在电力系统容量日益扩大和电网电压运行等级不断提高的潮流下，传统电磁式互感器在运行中暴露出越来越多的弊端，难以满足电力系统向自动化、标准化和数字化的发展需求，电子式互感器取代传统电磁式互感器已经成为一种必然的趋势，并成为人们研究的热点。本文围绕电子式电流互感器高压侧数据采集系统进行了研究与设计。 Rogowski线圈是电流传感元件，本文总绐了Rogowski线圈的基本原理，其中包括线圈的等效电路和相量图，线圈的电磁参数计算。在理论研究的基础上，结合实际设计一款高精度PCBRogowski线圈。电容分压器是电压传感元件，文章中介绍了传感器的原理、传感器的模型结构，针对其自身结构缺陷和工作环境的电磁干扰，提出具有针对性的电磁兼容设计方法。 积分器的性能一直是影响Rogowski线圈电流传感器的精度和稳定性的重要因素之一。模拟积分器具有结构简单、响应速度快、输入动态范围大等优点；数字积分器具有性能稳定，精度高等优点。后者的优势使其成为近年来Rogowski线圈电流互感器实用化研究的一个热点问题。本文设计了一套数字积分器设计的方法，其中包括了积分算法的选择，积分输入采样率和分辨率的确定，数字积分器的通用结构，积分初值的选择方法等。 为了保证系统的运行稳定，文章中的系统只采用激光供电模式，降低数据采集系统的功耗就成了系统设计的一个重要环节。文章中介绍了一些实用的低功耗处理方法，分析了激光器的特性，光电池的特性和光电转换器件的特性，并根据这些器件的特性，改进了数据发送激光器的驱动电路，大幅度降低了系统的功耗，保证了系统在较低供电功率条件下的正常运行。 论文最后对全文工作进行总结，提出进一步需要解决的问题。
上传时间： 2013-07-10
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随着信息技术的飞速发展，数据吞吐量急剧增长，要求有更高的传输速度，来满足大量数据的传输，而原有的并行数据传输总线结构上存在自身无法克服的缺陷，在高频环境下容易串扰，而增大误码率。SATA串行总线技术应运而生。作为一种新型的总线接口，它提供了高达3.0Gbps的数据传输速率，使用8B/10B编码格式，采用LVDS NRZ串行数据传输方式，有良好的抗干扰性能，有更强的达到32位的循环冗余校验，并且提供了良好的物理接口特性，支持热拔插，代表着计算机总线接口技术的发展方向。FPGA作为一种低功耗的半导体器件，在高频工作环境中有优良的性能，将处理器与低功耗FPGA结合起来使用是数据存储应用的趋势，这样能够使得接口方案更加灵活。而在众多FPGA器件中，Xilinx公司的Virtex-4平台内部集成了PowerPC高性能处理器，并且其中提供了Rocket IO MGT这种嵌入式的多速率串行收发器，能够以6.25-622Mb/s的速度传送数据，并且支持包括SATA协议在内的多种串行通信协议。 本文从物理层、链路层、传输层分析了SATA1.0技术的接口协议，在此基础提出满足协议需求和适合FPGA设计的设计方案，并给出总体设计框图，依照FPGA的设计方法，采用Xilinx公司的Virtex-4设计了一个符合SATA1.0接口协议的嵌入式存储装置，实现数据的存储，仿真运行结果正常。
上传时间： 2013-04-24
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数据采集系统是信号与信息处理系统中不可缺少的重要组成部分，同时也是软件无线电系统中的核心模块，在现代雷达系统以及无线基站系统中的应用越来越广泛。为了能够满足目前对软件无线电接收机自适应性及灵活性的要求，并充分体现在高性能FPGA平台上设计SOC系统的思路，本文提出了由高速高精度A/D转换芯片、高性能FPGA、PCI总线接口、DB25并行接口组成的高速数据采集系统设计方案及实现方法。其中FPGA作为本系统的控制核心和传输桥梁，发挥了极其重要的作用。通过FPGA不仅完成了系统中全部数字电路部分的设计，并且使系统具有了较高的可适应性、可扩展性和可调试性。 