基于∑-△噪声整形技术和过采样技术的数模转换器(DAC)可以可靠地把数字信号转换成为高精度的模拟信号。采用这一结构进行数模转换具有诸多优点,例如极低的失配噪声和高的可靠性,便于作为IP模块嵌入到其他芯片系统中等,更重要的是可以得到其他DAC结构所无法达到的精度和动态范围。在高精度测量、音频转换、汽车电子等领域有着广泛的应用价值。 由于非线性和不稳定性的存在,高阶∑-△调制器的设计与实现存在较大的难度。本设计综合大量文献中的经验原则和方法,首先阐述了∑-△调制器的一般原理,并讨论了一般结构调制器的设计过程,然后描述了稳定的高阶高精度调制器的设计流程。根据市场需求,设定了整个设计方案的性能指标,并据此设计了达到16bit精度和满量程输入范围的三阶128倍过采样调制器。 本设计采用∑-△结构,根据系统要求设计了量化器位数、调制器过采样比和阶数。在分析高阶单环路调制器稳定性的基础上,成功设计了六位量化三阶单环路调制器结构。在16比特的输入信号下,达到了90dB左右的信噪比。该设计已经在Cyclone系列FPGA器件下得到硬件实现和验证,并实现了实时音频验证。测试表明,该DAC模块输出信号的信噪比能满足16比特数据转换应用的分辨率要求,并具备良好的兼容性和通用性。 本设计可作为IP核广泛地在其他系统中进行复用,具有很强的应用性和一定的创新性。
上传时间： 2013-07-10
上传用户：chuandalong
随着计算机技术的突飞猛进以及移动通讯技术在日常生活中的不断深入，数据采集不断地向多路、高速、智能化的方向发展。本文针对此需求，实现了一种应用FPGA的多路、高速的数据采集系统，从而为测量仪器提供良好的采集数据。 本文设计了一种基于AD+FPGA+DSP的多路数据采集处理系统，针对此系统设计了基于AD9446的模数转换采集板，再将模数转换采集板的数据传送至基于FPGA的采集控制模块进行数据的压缩以及缓冲存储，最后由DSP调入数据进行数据的处理。本文的设计主要分为两部分，一部分为模数转换采集板的设计与调试，另一部分为采集控制模块的设计与仿真。 经设计与调试，模数转换模块可为系统提供稳定可靠的数据，能稳定工作在百兆的频率下；采集控制模块能实时地完成数据压缩与数据缓冲，并能通过时钟管理模块来控制前端AD的采样，该模块也能稳定工作在百兆的频率下。该系统为多路、高速的数据采集系统，并能稳定工作，从而能满足电子测量仪器的要求。关键词：数据采集；FPGA；AD9446
上传时间： 2013-06-04
上传用户：zzy7826
自适应滤波器的硬件实现一直是自适应信号处理领域研究的热点。随着电子技术的发展，数字系统功能越来越强大，对器件的响应速度也提出更高的要求。 本文针对用通用DSP 芯片实现的自适应滤波器处理速度低和用HDL语言编写底层代码用FPGA实现的自适应滤波器开发效率低的缺点，提出了一种基于DSP Builder系统建模的设计方法。以随机2FSK信号作为研究对象，首先在matlab上编写了LMS去噪自适应滤波器的点M文件，改变自适应参数，进行了一系列的仿真，对算法迭代步长、滤波器的阶数与收敛速度和滤波精度进行了研究，得出了最佳自适应参数，即迭代步长μ=0.0057，滤波器阶数m=8，为硬件实现提供了参考。 然后，利用最新DSP Builder工具建立了基于LMS算法的8阶2FSK信号去噪自适应滤波器的模型，结合多种EDA工具，在EPFlOKl00EQC208-1器件上设计出了最高数据处理速度为36.63MHz的8阶LMS自适应滤波器，其速度是文献[3]通过编写底层VHDL代码设计的8阶自适应滤波器数据处理速度7倍多，是文献[50]采用DSP通用处理器TMS320C54X设计的8阶自适应滤波器处理速度25倍多，开发效率和器件性能都得到了大大地提高，这种全新的设计理念与设计方法是EDA技术的前沿与发展方向。 最后，采用异步FIFO技术，设计了高速采样自适应滤波系统，完成了对双通道AD器件AD9238与自适应滤波器的高速匹配控制，在QuartusⅡ上进行了仿真，给出了系统硬件实现的原理框图，并将采样滤波控制器与异步FIF0集成到同一芯片上，既能有效降低高频可能引起的干扰又降低了系统的成本。
上传时间： 2013-06-01
上传用户：ynwbosss
