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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信号发生器是控制系统的重要组成部分。研制出较高精度、可靠性、可调参数的数字量信号发生器，对于促进我国航空、航天、国防以及工业自动化等领域的发展均有重要意义。本文以直接频率合成和伪随机码的设计与实现为中心，对扩频通信的基本理论、信号源的结构、载波调制等问题进行了深入的分析和研究，并给出了模块的硬件实现方案。 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。论文介绍了FPGA技术的发展和应用，包括VHDL语言的基本语法结构和FPGA器件的开发设计流程等等。详细地分析了各类频率合成器的基础上提出采用直接数字式频率合成原理(DDS)实现低相位噪声、高分辨率、高精度和高稳定度的信号源。研究了测距伪随机码的原理，确定选用移位序列作为系统的扩频码序列，并选取了符合本系统使用的移位序列扩频码。分别给出并分析了相应的FPGA硬件实现电路。 对于载波调制这一关键技术，提出了采用二进制相移键控相位选择法并相应作了硬件实现。最后给出具体设计实现了的信号发生器的输出波形。经实验室测试，设计的信号发生器满足要求，且结构简单、工作可靠、重量轻、体积小，具有良好的应用前景。
上传时间： 2013-04-24
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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
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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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激光测距是一种非接触式的测量技术，已被广泛使用于遥感、精密测量、工程建设、安全监测以及智能控制等领域。早期的激光测距系统在激光接收机中通过分立的单元电路处理激光发、收信号以测量光脉冲往返时间，使得开发成本高、电路复杂，调试困难，精度以及可靠性相对较差，体积和重量也较大，且没有与其他仪器相匹配的标准接口，上述缺陷阻碍了激光测距系统的普及应用。 本文针对激光测距信号处理系统设计了一套全数字集成方案，除激光发射、接收电路以外，将信号发生、信号采集、综合控制、数据处理和数据传输五个部分集成为一块专用集成电路。这样就不再需要DA转换和AD转换电路和滤波处理等模块，可以直接对信号进行数字信号处理。与分立的单元电路构成的激光测距信号处珲相比，可以大大降低激光测距系统的成本，缩短激光测距的研制周期。并且由于专用集成电路带有标准的RS232接口，可以直接与通信模块连接，构成激光遥测实时监控系统，通过LED实时显示测距结果。这样使得激光测距系统只需由激光器LD、接收PD和一片集成电路组成即可，提出了桥梁的位移监测技术方法，并设计出一种针对桥梁的位移监测的具有既便携、有效又经济实用的监测样机。 本文基于xil inx公司提供的开发环境(ise8.2)、和Virtex2P系列XC2VP30的开发版来设计的，提出一种基于方波的利用DCM(数字时钟管理器)检相的相位式测距方法；采用三把侧尺频率分别是30MHz、3MHz、lOkHz，对应的测尺长度分别为5米、50米和15000米，对应的精度分别为±0.02米、±0.5米和±5米。设计了一套激光测距全数字信号处理系统。为了证明本系统的准确性，另外设计了一套利用延时的方法来模拟激光光路，经过测试，证明利用DCM检相的相位式测距方法对于桥梁的位移监测是可行的，测量精度和测量结果也满足设计方案要求。
上传时间： 2013-06-12
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超声诊断技术具有安全、无痛苦、无损害、方法简便、适应面广、直观、显像清晰、可重复检查、对软组织鉴别能力强、诊断准确性高、灵活以及价廉等优点，已经成为当代医学图像诊断中的首选技术。眼科超声诊断仪是超声诊断中的一种专科设备，它可以用来诊断视网膜脱落、眼内和眼眶肿瘤、玻璃体混浊、出血、眼底病变及眼内异物等疾病。近年来，随着数字信号处理、硬件软件设计能力以及材料学等方面的快速发展，眼科超声诊断仪在多方面都有了长足的进步。这其中数字化眼科超声诊断仪是发展的重点。 本文从超声诊断仪原理及设计入手，着重描述了该系统的软硬件结构，同时对超声信号进行数字化处理的各个子模块进行了介绍，并结合各种数字信号处理方法的特点，对现成可编程门阵列的结构特点、编程原理及设计流程作了简单介绍。在此基础上，着重讨论了FIR滤波器的设计并得以在FPGA实现，应用于信号处理各子模块中。最后通过构建实验模型验证了系统各阶段信号处理的有效性。对正常人体眼球田眼眶进行检测，获得了很好的回波信号。本设计对眼科高频超声回波信号具有良好的实时处理能力，达到了设计要求，具有良好的应用前景。