在时序数字逻辑设计上，充分利用FPGA中丰富的时序资源，如锁相环PLL、触发器，缓冲器FIFO、计数器等，能够方便的完成对系统输入输出时钟的精确控制以及根据系统需要对各处时序延时进行修正。 在存储器设计上，采用FPGA片内存储器。可根据系统需要随时进行设置，并且能够方便的完成数据格式的合并、拆分以及数据传输率的调整。 在传输接口设计上，采用并行接口和PCI总线接口的两种数据传输模式。通过FPGA中的宏功能模块和IP资源实现了对这两种接口的逻辑控制，可使系统方便的在两种传输模式下进行切换。 在系统工作过程控制上，通过VB程序编写了应用于PC端的上层控制软件。并通过并行接口实现了PC和FPGA之间的交互，从而能够方便的在PC机上完成对系统工作过程的控制和工作模式的选择。 在系统调试方面，充分利用QuartuslI软件中自带的嵌入式逻辑分析仪SignalTaplI，实时准确的验证了在系统整个传输过程中数据的正确性和时序性，并极大的降低了用常规仪器观测FPGA中众多待测引脚的难度。 本文第四章针对FPGA中各功能模块的逻辑设计进行了详细分析，并对每个模块都给出了精确的仿真结果。同时，文中还在其它章节详细介绍了系统的硬件电路设计、并行接口设计、PCI接口设计、PC端控制软件设计以及用于调试过程中的SignalTapⅡ嵌入式逻辑分析仪的使用方法，并且也对系统的仿真结果和测试结果给出了分析及讨论。最后还附上了系统的PCB版图、FPGA逻辑设计图、实物图及注释详细的相关源程序清单。
上传时间： 2013-07-09
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本文将电路接口技术与硬件可编程技术相结合，提出了用可编程芯片来控制IDE硬盘进行高速数据记录，能够满足机载数据记录设备重量轻、容量大、速度快的要求。 论文对硬盘ATA接口标准进行了研究，对VHDL语言、现场可编程门阵列器件(FPGA)实现硬件电路的原理和方法进行了深入分析，在此基础上完成了基于FPGA的数据记录控制器的设计。文中选择了具有低功耗、低成本、高性能的FPGA芯片(型号为CycloneEP1C3T144C8)，将各功能模块级联成系统在该芯片上完成了控制器系统级的设计与仿真验证，验证结果表明了用FPGA实现高速数据记录控制器的可行性。所设计的VHDL代码经QuartusⅡ综合、布局布线、管脚分配后，在FPGA内部可以达到104.46Mhz的电路工作速度，FPGA与硬盘之间采用ATA接口的UltraDMA模式2传输方式，可以达到33.3MByte/s的突发数据传输率。文中对所用到的FPGA设计技术给予了详细说明，对各功能模块的设计给予了详细阐述，对关键设计给出了VHDL源代码，还讨论了FPGA设计中时序约束的作用，给出了本文所做时序约束的方法。 本文中所论述的工作对以后机载数据记录系统的设计具有重要的铺垫作用。文中在总结所做工作的同时，还对下一步工作提出了有益的建议。
上传时间： 2013-08-04
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瞬变电磁法作为一种重要的地球物理探测方法，由于它在时间和空间上的可分性，使得这种方法简单易行，信息丰富，精度较高，低成本，见效快，从而在矿藏勘探、钻井和海洋勘探等领域得到了广泛的应用。随着接收仪器的数字化和智能化，发射功率的增大，数字模型计算正反演的应用，解释水平的提高，瞬变电磁法可解决的地质问题不断扩大，几乎涉及了物探工作的各个领域：矿产勘探，构造探测，水文与工程、地质调查，环境调查与监测以及考古等。近年来，在找水、市政工程、土壤盐碱化和污染调查、浅层石油构造填图，以及矿井突水预测等领域都取得了良好效果。 瞬变电磁法探测系统包括发射机和接收机两部分。接收机用作在噪声中提取由发射机发射的一次场信号在地下导体中感应出的二次场信息，其信息反映了地下导体的电阻率差异，通过对该信息数据的处理了解探测目标的特性从而达到探测的目的。 瞬变电磁信号具有早期信号幅度大、衰减快，而中晚期信号幅度小、衰减慢的大动态范围的特点。