本文介绍了基于软PLC(Programmable Logic Controller，可编程控制器)的嵌入式技术起源和背景，综述了基于软PLC的嵌入式系统的关键技术和优点，最后介绍了其设计和实现的方法。 基于软PLC的嵌入式系统的研究与实现分为开发系统和运行系统(又称为虚拟机系统)。本文概述了开发系统，其运行于PC机的操作系统如Windows或者Linux等，为用户提供一个大众化的编程环境，它包含编辑器、编译器、连接器、调试器和通信接口几个部分。编辑界面友好，可以让用户方便的使用LD、ST和FBD三种语言编写程序，编译器和连接器将源程序文件编译和连接成虚拟机系统可执行的目标代码文件；分析了开发系统，其中详细描述了编译模块的编制过程，实现了将指令表语言转换为运行系统能够识别的C/C++指令的功能；详细地研究了梯形图转换为指令表语言，以及由指令表语言向梯形图语言的算法和数据结构。调试器借助于虚拟机运行系统提供的服务可完成对应用程序的调试纠错；讨论了uCLinux操作系统和编译调试技术，以及采用ModBus/TCP工业通信协议的通信接口用于开发系统和运行系统之间的通信。 另一方面，本文分析了虚拟机运行系统，它运行于安装了uCLinux的ARM7平台上，包括运行内核模块、系统管理模块和通信接口模块。由于uCLinux没有MMU和本身对实时性没有什么要求，而针对基于软PLC的嵌入式系统的研究与实现要求，本文在对其进行了uCLinux小型化研究的同时探讨了双内核实时性方案，解决了uCLinux实时性不足的问题。运行内核模块调度和执行应用程序并管理时钟。系统管理模块管理系统状态和内存。通信模块用于开发系统及I/O设备通信。在此基础上，对基于软PLC的嵌入式系统的进行了设计与实现，并通过试验将编译的目标代码传递到基于软PLC的嵌入式运行系统中，实现了控制功能，验证了生成目标代码的正确性和开发系统的可行性，实现了编辑界面友好，系统开放，性价比较高的软PLC嵌入式系统，达到了预期的目标，具有一定理论和应用价值。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：jiiszha
随着计算机网络与嵌入式控制技术的迅速发展，作为传统运输行业的铁路系统对此也有了新的要求，列车通信网络应运而生。经过多年的发展，国际电工委员会(IEC)为了规范列车通信网络，于1999年通过了IEC61375-1标准。该标准将列车通信网络分为两条总线：绞线式列车总线(WTB)和多功能车辆总线(MVB)。MVB是一个标准通信介质，为挂在其上的设备传输和交换数据。而多功能车辆总线控制器(MVBC)是MVB与MVB实际物理层之间的接口，其主要实现MVB数据链路层的功能。由于该项关键技术仍被国外公司垄断，因此开发具有自主知识产权的MVBC迫在眉睫。 鉴于上述原因，本文深入研究了IEC61375-1标准。根据MVBC的技术特点，本文提出了使用FPGA来实现其具体功能的方案。挂在MVB总线上的设备分为五类，他们的功能各不相同。而支持4类设备的MVBC具有设备状态、过程数据、消息数据通信和总线管理功能，并且兼容2类和3类设备。本文的目的就是用FPGA实现支持4类设备的MVBC。 本文采用自顶向下的设计方法。整个MVBC主要划分为：编码模块、译码模块、冗余控制模块、报文分析单元、通信存储控制器、主控制单元、地址逻辑模块。在整个开发流程中，使用Xilinx的ISE集成开发环境。使用Verilog HDL硬件描述语言对上述各个模块进行RTL级描述，并用Synplify Pro进行综合。最后，在ModelSim中对各个模块进行了布线后仿真和验证。 在实验室条件下，通过严格的仿真验证后，其结果证明了本文设计的模块达到了IEC61375-1标准的要求。因此，用FPGA实现MVBC这一方案具有可操作性。 关键词：列车通信网；多功能车辆总线；多功能车辆总线控制器；现场可编程门阵列
上传时间： 2013-07-18
上传用户：wxhwjf
