，功耗很大，不能满足要求。当前应用广泛的ARM系列处理器有低功耗、高处理器能力的优点，非常适合于此类应用。由于ARM处理器并没有对PC/104总线有支持，所以本设计使用CPLD可编程逻辑完成ARM本地总线与PC/104总线的转换。文章完成了以下工作： 1.介绍了工业控制计算机的发展情况和当前使用广泛的PC/104计算机，描述了嵌入式系统的发展历史和软硬件组成，分析了X86与ARM处理器构架的特点与优缺点； 2.从PC/104总线规范出发，对基于ARM处理器的PC/104工业控制嵌入式工控机进行了总体设计，软硬件选型部分对当前流行的软硬件系统进行了详细地描写，硬件处理器选用SAMSUNG公司的S3C2410，软件系统采用嵌入式Linux操作系统； 3.对系统硬件各个部分实现细节进行了描写，包括最小系统、CAN网络、以太网络和PC/104总线控制器；其中着重对PC/104总线控制器的实现方案进行了讨论，分析了ARM本地总线时序和PC/104总线时序，最后使用VHDL语言实现了了总线控制器逻辑； 4.移植了嵌入式Linux操作系统，Linux操作系统移植分为配置、编译和下载运行调试三个步骤；基于Linux操作系统编写了PC/104总线驱动，驱动完成映射PC/104地址到系统虚拟地址和中断绑定；编写了基于PC/104的CAN总线驱动，分析了驱动初始化、中断处理流程、数据缓冲区管理和文件操作接口，描写了驱动的编译和下载过程；最后给出了应用程序接口； 5.根据机车工业控制领域的具体要求，开发了实际系统，给出了系统主要参数指标；对系统的运算性能进行了测试，测试表明定点运算能力与X86相当，符合设计要求：系统通过铁标高低温测试和射频干扰测试，并进行了为期3个月的装车试运行，试运行过程中系统工作正常，完全能够满足设计要求。
上传时间： 2013-07-10
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在日益发展的电子技术和各行业对系统安全需求不断提高的刺激下，原有基于X86系统架构机车监控显示系统逐渐暴露出越来越多的缺陷，研制新型的机车监控显示系统成为一种必然的趋势，而不断发展的MCU技术、嵌入式Linux、制造工艺等也给新型机车监控显示系统的研制提供了技术保障。 本课题针对目前铁路运营对安全、快速、准点等特性要求的不断提高，研究基于ARM的机车监控显示系统，设计出具有高可靠性、高效能、可维护性强的机车监控显示系统。 本文首先分析了嵌入式技术发展现状及其发展趋势，对ARM技术的特点及其在嵌入式领域的应用进行了深入研究；进而，分析了国内现有基于PC/104总线模式扩展的机车监控显示系统的优缺点以及国外先进机车监控显示系统的发展现状及技术特点。对如何有效提高系统的可靠性、可操作性进行了深入的研究，提出了利用ARM处理器与嵌入式操作系统Linux实现高可靠性机车监控显示系统的思路，并在此思路指导下完成了基本研究和具体设计。 在完成样机试制后，结合铁路产品的高可靠性要求，本文最后对影响系统可靠性的若干性能指标进行了测试：高低温测试、静电放电测试、EMC测试、绝缘耐压测试、振动测试等，并对设计过程中一些欠考虑的因素提出了解决方案。实际测试表明，基于ARM技术的机车监控显示系统满足我国铁路未来若干年监控安全的需要。
上传时间： 2013-04-24
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数控机床是现代制造系统的基础和核心，而先进的数控技术是解决机床制造业持续发展的关键。随着嵌入式系统、微计算机技术和集成电路的迅速发展，高性能的32位CUP开始普及。它执行速度快、功能强大，在中、低档数控系统中已经完全可以替代PC机及8位单片机，获得更大的价格和技术优势。本文旨在打破传统基于PC机及8位单片机的数控系统，研究并设计一种基于ARM的32位嵌入式机床数控系统。 本文设计了基于ARM内核的嵌入式机床数控系统，并给出了硬件设计方案、软件程序设计思想及相应设计。硬件部分选用是日本NOVA电子有限公司研制的DSP运动控制专用芯片MCX314AL，作为数控装置电机的驱动芯片，其性能优良、接口简单、编程方便、工作可靠，给运动控制带来极大方便。采用ARM微处理器STR710负责控制MCX314AL、外围逻辑电路的管理及后台任务的实现。系统软件平台采用源代码公开的嵌入式实时操作系统uC/OS-Ⅱ，对数控系统软件模块的任务进行划分，并根据其实时性要求赋予不同优先级，采用基于优先级的抢占式调度算法，设计了任务间的通信方式及中断事件的响应，使该数控系统具有良好的实时性和稳定性，可以满足高精度加工的要求，同时也具有良好的人机界面和网络支持。
上传时间： 2013-05-25
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