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： 2013-06-21
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频率合成技术广泛应用于通信、航空航天、仪器仪表等领域。目前，常用的频率合成技术有直接式频率合成、锁相频率合成和直接数字频率合成(DDS)。DDS系统可以很方便地获得频率分辨率很精细且相位连续的信号，也可以通过改变相位字改变信号的相位，因此也广泛用于数字通信领域。 本论文是利用FPGA完成一个DDS系统。DDS是把一系列数字量形式的信号通过D/A转换形成模拟量形式的信号的合成技术。主要是利用高速存储器作查寻表，然后通过高速D/A转换器产生已经用数字形式存入的正弦波(或其他任意波形)。一个典型的DDS系统应包括：相位累加器，可在时钟的控制下完成相位的累加(一般由ROM实现)；DA转换电路，将数字形式的幅度码转换成模拟信号。 本文根据设计指标，进行了DDS系统分析和设计，包括DDS系统框图的设计，相位控制字和频率控字的设计，以及软件和硬件设计，重点在于利用FPGA改进设计，包括控制系统(频率控制器和初始相位控制器)，寻址系统(相位累加器和数据存储器)，以及转换系统(D/A转换器和滤波器)的设计。介绍了利用现场可编程逻辑门阵列(FPGA)实现数控振荡器(DNO，即DDS)的原理、电路结构，重点介绍了DDS技术在FPGA中的实现方法，给出了采用ALTERA公司的FIEX1OK系列FPGA芯片EPF10K20TC144-4芯片进行直接数字频率合成的VHDL源程序。
上传时间： 2013-04-24
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频率合成技术广泛应用于通信、航空航天、仪器仪表等领域，目前，常用的频率合成技术有直接频率合成、锁相频率合成和直接数字频率合成(DDS)等。其中DDS是一种新的频率合成方法，是频率合成的一次革命。全数字化的DDS技术由于具有频率分辨率高、频率切换速度快、相位噪声低和频率稳定度高等优点而成为现代频率合成技术中的佼佼者。随着数字集成电路、微电子技术和EDA技术的深入研究，DDS技术得到了飞速的发展。 DDS是把一系列数字量化形式的信号通过D/A转换形成模拟量形式的信号的合成技术。主要是利用高速存储器作查寻表，然后通过高速D/A转换产生已经用数字形式存入的正弦波(或其它任意波形)。一个典型的DDS系统应包括以下三个部分：相位累加器可以时钟的控制下完成相位的累加；相位一幅度码转换电路一般由ROM实现；D/A转换电路，将数字形式的幅度码转换成模拟信号。 现场可编程门阵列(FPGA)设计灵活、速度快，在数字专用集成电路的设计中得到了广泛的应用。本论文主要讨论了如何利用FPGA来实现一个DDS系统，该DDS系统的硬件结构是以FPGA为核心实现的，使用Altera公司的Cyclone系列FPGA。 文章首先介绍了频率合成器的发展，阐述了基于FPGA实现DDS技术的意义；然后介绍了DDS的基本理论；接着介绍了FPGA的基础知识如结构特点、开发流程、使用工具等；随后介绍了利用FPGA实现直接数字频率合成(DDS)的原理、电路结构、优化方法等。重点介绍DDS技术在FPGA中的实现方法，给出了部分VHDL源程序。采用该方法设计的DDS系统可以很容易地嵌入到其他系统中而不用外接专用DDS芯片，具有高性能、高性价比，电路结构简单等特点；接着对输出信号频谱进行了分析，特别是对信号的相位截断误差和幅度量化误差进行了详细的讨论，由此得出了改善系统性能的几种方法；最后给出硬件实物照片和测试结果，并对此作了一定的分析。
上传时间： 2013-04-24