数据采集是信号与信息系统中一个重要的组成部分，也是数字信号处理的关键环节。本论文主要介绍一种基于FPGA的数据采集系统，提出一种由高速A/D转换芯片、高性能FPGA和PCI总线接口组成的数据采集系统方案及其的硬件电路实现方法。该系统利用AD器件对信号进行放大、差分转换和模数转换，利用FPGA设计内部模块和时钟信号来进行电路控制及实现数据缓存、数据传递等功能，最后通过PCI逻辑接口把暂存在FPGA的数据传送到PC主机。FPGA作为采集系统的核心部件，完成了内部数字电路设计，使系统具有很高的可适应性、可扩展性和可调试性。 本论文从研究数据采集的理论出发，重点研究了A/D模数转换、FPGA芯片设计及PCI总结接口设计，完成了系统的各级电路硬件设计，并通过系统仿真验证了系统的可行性。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：小杨高1
近红外光谱法是血液成分无创检测方法中的热点，也是取得成果最多的方法之一。但是，个体差异和测量条件是影响近红外光谱血液成分无创检测的一个较突出的问题。而动态光谱法就是针对这个问题而提出的一种全新的近红外无创血液成分浓度检测方法。它从原理上消除了个体差异和测量条件等对光谱检测的影响，为基于近红外光谱法的血液成分无创检测方法进入临床应用去除了一个较为关键的障碍。因此，本文根据动态光谱检测原理设计了基于FPGA的动态光谱数据采集系统。 在分析了动态光谱数据采集系统的性能要求后，采用DALSA的高性能线阵CCD IL-C6-2048C作为光电转换器件；根据CCD输出数据的高速度和信号微弱及含有噪声等特点，选用了高速、高精度、并带有相关双采样芯片的图像处理芯片AD9826作为模数转换器件；以FPGA及其内嵌的NIOSⅡ处理器作为核心控制器，并用LabVIEW对采集得到的数据进行显示。 在FPGA中，利用Verilog HDL语言编写了CCD和AD9826的控制时序；利用两块双口RAM组成乒乓操作单元，实现高速数据的缓存，避免利用NiosⅡ处理器直接读取时的频繁中断。将NIOSⅡ处理器系统嵌入到FPGA中，实现整个系统的管理。NiOSⅡ处理器利用中断方式读取缓存单元中的数据、经对数变换后传递给计算机。其中缓存数据的读取及对数变换均采用自定义组件的方式将硬件单元添加到NIOSⅡ系统中，编程时直接调用。NIOSⅡ系统通过串口将处理后的数据传递给LabVIEW， LabVIEW对数据简单处理后显示，以实时观察采样数据是否正确。 最后对系统进行了实验测试，实验结果表明，系统能够很好的采集并显示数据，能够初步完成光信号的检测。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：luyanping
随着图像处理技术和投影技术的不断发展，人们对高沉浸感的虚拟现实场景提出了更高的要求，这种虚拟显示的场景往往由多通道的投影仪器同时在屏幕上投影出多幅高清晰的图像，再把这些单独的图像拼接在一起组成一幅大场景的图像。而为了给人以逼真的效果，投影的屏幕往往被设计为柱面屏幕，甚至是球面屏幕。当图像投影在柱面屏幕的时候就会发生几何形状的变化，而避免这种几何变形的就是图像拼接过程中的几何校正和边缘融合技术。 一个大场景可视化系统由投影机、投影屏幕、图像融合机等主要模块组成。在虚拟现实应用系统中，要实现高临感的多屏幕无缝拼接以及曲面组合显示，显示系统还需要运用几何数字变形及边缘融合等图像处理技术，实现诸如在平面、柱面、球面等投影显示面上显示图像。而关键设备在于图像融合机，它实时采集图形服务器，或者PC的图像信号，通过图像处理模块对图像信息进行几何校正和边缘融合，在处理完成后再送到显示设备。 本课题提出了一种基于FPGA技术的图像处理系统。该系统实现图像数据的AiD采集、图像数据在SRAM以及SDRAM中的存取、图像在FPGA内部的DSP运算以及图像数据的D/A输出。系统设计的核心部分在于系统的控制以及数字信号的处理。本课题采用XilinxVirtex4系列FPGA作为主处理芯片，并利用VerilogHDL硬件描述语言在FPGA内部设计了A/D模块、D/A模块、SRAM、SDRAM以及ARM处理器的控制器逻辑。 