上传时间： 2013-06-05
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随着现代计算机技术、微电子技术的进一步结合和发展，可编程逻辑技术已成为当前电子设计领域中最具活力和发展前途的技术。通过采用FPGA/EDA技术，对通信卡的PCI接口、E1接口、外部逻辑电路进行集成，并利用目前通用计算机强大的数字信息处理能力，可大大简化CTI硬件的设计，降低制造成本，提高系统可靠性。 据此，本论文提出了基于FPGA/EDA技术的PCI-E1接口设计方法，文中对PCI总线接口、E1接口及两接口的互连等相关技术进行了深入分析，对各功能模块和系统进行了VHDL建模与仿真。 同时，论文还介绍了基于ALTERACyclone系列FPGA芯片的PCI-E1接口硬件平台的设计原理和基于DriverWorks的WDM驱动程序的设计方法。 本论文涉及的软件、硬件系统已经开发、调试完成。测试结果表明：1、论文所研究的PCI接口(主/从设备)在进行配置读/写、I/O读写、存储器读写及总线的猝发数据传送等操作中，各项性能符合PCI2.3规范的要求。 2、论文所研究的E1接口支持成帧和不成帧两种传输方式：在成帧模式下，信息的有效传送速率为31×64Kbit/s；在不成帧的模式下，信息的有效传送速率为2.048Mbit/s。E1输出口各项参数符合CCITT相关规范要求。 3、论文所研究的PCI-E1接口在与现网设备、模块的对接测试中，性能稳定。基于本论文的产品已经正式发布。国内部分厂家已对该产品进行了多方面的综合测试，并计划将其应用到实际的生产和研究中。 本论文对于CTI硬件的设计是一项尝试和革新。测试和应用证明该方法行之有效，符合设计目标，具有较广阔的应用前景。
上传时间： 2013-04-24
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《计算机组成原理》是计算机系的一门核心课程。但是它涉及的知识面非常广，内容包括中央处理器、指令系统、存储系统、总线和输入输出系统等方面，学生在学习该课程时，普遍觉得内容抽象难于理解。但借助于该计算机组成原理实验系统，学生通过实验环节，可以进一步融会贯通学习内容，掌握计算机各模块的工作原理，相互关系的来龙去脉。 为了增强实验系统的功能，提高系统的灵活性，降低实验成本，我们采用FPGA芯片技术来彻底更新现有的计算器组成原理实验平台。该技术可根据用户要求为芯片加载由VHDL语言所编写出的不同的硬件逻辑，FPGA芯片具有重复编程能力，使得系统内硬件的功能可以像软件一样被编程，这种称为“软”硬件的全新系统设计概念，使实验系统具有极强的灵活性和适应性。它不仅使该系统性能的改进和扩充变得十分简易和方便，而且使学生自己设计不同的实验变为可能。计算机组成原理实验的最终目的是让学生能够设计CPU，但首先，学生必须知道CPU的各个功能部件是如何工作，以及相互之间是如何配合构成CPU的。因此，我们必须先设计出一个教学用的以FPGA芯片为核心的硬件平台，然后在此基础上开发出VHDL部件库及主要逻辑功能，并设计出一套实验。 本文重点研究了基于FPGA芯片的VHDL硬件系统，由于VHDL的高标准化和硬件描述能力，现代CPU的主要功能如计算，存储，I/O操作等均可由VHDL来实现。同时设计实验内容，包括时序电路的组成及控制原理实验、八位运算器的组成及复合运算实验、存储器实验、数据通路实验、浮点运算器实验、多流水线处理器实验等，这些实验形成一个相互关联的系统。每个实验先由教师讲解原理及原理图，学生根据教师提供的原理图，自己用MAX+PLUSII完成电路输入，学生实验实际上是编写VHDL，不需要写得很复杂，只要能调用接口，然后将程序烧入平台，这样既不会让学生花太多的时间在画电路图上，又能让学生更好的理解每个部件的工作原理和工作过程。 论文首先研究分析了FPGA硬件实验平台，即实验系统的硬件组成。系统采用FPGA-XC4010EPC84，62256CPLD以及其他外围芯片(例如74LS244，74LS275)组成。根据不同的实验要求，规划不同实验控制逻辑。用户可选择不同的实验逻辑，通过把实验逻辑下载到FPGA芯片中构成自己的实验平台。 其次，论文详细的阐述了VHDL模块化设计，如何运用VHDL技术来依次实现CPU的各个功能部件。