本文介绍了基于软PLC(Programmable Logic Controller，可编程控制器)的嵌入式技术起源和背景，综述了基于软PLC的嵌入式系统的关键技术和优点，最后介绍了其设计和实现的方法。 基于软PLC的嵌入式系统的研究与实现分为开发系统和运行系统(又称为虚拟机系统)。本文概述了开发系统，其运行于PC机的操作系统如Windows或者Linux等，为用户提供一个大众化的编程环境，它包含编辑器、编译器、连接器、调试器和通信接口几个部分。编辑界面友好，可以让用户方便的使用LD、ST和FBD三种语言编写程序，编译器和连接器将源程序文件编译和连接成虚拟机系统可执行的目标代码文件；分析了开发系统，其中详细描述了编译模块的编制过程，实现了将指令表语言转换为运行系统能够识别的C/C++指令的功能；详细地研究了梯形图转换为指令表语言，以及由指令表语言向梯形图语言的算法和数据结构。调试器借助于虚拟机运行系统提供的服务可完成对应用程序的调试纠错；讨论了uCLinux操作系统和编译调试技术，以及采用ModBus/TCP工业通信协议的通信接口用于开发系统和运行系统之间的通信。 另一方面，本文分析了虚拟机运行系统，它运行于安装了uCLinux的ARM7平台上，包括运行内核模块、系统管理模块和通信接口模块。由于uCLinux没有MMU和本身对实时性没有什么要求，而针对基于软PLC的嵌入式系统的研究与实现要求，本文在对其进行了uCLinux小型化研究的同时探讨了双内核实时性方案，解决了uCLinux实时性不足的问题。运行内核模块调度和执行应用程序并管理时钟。系统管理模块管理系统状态和内存。通信模块用于开发系统及I/O设备通信。在此基础上，对基于软PLC的嵌入式系统的进行了设计与实现，并通过试验将编译的目标代码传递到基于软PLC的嵌入式运行系统中，实现了控制功能，验证了生成目标代码的正确性和开发系统的可行性，实现了编辑界面友好，系统开放，性价比较高的软PLC嵌入式系统，达到了预期的目标，具有一定理论和应用价值。
上传时间： 2013-04-24
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高性能ADC产品的出现，给混合信号测试领域带来前所未有的挑战。并行ADC测试方案实现了多个ADC测试过程的并行化和实时化，减少了单个ADC的平均测试时间，从而降低ADC测试成本。 本文实现了基于FPGA的ADC并行测试方法。在阅读相关文献的基础上，总结了常用ADC参数测试方法和测试流程。使用FPGA实现时域参数评估算法和频域参数评估算法，并对2个ADC在不同样本数条件下进行并行测试。 通过在FPGA内部实现ADC测试时域算法和频域算法相结合的方法来搭建测试系统，完成音频编解码器WM8731L的控制模式接口、音频数据接口、ADC测试时域算法和频域算法的FPGA实现。整个测试系统使用Angilent 33220A任意信号发生器提供模拟激励信号，共用一个FPGA内部实现的采样时钟控制模块。并行测试系统将WM8731.L片内的两个独立ADC的串行输出数据分流成左右两通道，并对其进行串并转换。然后对左右两个通道分别配置一个FFT算法模块和时域算法模块，并行地实现了ADC参数的评估算法。 在样本数分别为128和4096的实验条件下，对WM8731L片内2个被测.ADC并行地进行参数评估，被测参数包括增益GAIN、偏移量OFFSET、信噪比SNR、信号与噪声谐波失真比SINAD、总谐波失真THD等5个常用参数。实验结果表明，通过在FPGA内配置2个独立的参数计算模块，可并行地实现对2个相同ADC的参数评估，减小单个ADC的平均测试时间。 FPGA片内实时评估算法的实现节省了测试样本传输至自动测试机PC端的时间。而且只需将HDL代码多次复制，就可实现多个被测ADC在同一时刻并行地被评估，配置灵活。基于FPGA的ADC并行测试方法易于实现，具有可行性，但由于噪声的影响，测试精度有待进一步提高。该方法可用于自动测试机的混合信号选项卡或测试子系统。 关键词：ADC测试；并行；参数评估；FPGA；FFT