本课题在FPGA图像处理系统中设计了一个ARM处理器模块，用于上电时对系统在图像变化处理时所需参数进行传递，并能实时从上位机更新参数。该设计在提高了系统性能的同时也便于系统扩展。 本文首先介绍了图像处理过程中的几何变化和图像融合的算法，接着提出了系统的设计方案及模块划分，然后围绕FPGA的设计介绍了SDRAM控制器的设计方法，最后介绍了ARM处理器的接口及外围电路的设计。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：ynsnjs
可配置端口电路是FPGA芯片与外围电路连接关键的枢纽，它有诸多功能：芯片与芯片在数据上的传递(包括对输入信号的采集和输出信号输出)，电压之间的转换，对外围芯片的驱动，完成对芯片的测试功能以及对芯片电路保护等。 本文采用了自顶向下和自下向上的设计方法，依据可配置端口电路能实现的功能和工作原理，运用Cadence的设计软件，结合华润上华0.5μm的工艺库，设计了一款性能、时序、功耗在整体上不亚于xilinx4006e[8]的端口电路。主要研究以下几个方面的内容： 1.基于端口电路信号寄存器的采集和输出方式，本论文设计的端口电路可以通过配置将它设置成单沿或者双沿的触发方式[7]，并完成了Verilog XL和Hspiee的功能和时序仿真，且建立时间小于5ns和保持时间在0ns左右。和xilinx4006e[8]相比较满足设计的要求。 2.基于TAP Controller的工作原理及它对16种状态机转换的控制，对16种状态机的转换完成了行为级描述和实现了捕获、移位、输出、更新等主要功能仿真。 3.基于边界扫描电路是对触发器级联的构架这一特点，设计了一款边界扫描电路，并运用Verilog XL和Hspiee对它进行了功能和时序的仿真。达到对芯片电路测试设计的要求。 4.对于端口电路来讲，有时需要将从CLB中的输出数据实现异或、同或、与以及或的功能，为此本文采用二次函数输出的电路结构来实现以上的功能，并运用Verilog XL和Hspiee对它进行了功能和时序的仿真。满足设计要求。 5.对于0.5μm的工艺而言，输入端口的电压通常是3.3V和5V，为此根据设置不同的上、下MOS管尺寸来调整电路的中点电压，将端口电路设计成3.3V和5V兼容的电路，通过仿真性能上已完全达到这一要求。此外，在输入端口处加上扩散电阻R和电容C组成噪声滤波电路，这个电路能有效地抑制加到输入端上的白噪声型噪声电压[2]。 6.在噪声和延时不影响电路正常工作的范围内，具有三态控制和驱动大负载的功能。通过对管子尺寸的大小设置和驱动大小的仿真表明：在实现TTL高电平输出时，最大的驱动电流达到170mA，而对应的xilinx4006e的TTL高电平最大驱动电流为140mA[8]；同样，在实现CMOS高电平最大驱动电流达到200mA,而xilinx4006e的CMOS驱动电流达到170[8]mA。 7.与xilinx4006e端口电路相比，在延时和面积以及功耗略大的情况下，本论文研究设计的端口电路增加了双沿触发、将输出数据实现二次函数的输出方式、通过添加译码器将配置端口的数目减少的新的功能，且驱动能力更加强大。
上传时间： 2013-07-20
上传用户：顶得柱
交流电源供电方式正在由集中式向分布式、全功能式发展，而实现分布式电源的核心就是模块的并联技术。多台逆变器并联可以实现大容量供电和冗余供电，可大大提高系统的灵活性，使电源系统的体积重量大为降低，同时其主开关器件的电流应力也可大大减少，从根本上提高了可靠性、降低成本和提高功率密度。本文主要研究逆变器并联技术。 本文首先对电压、电流双闭环逆变器控制系统进行了研究。通过对传递函数的分析，得到了基于等效输出阻抗的双闭环控制的逆变器并联系统模型。在分析逆变器模型的基础上设计了各控制器参数，并通过MATLAB仿真进行了验证。根据上述模型，分析了逆变器并联的环流特性，以及基于有功和无功功率的并联控制方案。 随着电子技术的不断发展，FPGA技术正在越来越多地用于工程实践中。本文在研究SPWM控制技术的基础上，应用FPGA芯片EP1C12Q240C8实现了SPWM数字控制器，用于多模块逆变器并联控制系统。文中给出了仿真结果和芯片的测试结果。 基于FPGA的三相逆变器并联数字控制器的研究具有现实意义，设计具有创新性。仿真和芯片的初步测试结果表明：本文设计的基于FPGA的逆变器并联数字控制器能够满足逆变器并联系统的要求。
