随着电子技术的发展,当前数字系统的设计正朝着速度快、容量大、体积小、重量轻的方向发展.FPGA以其功能强大,开发过程投资少、周期短,可反复修改,保密性能好,开发工具智能化等特点成为当今硬件设计的首选方式之一.由于Intel公司的MCS-51系列单片机被公认为8位机的工业标准,因此,使用FPGA模拟实现8051单片机及其外设的功能便成为大规模复杂数字系统设计中的重要课题.该文首先介绍了FPGA及Xilinx公司关于硬件设计开发的工具ISE系统,继而用VHDL语言编写了8051单片机功能实现的源代码,然后为其设计了与部分外设连接的接口模块,包括8255并行接口、SCI串行接口和KBC键盘接口模块.并将它们封装到一块FPGA之中,最终实现了8051单片机的大部分功能.
上传时间： 2013-07-28
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温度的测量和控制在工业生产中有广泛的应用，尤其在石油、化工、电力、冶金等工业领域中，对温度的测量和监控是非常重要的一个环节，温度参数是工业控制中的一项重要的指标。 本文主要研究了基于ARM9架构的嵌入式Linux系统在工业领域中各种炉温控制场合中的应用。目前控制方案主要是采用传统的PLC和单片机进行控制。PLC主要是针对单项工程或者重复数极少的项目，灵活性相对不足，并且体积大，成本相对较高；而单片机主要用于小型设备的控制，具有成本低，功耗低，效率高的特点，但可移植性较差。为了适应信息产业的发展，新技术革新以及产业的专业化现代化的发展，本文针对PLC和单片机控制的优缺点和应用场合提出了采用ARM9嵌入式微控制器AT91RM9200和Linux操作系统相结合的嵌入式温度控制系统，具有系统扩展性强、可靠性高、响应速度快、体积小等特点，为用户提供了一种新型的控制方案。 本文首先论述了嵌入式操作系统的组成，接着设计了温度控制系统的硬件系统，主要包括CPU模块、模拟电路模块、存储模块和通信模块四个部分：在对温度控制系统的软件部分的设计中，主要是针对Boot-Loader的移植、Linux内核移植、根文件系统的定制、驱动程序的编写和应用程序的编写五部分进行设计。 系统功能主要是循环采集AD通道数据，上传AD数据到服务器，接收服务器下发的控制数据包，记录日志等。通过在线运行测试，该系统稳定可靠，采集和控制效果良好，可有效降低了生产成本和工人的劳动强度，为安全生产提供保证。
上传时间： 2013-04-24
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高端湿热环境试验箱的温湿度控制器有着如下特点：①、人机接口模块大多采用彩色液晶屏和触摸屏；②、控制器存储容量大，可存储大量温湿度数据；⑧、温湿度数据测量精度高；④、温湿度控制精度高，具有自调整能力，可根据试验条件的变化调节控制器内部参数。⑤、辅助功能多，如RS232串口通讯、USB通讯、以太网通讯等，方便和PC机的连接。此种类型的温湿度控制器国内生产较少。 本文在综述国内温湿度控制技术的基础上，提出了基于ARM9芯片的高性能温湿度控制的设计方法。本文主要针对以下几个方面进行了研究：研究试验箱内热力学过程并建立温湿度控制系统的简化数学模型；分析温湿度控制箱的控制方法，选择合理的温湿度测量方案，提出了减少误差的方法；分析温湿度控制器的功能需求，完成了基于ARM的温湿度控制器的硬件设计和调试；选择了温湿度控制系统的控制算法，并在设计的硬件平台上实现；最后对控制效果进行了试验分析。 本论文各章节主要内容概述如下： 第1章综述了湿热环境试验设备技术和嵌入式系统技术进展，提出了课题的研究内容、难点和创新点。 第2章分析了湿热环境试验箱温湿度控制的控制算法，分析了被控空气的热力学过程，得出简化数学模型。 第3章对温度、湿度测量系统及其误差消除方法进行分析，提出基于AD7711的高精度温湿度测量方案。 第4章分析温湿度控制器的需求，完成温湿度控制器硬件平台的设计。 第5章研究温湿度控制系统的控制算法，在硬件平台上实现PID继电自整定算法。 第6章对温湿度控制的实际控制效果进行试验分析。 第7章总结与展望。
上传时间： 2013-04-24