因此，必须设计出能适应这种瞬时变化快、动态范围大数据信号要求的高性能数据采集系统。同时，瞬变电磁探测系统的工作环境大都是在野外，因此，为适应野外工作的需要，数据采集卡尤其要有较低的功耗。 本论文在总结其他数据采集系统设计的基础上，提高采样速率和采样精度、采用分段放大技术避免放大饱和和实现对小信号的有效识别、改用ARM作为核心处理器实现对接收机的有效控制、改进USB2.0的实际传输速度、改用自适应滤波法等噪声抑制方法组合实现抗干扰和噪声滤除设计，成功设计和实现了一套基于ARM和USB2.0的瞬变电磁数据采集系统，该系统具有高性能，低功耗，抗干扰能力强，低成本的特点，已成功应用于瞬变电磁探测实践，并取得良好效果，极大的满足了瞬变电磁探测系统的需要。同时，该系统对于其他数据采集系统的设计具有一定的借鉴意义。
上传时间： 2013-06-20
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本文从总体方案、硬件电路、软件程序、性能测试等几个方面详细地阐述了基于FPGA与USB2.0的数据采集系统。采集系统选用高采样率低噪声的12位AD转换芯片进行AD转换电路设计；借助频率高、内部时延小的FPGA芯片实现USB固件并以此控制USB接口芯片，通过乒乓的方式对采样数据进行缓存，提高了系统数据吞吐能力；运用USB2.0标准的接口芯片为整个采集系统提供USB的通信能力。采用集成度较高的FPGA芯片作为系统控制核心，降低了设计难度，提高了系统稳定性，同时还减小了设备体积。
上传时间： 2013-04-24
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数字图像的压缩是解决图像数据量大、存储和传输困难的基本措施。图像压缩的方法很多，一般可分为有损压缩和无损压缩两大类。有损压缩允许一定程度的信息丢失，在满足实际应用的条件下能够取得较高的压缩比；无损压缩不允许信息丢失，但是压缩比难以提高。在医学图像、遥感图像等应用领域，对于图像的压缩比和失真度都有着较高要求，因此需要采用近无损压缩的方法。近无损压缩是有损压缩和无损压缩的一个折衷，允许一定的失真，能够获得高保真还原图像的同时，得到比无损压缩更高的压缩比。 JPEG-LS是连续色调静止图像无损和近无损压缩的国际标准，算法复杂度低，压缩性能优越，但是JPEG-LS对不同图像压缩时压缩比不可控制。本文在研究JPEG-LS近无损图像压缩算法的基础上，针对具体应用背景，提出了一种基于块的近无损压缩方法。进一步利用图像局部纹理特性分析，对不同特性的区域容忍不同的信息丢失程度，实现了对图像压缩的码率控制。针对某工程应用中的具体要求，我们以FPGA为平台，采用Verilog HDL语言对改进算法进行了硬件实现。 实验结果证明，这种基于块的具有码率控制的近无损图像压缩算法，在实现较为精确的码率控制的同时，能够获得较高的还原图像质量，而且硬件实现复杂度低，能够满足对图像的实时压缩要求。
上传时间： 2013-06-18
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随着信息产业的不断发展,人们对数据传输速率要求越来越高,从而对数据发送端和接收端的性能都提出了更高的要求。接收机的一个重要任务就是在于克服各种非理想因素的干扰下,从接收到的被噪声污染的数据信号中提取同步信息,并进而将数据正确的恢复出来。而数据恢复电路是光纤通信和其他许多类似数字通信领域中不可或缺的关键电路,其性能决定了接收端的总体性能。 目前,数据恢复电路的结构主要有“时钟提取”和“过采样”两种结构。基于“过采样”的数据恢复方法的关键是过采样,即通过引入参考时钟,并增加时钟源个数的方式来代替第一种方法中的“时钟提取”。与“时钟提取”的数据恢复方法相比,基于“过采样”的数据恢复方法在性能上还有较大的差距,但是后者拥有高带宽、立即锁存能力、较低的等待时间和更高的抖动容限,更易于通过数字的方法实现,实现更简单,成本更低,并且这是一种数字化的模拟技术。