在合成孔径雷达的研究和研制工作中，合成孔径雷达模拟技术具有十分重要的作用。本文以440MHz带宽线性调频信号，采样频率500MHz高分辨合成孔径雷达视频模拟器为研究对象。首先对模拟器的几项主要技术进行分析，在对点目标回波信号模型分析研究的基础上，对点目标原始回波数据进行模拟并做了成像验证，从而为硬件实现提供了正确的信号模型；针对传统的“波形存储直读法”方案，即在计算机平台上用模拟软件产生原始回波数据并存储，再通过计算机接口实现数据传输，最后完成数模转换产生视频信号这一过程，分析指出该方案在实现高分辨率时的速度和容量瓶颈。 针对具体的设计要求，围绕速度和容量问题，本文着眼于高分辨率SAR模拟器的FPGA实现研究，指出FPGA实时生成点目标原始回波数据是其实现的核心；针对这一核心问题，充分利用现代VLSI设计中的流水线技术与并行阵列技术以及FPGA的优良性能和丰富资源，在时间上采用同步流水结构、空间上采用并行阵列形式，将速度和容量问题统一为数据的高速生成问题；给出了系统总体设计思想，该方案不需要大容量存储器单元，大大减少模拟器复杂度；对原始回波数据实时生成模块的各主要单元给出了结构并进行了仿真，结果表明FPGA可以满足课题设计要求；同时，对该模拟器片上系统的实现、增强人机交互性，给出了人机界面的设计思路。 分析指出了点目标原始回波数据实时生成模块通过并行扩展即可实现多点目标的原始回波数据实时生成；最后对复杂场景目标模拟器的实现进行了构思，指出了传统方案在改进的基础上实现高分辨率视频模拟器的可行性。本文首次提出以FPGA实现高分辨率合成孔径雷达原始回波数据实时生成的思想，为国内业界在此方向做了一些理论和实践上的有益探索，对于国内高分辨率合成孔径雷达的研制具有一定的实际意义。
上传时间： 2013-05-26
上传用户：alia
在现代工业测控领域，人们对数据采集的要求越来越高；不仅要求高速、高精度还要求采集设备便携化、网络化和智能化，此外还需要友好的人机界面。传统的8/16位单片机因资源极度受限，难以满足上述要求；而PCI或ISA数据采集卡，则存在着安装麻烦、价格昂贵且电磁兼容性差等缺点。32位嵌入式微处理器的出现很好地解决了上述矛盾，本文的研究正是基于ARM的嵌入式数据采集系统的设计。 本文以齿轮箱或机械转轴的振动信号为采集对象设计了基于ARM处理器和嵌入式Linux的数据采集系统。该系统硬件平台以S3C2410主控板和自行研制的振动信号调理板为核心，在此基础上扩展了UART、RS485、USB、TCP/IP以及单总线通信接口，适应多种条件下的数据传输。同时系统提供了LCD显示和触摸屏输入模块，具备良好的人机交互功能。软件方面，搭建Linux交叉开发环境，实现了基于Linux操作系统的Bootloader的移植。最后，根据课题需要，完成了A/D采样和单总线驱动程序的设计。 本嵌入式数据采集系统存储容量大，硬件接口丰富，软件资源配置灵活，设计方案具有很好的通用性和可扩展性。
上传时间： 2013-05-28
上传用户：D&L37
对温度、湿度、压力等数据的采集在很多工农业生产中都普遍存在着。目前大部分的数据采集系统使用8位单片机作为控制器，由于单片机自身功能的限制，它的采样速率，数据采集的方式等均受到一定的限制，而且它没有自己的操作系统，可视性和可操作性相对比较差。因此，研究一种新型的、具有高速的采样速率、多样化的数据采集方式以及操作性非常强的数据采集系统非常的有必要。 本论文采用三星公司的ARM9内核的S3C2410作为主控制器，嵌入式Linux作为操作系统，通过S3C2410的RS-485、I2C总线来控制和传输由不同类型数据采集器采集到的数据；利用嵌入式图形用户界面GUI的编程工具Qt/E(Qt/Embedded)设计的用户界面，结合开源嵌入式数据库Sqlite3，实现对各种不同数据采集器的控制和数据的采集；利用Linux系统中的Video4linux编程实现对现场的视频监视；同时利用S3C2410的GPIO和中断口设计的键盘能够像PC键盘那样方便的对用户界面进行操作，整个系统完成数据的采集、传输、存储、监视等功能。此系统不但减少了使用处理器的数量，而且采样速率，采样精度等都有比较大幅度的提高，同时通过实时的视频监视还可以及时知道数据现场的情况，这些对复杂环境下的数据采集尤为有利。 本论文的重点是完成用户界面的设计、键盘驱动及与Qt/E的键值映射、RS-485及I2C总线驱动和视频监视的实现。本论文完成了整个数据采集系统的初步设计，在油气田开采现场的数据采集中运行效果良好，虽功能尚待进一步完善，但具有一定的实用价值。
上传时间： 2013-06-12
上传用户：hxy200501
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： 2013-06-21
上传用户：txfyddz