VHDL语言作为一种国际标准化的硬件描述语言，自1987年获得IEEE批准以来，经过了1993年和2001年两次修改，至今已被众多的国际知名电子设计自动化(EDA)工具研发商所采用，并随同EDA设计工具一起广泛地进入了数字系统设计与研发领域，目前已成为电子业界普遍接受的一种硬件设计技术。再次，论文针对实验平台中遇到的较为棘手的多流水线等问题，也进行了深入的阐述和剖析。学生需要什么样的实验条件，实验内容及步骤才能了解当今CPU所采用的核心技术，才能掌握CPU的设计，运行原理。另外，本论文的背景是需要学生熟悉基本的VHDL知识或技能，因为实验是在编写VHDL代码的前提下完成的。 本文在基于实验室的环境下，基本上较为完整的实现了一个基于FPGA的实验平台方案。在此基础上，进行了部分功能的测试和部分性能方面的分析。本论文的研究，为FPGA在实际系统中的应用提供研究思路和参考方案。论文的研究结果将对FPGA与VHDL标准的进一步发展具有重要的理论和现实意义。
上传时间： 2013-04-24
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光纤水听器自问世以来，在巨大的军事价值和民用价值推动下得到了迅速发展，已逐渐从实验室研究阶段走向工程应用。同时随着光纤水听器的不断发展，对水声信号的检测技术以及数字处理能力也提出了新的要求。论文在此背景下开展了一系列研究工作，并提出了利用FPGA(Field ProgrammableGate Array，现场可编程门阵列)实现光纤3×3耦合器解调算法的新思路。 目前干涉型光纤水听器的解调一般采用PGC(Phase Generated Carrier，相位生成载波技术)技术和基于3×3光纤耦合器干涉的解调技术。PGC技术在解调过程中引入了载波信号，它对采样率，激光器等的要求都较高，因此我们把目光投向3×3耦合器解调技术，文中对其解调原理进行了阐述，对采样率的确定进行了讨论，并对3×3耦合器三路输出不对称的情况进行了分析，最后在本文的结论部分提出了基于3×3耦合器解调的改良方案。 目前，光纤信号数字化解调的硬件实现采用DSP(Digital Signal Process，可编程数字信号处理器)信号处理机，与之相比，FPGA解调具有速度快、资源占用少、易于扩展等优势。本文对FPGA与DSP、ASIC(application-specificintegrated circuit，专用集成电路)实现方案进行了对比，分析了适合利用FPGA实现的算法所应具备的特征；介绍了3×3耦合器解调算法中各个模块的设计情况；分析了系统的工作情况，硬件的构造及芯片的选择，最后验证了利用FPGA可以实现3×3耦合器解调算法。
上传时间： 2013-07-03
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数字存储示波器（DSO）上世纪八十年代开始出现，由于当时它的带宽和分辨率较低，实时性较差，没有具备模拟示波器的某些特点，因此并没有受到人们的重视。随着数字电路、大规模集成电路及微处理器技术的发展，尤其是高速模/数（A/D）转换器及半导体存储器（RAM）的发展，数字存储示波器的采样速率和实时性能得到了很大的提高，在工程测量中，越来越多的工程师用DSO来替代模拟示波器。 本文介绍了一款双通道采样速率达1GHz，分辨率为8Bits，实时带宽为200MHz数字存储示波器的研制。通过对具体功能和技术指标的分析，提出了FPGA＋ARM架构的技术方案。然后，本文分模块详细叙述了整机系统中部分模块，包括前端高速A/D转换器和FPGA的硬件模块设计，数据处理模块软件的设计，以及DSO的GPIB扩展接口逻辑模块的设计。 本文在分析了传统DSO架构的基础上，提出了本系统的设计思想和实现方案。在高速A/D选择上，国家半导体公司2005年推出的双通道采样速率达500MHz高速A/D转换器芯片ADC08D500，利用其双边沿采样模式（DES）实现对单通道1GHz的采样速率，并且用Xilinx公司Spraten-3E系列FPGA作为数据缓冲单元和存储单元，提高了系统的集成度和稳定性。其中，FPGA缓冲单元完成对不同时基情况下多通道数据的抽取，处理单元完成对数据正弦内插的计算，而DSO中其余数据处理功能包括数字滤波和FFT设计在后端的ARM内完成。DSO中常用的GPIB接口放在FPGA内集成，不仅充分利用了FPGA内丰富的逻辑资源，而且降低了整机成本，也减少了电路规模。 最后，利用ChipscopePro工具对采样系统进行调试，并分析了数据中的坏数据产生的原因，提出了解决方案, 并给出了FPGA接收高速A/D的正确数据。
上传时间： 2013-07-07
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