如果能通过“过采样”方法在普通的逻辑电路上实现622.08Mb/s甚至更高速率的数据恢复,并将它作为一个IP模块来代替专用的时钟恢复芯片,这无疑将是性能和成本的较好结合。 本文主要研究“过采样”数据恢复电路的基本原理,通过全数字的设计方法,给出了在低成本可编程器件FPGA上实现数据恢复电路两种不同的过采样的实现方案,即基于时钟延迟的过采样和基于数据延迟的过采样。基于时钟延迟的过采样数据恢复电路方案,通过测试验证,其最高恢复的数据传输率可达到640Mb/s。测试结果表明,采用该方案实现的时钟恢复电路可工作在光纤通信系统STM-4速率级,即622.08MHz频率上,各方面指标基本符合要求。
上传时间： 2013-04-24
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近年来，随着网络技术的发展和视频编码标准受到广泛接受，视频点播、视频流和远程教育等基于网络的多媒体业务逐渐普及。为了对拥有不同终端资源，不同接入网络以及不同兴趣的用户提供灵活的多媒体数据访问服务，多媒体数据的内容需要根据应用环境动态调整，转码正是实现这一挑战性任务的关键技术之一。 视频转码对时间的要求非常苛刻，以至于用高速的通用微处理器芯片也无法在规定的时间内完成必要的运算。因此，必须为这样的运算设计一个专用的高速硬线逻辑电路，在高速FPGA器件上实现或制成高速专用集成电路。用高密度的FPGA来构成完成转码算法所需的电路系统，实现专用集成电路的功能，因其成本低、设计周期短、功耗小、可靠性高、使用灵活等优点而成为适合本课题的最佳选择。 本文根据MPEG-2中可变长编码(VLC)理论，采用了两级查找表减少了VLC存储空间的使用，完成VLC编码的实现。根据MPEG-2中关于System Packet的定义，针对FPGA可实现性，以空间换取复杂度的减少，实现了PES包的打包模块。根据MPEG-2相应的转码理论，完成了对系统解码模块相应的连接和调试，对解码模块以真实的bit流进行了贴近板级的情况的仿真。根据MPEG-2中TM5的算法的局限性，分析得出只需要对P帧进行相应处理即可改进场景变换对视频质量的影响，完成对TM5的算法的改进。通过性能估算和电路仿真，各模块的吞吐率能够满足转码系统的要求。
上传时间： 2013-07-22
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随着科学技术水平的不断提高，在科研和生产过程中为了更加真实的反映被测对象的性质，对测试系统的性能要求越来越高。传统的测试装置，由于传输速度低或安装不便等问题已不能满足科研和生产的实际需要。USB技术的出现很好的解决了上述问题。USB总线具有支持即插即用、易于扩展、传输速率高(USB2.0协议下为480Mbps)等优点，已逐渐得到广泛的应用。 本课题研究并设计了一套基于USB2.0的数据采集系统。论文首先详细介绍了USB总线协议，然后从系统的总体结构、硬件电路、软件程序以及系统性能检测等几个方面，详细阐述了系统的设计思想和实现方案。系统采用双12位A/D转换器，提供两条模拟信号通道，可以同时采集双路信号，最高的采样率为200KHz。USB接口芯片采用Cypress公司的CY7C68013。论文详细介绍了其在SlaveFIFO接口模式下的电路设计和程序设计。系统应用FPGA芯片作系统的核心控制，控制系统的数据采集和与USB接口芯片的数据交换，并产生其中的逻辑控制信号和时序信号。同时应用FPGA芯片作系统的核心控制可提高了系统稳定性、减小设备的体积。系统的软件设计，主要包括FPGA芯片中的逻辑、时序控制程序、8051固件程序、客户应用程序及其驱动程序。客户端选择了微软的Visual Studio6.0 C++作开发平台，虽然增加了复杂程度，但是软件执行效率及重用性均得到提高。 最后，应用基于USB2.0的数据采集系统测试标准信号及电木的导热系数，以验证测试系统的可靠信与准确性。
上传时间： 2013-04-24
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