随着微处理器技术与信息技术的不断发展，嵌入式系统的应用也进入到国防、工业、能源、交通以及日常生活中的各个领域。嵌入式系统的软件核心是嵌入式操作系统。然而，国内在嵌入式系统软件开发上有很多困难，主要有：国外成熟的RTOS大都价格昂贵并且不公开源代码，用好这些操作系统需对计算机体系结构有深刻理解。针对以上问题，免费公开源代码的嵌入式操作系统就倍受瞩目了，μC/OS-II就是其中之一。μC/OS-II是面向中小型应用的、基于优先级的可剥夺嵌入式实时内核，其特点是小巧、性能稳定、可免费获得源代码。 本文在深入研究μC/OS-II内核基础上，将其运用于实际课题，完成了基于ARM架构的μC/OS-II移植及实时同步交流采样的误差补偿研究。本文主要工作内容和研究成果如下： 1.剖析了μC/OS-II操作系统内核，重点研究了μC/OS-II内核的任务管理与调度算法机理，得出了μC/OS-II内核优点：任务调度算法简洁、高效、实时性较好(与Linux相比)。 2.介绍了ARM9体系架构，重点讲叙了MMU(存储管理单元)功能。为了提高交流采样系统的取指令和读数据速度，成功将MMU功能应用于本嵌入式系统中。 3.完成了μC/OS-II操作系统在目标板上的移植，主要用汇编语言编写了启动代码、开关中断、任务切换和首次任务切换等函数。 4.针对国内外提出的同步交流采样误差补偿算法的局限性，本文从理论上对同步交流采样的准确误差进行了研究，并尝试根据被测信号周期的首尾过零点的三角形相似法，求出误差参数并对误差进行补偿。此外，考虑到采样周期△T不均匀，经多次采样后会产生累积误差，本文也给出了采样周期△T的优化算法。 5.完成了系统硬件设计，并根据补偿算法和△T优化法则，编写了相应采样驱动和串口驱动。最后对实验数据进行了分析和比较，得出重要结论：该补偿算法实现简单，计算机工作量小，精度较高。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：xzt
随着生产自动化要求的不断提高，控制技术和微型计算机技术的不断发展，智能记录仪已日益广泛地应用在工业过程领域，并占据了越来越高的地位。近年来，新的应用也对智能记录仪的设计提出了更高的要求。 嵌入式系统因其体积小、性能好、功耗低、可靠性高等优点，其已经在各种记录仪表的开发与设计等领域中得到广泛的应用。为了改善工业现场传统获取数据费时、费力且数据不够及时准确的缺点，本课题基于嵌入式的技术，构建了一个由32位的嵌入式微处理器S3C24lO和实时操作系统IAnux组成的平台，并对其进行了开发研究，设计并实现了针对工业过程数据处理的一种新型的记录系统。 本文研究了无纸记录仪通用开发方法，设计了系统结构、功能和性能设计指标。该系统以三星公司生产的S3C2410(ARM)微控制器为核心，配置大容量Flash存贮器、实时时钟等，通过8个信号输入通道，可配接热电偶、热电阻以及标准的电压/电流信号，经16位采样送ARM处理后，按设定要求完成信号监测、数据记录和柱状图、曲线显示、异常数据报警等无纸记录仪的功能，以及通过RS232通信接口与其它系统进行数据通信；在系统软件设计方面，采用结构化、模块化方法，结合硬件配置设计了数据采集、检测信号处理、数据存取、键盘操作功能模块以及柱状图、曲线等图形显示功能函数，从而使具有了模块化扩展功能。试验表明了该系统对数据进行了准确、可靠的的采集与处理，较好地满足了工业现场的需求。 本课题是数据记录系统在工业现场数据采集、处理领域中的一次成功尝试。在实际应用中，该系统凸显出强大的功能、良好的灵活性。实践证明本系统是一种优秀的解决方案，能够高效的实现各种测控任务。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：trepb001
根据机械电子工程类专业测控实验教学平台数据采集的需要，在综合考虑成本和性能基础上，提出以为主处理芯片的数据采集卡设计方案。 该方案的主要特点是，使用基于ARM7TDMI内核的，工作主频最高可达44MHz；内置高性能的ADC和DAC模块，采样速度最高可达1MSPS，采样精度为12位；模拟信号输入通道最多可达16路，模拟信号输出通道最高可达4路；具有丰富的外设资源可以使用，GPIO口数目最高可达40个。 在设计中采用了模块化思想，将系统分为四个功能模块：主模块的功能是控制ADC进行信号采集和DAC进行模拟信号输出；模拟信号模块的作用是对传感器输入信号和DAC输出波形进行简单的调理；数字信号模块引出32路数字I/O口，可用于需要采集数字量的场合；JTAG模块可进行程序的调试和下载，对于数据采集卡的二次开发有很大的作用。 在本数据采集卡上，尝试进行了μC/OSⅡ操作系统的移植，成功实现了四个任务的管理。在实际应用中，工作数小时仍可保持正常的运行。 为检验数据采集卡的串口通讯能力，利用LabVIEW程序读取下位机串口发送的已采集到的数据，进行波形图绘制。 为检验本数据采集卡的ADC和DAC精度，设计实验利用DAC输出波形，并利用ADC将采集到的波形通过LabVIEW显示，测量结果显示两者电压值误差均在可允许的3LSB（Least Significant Bit）范围内，表明本数据采集卡已基本实现预期设计指标。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：bruce