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在国内新的电力市场形势的变化下，配电网自动化尤其是配电网自动化中的无功补偿和配电数据监测在电力企业中的重要性越来越显著。另一方面，我国电力供需矛盾趋于缓和，电力负荷控制系统的控制功能变得很少使用，造成了资金、资源的很大浪费。为了使这些资源更有效地服务于配电网自动化建设，在充分整合电力负荷控制系统原有硬件资源的基础上，开发了基于ARM的智能控制器来实现对电网的无功补偿和配电监测，对原有的数据资源进行了进一步的开发利用。 本论文主要完成了以下几个方面的工作： 1、研究电网数据采集方法、高速数字信号处理算法、智能无功补偿算法。 2、研究基于GPRS的分布式网络结构及国家电网公司通信协议《电力负荷管理系统数据传输规约—2004》的实现。 3、研究基于高性能嵌入式系统的终端软、硬件平台的实现
上传时间： 2013-04-24
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汽车仪表是驾驶员与汽车进行交流的重要窗口，也是汽车高新技术的重要部分。传统汽车仪表多使用指针型显示器件为主，如步进电机、十字线圈，辅以液晶显示，显示的信息量相对较少，且结构复杂。一方面随着汽车电子化程度的不断提高，进行技术创新，研制开发新一代汽车仪表产品；另一方面，由于能源和环保问题，汽车也将从内燃机汽车发展到包括纯电动汽车(BEF)、混合电动汽车(HEV)以及燃料电池汽车(FCV)的新能源汽车时代，因此结合新能源汽车信息量多、电子化程度高的特点，开发新一代汽车智能仪表具有重要的现实和长远意义。 本文正是在这样的背景下，以同济大学汽车学院自主研发的ROVER燃料电池轿车为研究对象，进行了汽车智能仪表的一些功能研究与开发。所做的主要工作有： (1)根据要实现的功能确定所需的硬件资源，选择合适的嵌入式硬件系统。 (2)嵌入式操作系统的选择和二次开发。在选择操作系统时要考虑到系统的硬件可移植性、实时性、对内存的需求以及提供哪些开发工具等。 (3)应用软件的开发。主要是仪表界面设计，包括数字图形显示，动画显示，数据库开发等。 (4)基于无线数据传输模块下的GPRS无线通讯实验。包括客户端和服务器端系统配置，动态域名解析等。 该仪表已应用于ROVER燃料电池轿车，实践表明，在嵌入式平台上显示车载信息，同传统仪表相比具有较大的优势。可满足小型化、轻量化的要求；造型美观，可动画显示、可读性、可视性强；可实现一表多用。从软件方面来讲，引入了操作系统的概念，增强了代码的可读性、可维护性、可扩展性以及灵活性；信息显示自由度高，显示界面人性化，可定制；即使更换硬件平台，也只需对操作系统和底层驱动程序进行少量的移植工作，而无需修改与硬件无关的应用代码。
上传时间： 2013-04-24
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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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正交频分复用(OFDM)技术是一种多载波数字调制技术，具有频谱利用率高、抗多径干扰能力强、成本低等特点，适合无线通信的高速化、宽带化及移动化的需求，将成为下一代无线通信系统(4G)的核心调制传输技术。 本文首先描述了OFDM技术的基本原理。对OFDM的调制解调以及其中涉及的特性和关键技术等做了理论上的分析，指出了OFDM区别于其他调制技术的巨大优势；然后针对OFDM中的信道估计技术，深入分析了基于FFT级联的信道估计理论和基于联合最大似然函数的半盲分组估计理论，在此基础上详细研究描述了用于OFDM系统的迭代的最大似然估计算法，并利用Matlab做了相应的仿真比较，验证了它们的有效性。 而后，在Matlab中应用Simulink工具构建OFDM系统仿真平台。在此平台上，对OFDM系统在多径衰落、高斯白噪声等多种不同的模型参数下进行了仿真，并给出了数据曲线，通过分析结果可正确评价OFDM系统在多个方面的性能。 在综合了OFDM的系统架构和仿真分析之后，设计并实现了基于FPGA的OFDM调制解调系统。首先根据802.16协议和OFDM系统的具体要求，设定了合理的参数；然后从调制器和解调器的具体组成模块入手，对串/并转换，QPSK映射，过采样处理，插入导频，添加循环前缀，IFFT/FFT，帧同步检测等各个模块进行硬件设计，详细介绍了各个模块的设计和实现过程，并给出了相应的仿真波形和参数说明。