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随着科技的发展和社会的进步，数字电视已逐渐成为现代电视的主流。利用今年是奥运年的契机，研究和推广数字电视广播具有重大的意义。2006年8月底我国出台的数字多媒体/电视广播(DMB-T)标准，确立了中国自己的技术标准。以此来发展拥有自主知识产权的数字电视事业，不仅可以满足广大人民群众日益增长的物质、文化要求，还可以带动相关产业快速发展。 本课题在深入研究DMB-T国家标准的基础上，首先对系统的调制系统进行了设计规划，然后对信道调制的星座映射、系统信息插入、帧体数据处理、PN序列插入的帧形成模块和成形滤波模块进行了设计和仿真，并验证了其正确性。 3780个子载波的时域同步正交多载波技术(TDS-OFDM)是DMB-T调制系统的关键技术之一。由于载波数不是2的整数次幂，考虑到实现的有效性，不能采用现已成熟的基-2或基-4的快速傅立叶变换(FFT)算法。针对调制系统中特有的3780点IFFT，课题深入分析和比较了Cooley-Tukey、Winograd和素因子三种离散快速傅立叶变换算法的特点和性能，综合利用了三种算法优势，考虑了算法的复杂度、运算的速度、资源的消耗，设计出一种新的算法，进行了Matlab验证和基于FPGA(现场可编程门阵列)的仿真。分析表明，该算法所需的加法、乘法次数已很逼近4096点FFT算法。 DMB-T发射端的基带成形滤波采用了平方根升余弦滚降滤波，由于其0.05的滚降系数在实现中比较苛刻，所以是设计的难点之一。本课题利用Matlab工具采用了等纹波最优滤波的方法设计了169阶数字滤波器，其阻带衰减达到了46.9dB，完全符合标准的要求；利用四倍插值的方法实现了I、Q合路的该滤波器的FPGA设计，并进行了设计优化，显著降低了滤波器的运算量，大大节约了实现该滤波器所需的乘法器资源。
上传时间： 2013-06-28
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现代家庭中单相供电的用电设备如电脑、电视机、冰箱等都具有非线性特性，都会产生谐波污染电网。本文针对这一现象研究了单相并联电压型有源电力滤波器（APF），设计了一个APF控制系统来产生与谐波电流大小相等方向相反的补偿电流，并使补偿电流实时地跟踪谐波电流，从而消除谐波电流达到净化电网。 本文对提出的APF控制系统从模拟和数字两个方面进行了深入的研究。 首先，设计了APF的主电路结构，确定了系统中电感电容等元件参数，并根据仿真结果系统地分析了参数变化对系统补偿效果的影响，然后根据补偿效果选择最佳的参数值。 其次，针对控制系统要求，选用适合系统的电流电压PI双环控制系统，通过参数优化后得到了控制器的最优参数，使控制效果达到最优。并从理论上详细分析了无差拍控制算法。 最后，利用滞环比较原理制作了10KHz的三角波发生器，用于PWM调制电路。在对硬件描述语言以及FPGA设计流程深入理解的基础上，利用Verilog语言实现了双环PI控制器和PWM发生电路的数字化，使得有源电力滤波器补偿精度提高，有更好的可修改性，可使用于很多不同的非线性负载。
上传时间： 2013-07-27
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随着现代工业的高速发展，电力系统的非线性负荷日益增多，严重地污染了电网的环境，威胁着电网中的各种电气设备的安全经济运行，不论从保证电力系统和供电系统的安全经济运行或是从保证设备和人身的安全来看，对谐波污染造成的危害影响加以经常监测和限制都是极为迫切的。谐波测量是谐波治理的重要前提条件，也是分析解决谐波治理问题的基本问题。国内外已有各种谐波检测的研究，形成了多种谐波检测方法，基于快速傅立叶变化的FFT是当前谐波检测中应用最为广泛的一种谐波检测方法。特别是经过技术补偿后的FFT算法，在谐波检测中具有更好的性能。但该方法在实现上主要是采用通用DSP器件(比如TI公司产品)，其实时性不强，影响了检测性能。随着微电子技术和数字信号处理技术的发展，基于FPGA的数字信号处理具有高速、开发简便、易于形成ASIC等优势而得到了广泛的应用。论文在分析谐波测量方法的基础上，提出了基于FPGA实现电网谐波测量系统。以嵌入式处理器NiosⅡ为核心，实现了电网谐波分析的周期图功率谱分析方法。在整个系统硬件设计的基础上，主要完成了基-28点、16点、32的FFT模块、完成了求模运算模块以及输出显示模块。通过比较仿真得到的方波、正弦信号的谱结构与实际系统输出的谱结构，验证了该实现方法的正确性。