上传时间： 2013-07-11
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随着我国工业和国民经济的快速发展，电网负荷急剧增加，特别是冲击性、非线性负荷所占比重不断加大，使得供电电压发生波动和闪变，严重影响着电网的电能质量。根据国际电工委员会(IEC)电磁兼容(EMC)标准IEC61000-3-7以及国标GB12326-2000，电压波动和闪变己成为衡量电能质量的重要指标。 电压波动和闪变作为衡量电能质量的重要指标，能更直接、迅速地反映出电网的供电质量。然而，目前国内还没有很好的电压波动与闪变测量的数字信号处理方法。为此，论文在深入研究电压波动和闪变测量技术的基础上，提出一种基于Simulink/DSP Builder的数字信号处理的FPGA设计方法，利用DSP Builder工具将Simulink的模型文件(．mdl)转化成通用的硬件描述语言VHDL文件，避免了VHDL语言手动编写系统的烦琐过程，从而能够将更多精力集中于系统算法的优化上。该方法充分利用Matlab/Simulink系统建模的优势，同时也能够发挥FPGA并行执行速度快、测量精度高的优点。 论文首先介绍了电压波动和闪变的基木概念、特征量，阐述了电压波动与闪变的测量原理，分析比较了现有测量方法和装置的特点和优劣。然后依据电压波动与闪变测量的IEC标准以及国家标准，在对电压波动与闪变测量模拟仿真的基础上研究其数字化实现方法，即采用数字滤波的方式在Simulink/DSP Builder工具下设计电压波动与闪变测量系统的数字模型。同时在ModelSim SE6.1d软件下进行了系统功能仿真，并且在Altera公司的FPGA设计软件QuartusⅡ6.0下进行了系统时序仿真。 仿真结果表明，基于Simulink/DSP Builder窗口化的数字信号处理的FPGA设计方案，设计简单、快捷高效，能够满足电压波动和闪变测量最初的系统设计要求，为进一步从事电压波动和闪变测量研究提供了一种全新的设计理念，具有一定的理论与现实意义。
上传时间： 2013-07-10
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随着中国二代导航系统的建设，卫星导航的应用将普及到各个行业，具有自主知识产权的卫星导航接收机的研究与设计是该领域的一个研究热点。在接收机的设计中，对于成熟技术将利用ASIC芯片进行批量生产，该芯片是专用芯片，一旦制造成型不能改变。但是对于正在研究的接收机技术，特别是在需要利用接收机平台进行提高接收机性能研究时，利用FPGA通用可编程门阵列芯片是非常方便的。在FPGA上的研究成果，一旦成熟可以很方便的移植到ASIC芯片，进行批量生产。本课题就是基于FPGA研究GPS并行捕获技术的硬件电路，着重进行了其中一个捕获通道的设计和实现。 GPS信号捕获时间是影响GPS接收机性能的一个关键因素，尤其是在高动态和实时性要求高的应用中或者对弱GPS信号的捕获方面。因此，本文在滑动相关法基础上引出了基于FFT的并行快速捕获方法，采用自顶向下的方法对系统进行总体功能划分和结构设计，并采用自底向上的方法对系统进行功能实现和验证。 本课题以Xilinx公司的Spartan3E开发板为硬件开发平台，以ISE9.2i为软件开发平台，采用Verilog HDL编程实现该系统。并利用Nemerix公司的GPS射频芯片NJ1006A设计制作了GPS中频信号产生平台。该平台可实时地输出采样频率为16.367MHz的GPS数字中频信号。 本课题主要是基于采样率变换和FFT实现对GPS C/A码的捕获。该算法利用平均采样的方法，将信号的采样率降低到1.024 MHz，在低采样率下利用成熟的1024点FFT IP核对C/A码进行粗捕，给出GPS信号的码相位(精度大约为1/4码片)和载波的多普勒频率，符合GPS后续跟踪的要求。 同时，由于FFT算法是以资源换取时间的方法来提高GPS捕获速度的，所以在设计时，合理地采用FPGA设计思想与技巧优化系统。基于实用性的要求，详细的给出了基于FFT的GPS并行捕获各个模块的实现原理、实现结构以及仿真结果。并达到降低系统硬件资源，能够快速、高效地实现对GPS C/A码捕获的要求。 本研究是导航研究所承担的国家863课题“利用多径信号提高GNSS接收机性能的新技术研究”中关于接收机信号捕获算法的一部分，对接收机的设计具有一定的参考价值。