其中，针对定点运算的局限性，为系统设计并自定义了24位的浮点运算格式，参与傅立叶反变换和傅立叶变换的运算，在系统参数允许的范围内，充分利用了有限资源，提高了系统运算精度；然后重点描述了基于FPGA的快速傅立叶变换算法的改进、优化和设计实现，针对原始快速傅立叶变换FPGA实现算法运算空闲时间过多，资源占用较大的问题，提出了带有流水作业功能、资源占用较少的快速傅立叶变换优化算法设计方案，使之运用于OFDM基带处理系统当中并加以实现，结果满足系统参数的需求。最后以理论分析为依据，对整个OFDM的基带处理系统进行了系统调试与性能分析，证明了设计的可行性。 综上所述，本文完成了一个基于FPGA的OFDM基带处理系统的设计、仿真和实现。本设计为OFDM通信系统的进一步改进提供了大量有用的数据。
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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随着数字技术的高速发展，越来越多的针对数字视频压缩、传送、显示等的设备涌入市场。要从这些良莠不齐的产品中挑选出令人满意的商品，一套良好的数字视频测试设备就必不可少。然而，现阶段大多数数字视频信号源都存在不同的缺点，如测试图像种类太少、没有动态测试源、缺乏专用测试信号等。为有效克服这些缺陷，作者设计并开发了一套基于FPGA的数字视频信号发生器。整个系统包括硬件平台和图像格式转换软件两大部分。硬件平台本身即为独立的信号发生器，可以生成多种测试图像。配备了图像格式转换软件，就可以实现硬件平台从PC机接收各种静态测试图像、动态测试序列，不断更新测试图像库。整个系统具有良好的硬件体系结构、便捷的输入接口，稳定的信号输出，同时操作灵活、方便，易于升级更新。 在系统的开发过程中，使用了多种硬件、软件开发工具，如PROTEL DXP、ISE、MODEL SIM、MATLAB、C＃．NET等。由于软硬件调试均由同一人完成，因此整个系统具备良好的统一性和兼容性。 另外，作者还研究并设计了一种针对H.264编解码器压缩损伤的测试信号。评估一个编码器的性能可采用主观评价或客观评价两种方法。其中主观评价最为直接、有效。本文在依托主观评价方法的基础上，结合客观参数的指导性，研究并设计一种通过人眼就可以方便的观测到实际存在的压缩损伤的测试信号，以达到直接对编解码器性能进行比较的目的。
上传时间： 2013-07-19
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随着各种非线性电力电子设备的大量应用，电网中的谐波污染日益严重。为了保证电力系统的安全经济运行，保证电气设备和用电人员的安全，治理电磁环境污染、维护绿色环境，研究实时、准确的电力谐波分析系统，对电网中的谐波进行实时检测、分析和监控，都具有重要的理论和工程实际意义。 目前实际应用的电力谐波分析系统大多是以单片机为核心组成。单片机运行速度慢，实时性较差，不能满足实际应用中对系统实时性越来越高的要求。另外，单片机的地址线和数据线位数较少，这使得由单片机构成的电力谐波分析系统外围电路庞大，系统的可靠性和可维护性上都大打折扣。 本文首先研究了电力谐波的产生，危害及国内外研究现状，对电力谐波检测中常用的各种算法进行分析和比较；然后介绍了FPGA芯片的特性和SOPC系统的特点，并分析比较了传统测量谐波装置和基于FPGA的新型谐波测量仪器的特性。综述了可编程元器件的发展过程、主要工艺发展及目前的应用情况。 然后，对整个谐波处理器系统的框架及结构进行描述，包括系统的功能结构分配，外围硬件电路的结构及软件设计流程。其后，针对系统外围硬件电路、FFTIP核设计和SOPC系统的组建，进行详细的分析与设计。系统采用NiosⅡ处理器核和FFT运算协处理器相结合的结构。FFT运算用专门的FFT运算协处理器核完成，使得系统克服的单片机系统实时性差和速度慢的缺点。FFTIP核采用现在ASIC领域的一种主流硬件描述语言VHDL进行编写，采用顺序的处理结构和IEEE浮点标准运算，具有系统简单、占用硬件资源少和高运算精度的优点。谐波分析仪系统组建采用SOPC系统。SOPC系统具有可对硬件剪裁和添加的特点，使得系统的更简单，应用面更广，专用性更强的优点。最后，给出了对系统中各模块进行仿真及系统生成的结果。
上传时间： 2013-04-24
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