上传时间： 2013-06-30
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在传统的电力电子电路中，DC/DC变换器通常采用模拟电路实现电压或电流的控制。数字控制与模拟控制相比，有着显著的优点，数字控制可以实现复杂的控制策略，同时大大提高系统的可靠性和灵活性，并易于实现系统的智能化。但目前数字控制基本上限于电力传动领域，DC/DC变换器由于其开关频率较高，一般其外围功能由DSP或微处理器完成，而控制的核心，如PWM发生等大多采用专用控制芯片实现。FPGA由于其快速性、灵活性及保密性等优点，近年来在数字控制领域受到越来越多的关注。基于FPGA的DC/DC变换器是电力电子领域重要的研究方向之一。本文研究了同步Buck变换器的建模、设计及仿真，采用Xinlix的VIRTEX-Ⅱ PRO FPGA开发板实现了Buck变换器的全数字控制。 论文首先从Buck变换器的理论分析入手，根据它的物理特性，研究了该变换器的状态空间平均模型和小信号分析。为了获得高性能的开关电源，提出并分析了混杂模型设计方案，然后进行了控制器设计。并采用MATLAB/SIMULINK建立了同步Buck电路的仿真模型，并进行仿真研究。浮点仿真的运算精度与溢出问题，影响了仿真的精度。为了克服这些不足，作者采用了定点仿真方法，得到了满意的仿真结果。论文还着重论述了开关电源的数字控制器部分，数字控制器一般由三个主要功能模块组成：模数转换器、数字脉宽调制器(Digital PulseWidth Modulation：DPWM)和数字补偿器。文中重点研究了DPWM和数字补偿器，阐述了目前高频数字控制变换器中存在的主要问题，特别是高频状态下DPWM分辨率较低，影响控制精度，甚至引起极限环(Limit Cycling)现象，对DPWM分辨率的提高与系统硬件工作频率之间的矛盾、DPWM分辨率与A/D分辨率之间的关系等问题作了全面深入的分析。论文提出了一种新的提高DPWM分辨率的方法，该方法在不提高系统硬件频率的前提下，采用软件使DPWM的分辨率大大提高。作者还设计了两种数字补偿器，并进行了分析比较，选择了合适的补偿算法，达到了改善系统性能的目的。 设计完成后，作者使用ISE 9.1i软件进行了FPGA实现的前、后仿真，验证了所提出理论及控制算法的正确性。作者完成了Buck电路的硬件制作及基于FPGA的软件设计，采用32MHz的硬件晶振实现了11-bit的DPWM分辨率，开关频率达到1MHz，得到了满意的系统性能，论文最后给出了仿真和实验结果。
上传时间： 2013-07-23
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本论文设计了一种基于FPGA的高速FIR数字滤波器,滤波器实现低通滤波,截止频率为1MHz,通带波纹小于1 dB,阻带最大衰减为-40 dB,输入输出数据为8位二进制,采样频率为10MHz。 论文首先简要介绍了数字滤波器的基本原理和线性FIR数字滤波器的性质、结构,根据滤波器的性能要求选择窗函数、确定系数,在算法上为了满足数字滤波器的要求,对系数放大512倍并取整,并用Matlab对数字滤波器原理进行了证明。同时简述了EDA技术和FPGA设计流程。 其次,论文说明了FIR数字滤波器模块的划分,并用Verilog语言在Modelsim环境下进行了功能测试。