上传时间： 2013-07-22
上传用户：user08x
数字图像处理技术是信息科学中近几十年来发展最为迅速的学科之一。目前，数字图像处理技术被广泛应用于航空航天、通信、医学及工业生产等领域中。数字图像处理的特点是处理的数据量大，处理非常耗时，本文研究了在FPGA上用硬件描述语言实现图像处理算法，通过功能模块的硬件化，解决了视频图像处理的速度问题。随着微电子技术的高速发展，FPGA为数字图像信号处理在算法、系统结构上带来了新的方法和思路。 本文设计的基于FPGA的图像处理系统，是一个具有视频图像采集、图像处理、图像显示功能的图像处理系统。该系统采用Altera公司FPGA芯片作为中央处理器，由视频解码模块、图像处理模块、视频编码模块组成。模拟视频信号由CCD传感器送入，经视频解码芯片SAA7113转换成数字视频信号后，图像处理模块完成中值滤波和边缘检测这两种图像处理算法，视频编码芯片SAA7121将数字视频信号转换成模拟视频信号输出。 整个设计及各个模块都在Altera公司的开发环境QuartusⅡ以及第三方仿真软件Modelsim上进行了仿真及逻辑综合。仿真结果表明，使用FPGA硬件处理图像数据不仅能够获得良好的处理效果，处理速度也远远高于软件法处理的方法。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：han_zh
作为性能优异的纠错编码，Turbo码自诞生以来就一直受到理论界以及工程应用界的关注。TD—SCDMA是我国拥有自主知识产权的3G通信标准，该标准把Turbo码是作为前向纠错体制，但Turbo码的译码算法比较复杂并且需要多次迭代，这造成Turbo码译码延时大，译码速度慢，因此限制了Turbo码的实际应用。因此有必要研究如何将现有的Turbo码译码算法进行简化，加速，使其转化成为适合在硬件上实现的算法，将实验室的理论研究成果转化成为硬件产品。 论文主要的研究内容有以下两点： 其一，提出信道自适应迭代译码方案。在事先设定最大迭代次数的情况下，自适应Turbo码译码算法能够根据信道的变化自动调整迭代次数。 仿真结果表明：该自适应迭代译码方案能够根据信道的变化自动调整迭代次数，在保证译码性能基本上没有损失的情况下，有效减少译码时间，明显提高译码速度。 其二，根据得到的信道自适应迭代译码方案，借助Xilinx公司Spartan3 FPGA硬件平台，使用Verilog硬件描述语言，将用C/C++语言写成的信道自适应迭代译码算法转化成为硬件设计实现，得到硬件电路，并对得到的译码器硬件电路进行测试。 测试结果表明：随着信道的变化，硬件电路的译码速度也随之自动变化，信噪比越高译码速度越快，并且硬件译码器性能（误比特率）与实验仿真基本一致。
上传时间： 2013-05-31
上传用户：huyiming139
矩阵运算是描述许多工程问题中不可缺少的数学关系，矩阵运算具有执行效率好、速度快、集成度高等优点，并且随着动态可配置技术的发展，灵活性也有了很大的提高。因此，寻找矩阵运算的高速实现方法是具有很大的现实意义，能够为高速运算应用提供技术支持。 为了提高研究成果的实用性与商用性，本文主要针对某种体积小、运算速度和性能要求很高的特殊场合设计并实现基于FPGA的矩阵运算功能。通过系统地研究FPGA功能结构、设计原理、DSP接口、IEEE-754标准，深入学习浮点数及矩阵的基础运算以及硬件编程语言等内容，根据矩阵运算的特点和原理，讨论了硬件设计方面重点对具体核心器件结构、特点以及有关FPGA的设计流程和控制器Verilog HDL硬件编程语言代码方面内容，确定了基于FPGA浮点运算及矩阵运算单元的Verilog HDL设计方法，在Quartus II平台上对其仿真、记录运算结果，并对采集到的数据结果进行了深入分析与总结。 本设计通过几种矩阵算法利用FPGA和MATLAB分别进行了实现测试，验证了设计结果的正确性，证明了本设计中矩阵运算速率的实用性与高效性，提高了系统资源利用率和系统可靠性，为今后在工程、军事、通讯等生产生活各个领域应用打下良好基础。