对于数字滤波器系数中的-1,-2,4这些简单的系数乘法直接进行移位和取反,可以极大的节省资源和优化设计。而对普通系数乘法采用4-BANT(4bits-at-a-time)的并行算法,用加法累加快速实现了乘积的运算；另外,在本设计进行部分积累加时,采用舍取冗余位,主要是根据设计时已对系数进行了放大,而输出时又要将结果相应的缩小,所以在累加时,提前对部分积缩小,从而减少了运算量,从时间和资源上都得到了优化。 论文的最后分别用Modelsim和Quartus II进行了FIR数字滤波器的前仿真和后仿真,将仿真的结果和Matlab中原理验证时得到的理想值进行了比较,并对所产生的误差进行了分析。仿真结果表明：本16阶FIR数字滤波器设计能够实现截止频率为1MHz的低通滤波,并且工作频率可达150MHz以上。
上传时间： 2013-07-15
上传用户：lanwei
在雷达信号侦察中运用宽带数字接收技术是电子侦察的一个重要发展方向。数字信号处理由于其精度高、灵活性强、以及易于集成等特点而应用广泛。电子系统数字化的最大障碍是宽带高速A/D变换器的高速数据流与通用DSP处理能力的不匹配。而FPGA的广泛应用，为解决上述矛盾提供了一种有效的方法。 本文利用FPGA技术，设计了具备高速信号处理能力的宽带数字接收机平台，并提出了数字接收机实现的可行性方法，以及对这些方法的验证。具体来说就是如何利用单片的FPGA实现对雷达信号并行地实时检测和参数估计。所做工作主要分为两大部分： 1、适合于FPGA硬件实现的算法的确定及仿真：对A/D采样信号采用自相关累加算法进行信号检测，利用信号的相关性和噪声的独立性提高信噪比，通过给出检测门限来估计信号的起止点。对于常规信号的频率估计，采用Rife算法。通过Matlab仿真，表明上述算法在运算量和精度方面均有良好性能，适合用作FPGA硬件实现。 2、算法的FPGA硬件实现：针对原算法中极大消耗运算量的相关运算，考虑到FPGA并行处理的特点，将原算法修改为并行相关算法，并加入流水线，这样处理极大地提高了系统的数据吞吐率。采用Xilinx公司的Virtex-4系列中的XC4VSX55芯片作为开发平台完成设计，系统测试结果表明，本设计能正常工作，满足系统设计要求。 文章的最后，结合系统设计给出几种VHDL优化方法，主要围绕系统的速度、结构和面积等问题展开讨论。
上传时间： 2013-06-25
上传用户：songnanhua
现场可编程门阵列器件(FPGA)是一种新型集成电路，可以将众多的控制功能模块集成为一体，具有集成度高、实用性强、高性价比、便于开发等优点，因而具有广泛的应用前景。单相全桥逆变器是逆变器的一种基本拓扑结构，对它的研究可以为三相逆变器研究提供参考，因此对单相全桥逆变器的分析有着重要的意义。 本文研制了一种基于FPGA的SPWM数字控制器，并将其应用于单相逆变器进行了试验研究。主要研究内容包括：SPWM数字控制系统软件设计以及逆变器硬件电路设计，并对试验中发现的问题进行了深入分析，提出了相应的解决方案和减小波形失真的措施。在硬件设计方面，首先对双极性／单极性正弦脉宽调制技术进行分析，选用适合高频设计的双极性调制。其次，详细分析死区效应，采用通过判断输出电压电流之间的相位角预测桥臂电流极性方向，超前补偿波形失真的方案。最后，采用电压反馈实时检测技术，对PWM进行动态调整。在控制系统软件设计方面，采用FPGA自上而下的设计方法，对其控制系统进行了功能划分，完成了DDS标准正弦波发生器、三角波发生器、SPWM产生器以及加入死区补偿的PWM发生器、电流极性判断(零点判断模块和延时模块)和反馈等模块的设计。针对仿真和实验中的毛刺现象，分析其产生机理，给出常用的解决措施，改进了系统性能。
上传时间： 2013-07-06
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