上传时间： 2013-07-07
上传用户：xuanjie
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
上传用户：thinode
全球定位系统(Global Positioning System—GPS)是新一代卫星导航定位系统，具有全球、全天候、连续、高精度导航与定位功能，能够为广大用户提供精确的三维坐标、速度和时间信息。因此，GPS系统被广泛地应用于生活中的各个领域。GPS系统用户主要是各种型号的接收机，而捕获跟踪技术是接收机的关键技术，同时也是一个技术难点。在GPS接收机中，导航电文是用户定位和导航的数据基础，为了得到导航电文必须要对GPS信号进行捕获跟踪。本文详细研究了GPS信号捕获跟踪技术，并进行了FPGA设计。 @@ 本文首先概述了GPS系统信号结构和GPS接收机工作原理，对GPS信号调制机理进行详细地阐述，重点分析了C/A码生成原理和特性。 @@ 其次叙述了GPS信号捕获的基础理论，重点研究时域滑动相关捕获方法，深入分析其算法和性能。用MATLAB中Simulink软件包搭建了可自由修改参数的GPS中频发生器，并在此平台上，对GPS信号时域滑动相关捕获算法进行仿真与分析。 @@ 接着重点研究了GPS信号跟踪技术，系统分析码跟踪环路和载波跟踪环路结构框图以及算法。在码跟踪环路方面，选用并分析了能分离载波的非相干超前滞后码锁定环的工作机理。在载波跟踪环路中选用对导航电文数据相位翻转不敏感的科斯塔斯环，并用数学模型分析GPS信号的解调过程。之后对整个跟踪环路进行MATLAB仿真，结果表明环路参数设计满足要求，并能成功解调出GPS导航电文。 @@ 最后本文在QuartusII环境下完成对GPS信号捕获跟踪系统的FPGA设计。根据对相关器硬件结构框架，对算法中各个模块的实现进行详细的说明，包括顶层设计到CA码、NCO等重要模块设计，并给出了仿真结果。 @@关键词：GPS接收机；捕获；跟踪；MATLAB仿真：FPGA
上传时间： 2013-06-16
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随着航天技术的发展，载人飞船、空间站等复杂航天器对空-地或空-空之间数据传输速率的要求越来越高。在此情况下，为了提高空间通信中数据传输的可靠性，保证接收端分路系统能和发送端一致，必须要经过帧同步。对卫星基带信号处理来说，帧同步是处理的第一步也是关键的一步。只有正确帧同步才能获取正确的帧数据进行数据处理。因此，帧同步的效率，将直接影响到整个卫星基带信号处理的结果。 @@ 本设计在研究CCSDS标准及帧同步算法的基础上，利用硬件描述语言及ISE9．2i开发平台在基于FPGA的硬件平台上设计并实现了单路数据输入及两路合路数据输入的帧同步算法，并解决了其中可能存在的帧滑动及模糊度问题。在此基础之上，针对两路合路输入时可能存在的两路输入不同步或帧滑动在两路中分布不均匀问题，设计实现了两路并行帧同步算法，并利用ModelSim SE 6．1f工具对上述算法进行了前仿真和后仿真，仿真结果表明上述算法符合设计要求。 @@ 本论文首先介绍了课题研究的背景及国内外研究现状，其次介绍了与本课题相关的基础理论及系统的软硬件结构。然后对单路数据输入帧同步、两路数据合路输入帧同步和两路并行帧同步算法的具体设计及实现过程进行了详细说明，并给出了后仿真结果及结果分析。最后，对论文工作进行了总结和展望，分析了其中存在的问题及需要改进的地方。 @@关键词 FPGA；CCSDS；帧同步：模糊度；帧滑动
上传时间： 2013-06-11
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