上传时间： 2013-08-05
上传用户：huangzr5
本文提出了一种适合于嵌入式SoC的USB器件端处理器的硬件实现结构。并主要研究了USB器件端处理器的RTL级实现及FPGA原型验证、和ASIC实现研究，包括从模型建立、算法仿真、各个模块的RTL级设计及仿真、FPGA的下载测试和ASIC的综合分析。它的速度满足预定的48MHz，等效门面积不超过1万门，完全可应用于SOC设计中。 本文重点对嵌入式USB器件端处理器的FPGA实现作了研究。为了准确测试本处理器的运行情况，本文应用串口传递测试数据入FPGA开发板，测试模块读入测试数据，发送入PC机的主机端。通过NI-VISA充当软件端，检验测试数据的正确。
上传时间： 2013-07-24
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随着当今生产力的发展和技术的进步，生产设备的自动化程度越来越高，传统的监控手段已不能满足生产自动化、智能化和网络化的需求。智能巡检终端作为生产安全的重要辅助设备，能在复杂环境下实现对多设备多信号量的实时采集和处理，可以作为解决生产设备安全运行的主要手段之一。近来年嵌入式技术以其强大的处理能力、高度的可靠性在微控制领域的应用越来越广泛。无线通信技术，特别是GPRS无线网络技术的快速发展。使互联网等宽带数据网络与无线通信网络实现互联，能够大大提高无线监控效率。在分析研究了当前国内、外设备巡检系统研究现状，并结合嵌入式技术和GPRS无线网络通讯技术的基础上，根据实际项目企业的具体生产要求，论文提出了一种基于GPRS无线通信技术与嵌入式技术的无线智能设备巡检系统。 本系统采用三星公司的ARM920TS3C2410芯片作为系统处理器，处理器从外部传感器采集到的相关数据，如：温度、湿度、压力等，通过SIM—300GRPS无线通讯模块的AT命令将数据通过无线网络传送到移动运营商GPRS网络中，然后将数据传送到生产监控中心(指定IP地址或域名)监控中心，监控中心可以通过专门软件对从各监控点传递的数据作出分析处理，并通过GPRS网络将相关控制命令反馈给各个监控点。 本课题主要工作集中在两个方面：一方面是GPRS无线收发设备硬件实现，在这一部分涉及到模块硬件功能设计、无线模块、嵌入式处理器的选型；另一方面是软件设计，给出了系统软件开发流程，完成了各模块的开发工作。研究和试验表明，该系统具有价格低廉、稳定可靠的特点，能满足远程无线数据传输的实际需求。
上传时间： 2013-06-01
上传用户：wxhwjf
目前，许多高校在机房管理上使用了IC 卡，其中少数机房是使用接触式IC卡，众所周知，接触式IC 卡在可靠性、易用性、安全性、高抗干扰性和工作距离方面不及非接触式IC 卡，因此很多接触式IC 卡基本已被非接触式IC 卡取代。 经过调研发现，使用IC 卡的机房管理系统的基本工作方式是每个机房中配置了1个IC 卡读写终端和1 台监控机。IC 卡读卡终端只是一个普通的读卡器，只负责读取卡内信息，并通过串口等通信方式将IC 卡信息传输给监控机，读卡终端本身没有信息存储功能，实际的计费管理完全是通过监控计算机控制，监控计算机向中心服务器端定时或实时传输刷卡信息。由于整个系统要占用一台微机，而且中间的信息传递、计费环节都要由它来完成，不仅浪费资源，而且也增加了安全隐患。在这种工作模式下，会出现一些问题和漏洞： 1) 可靠性不高由于读卡设备与监控计算机之间的信息传输只是暂时保存在监控计算机中，如果监控计算机遭到病毒袭击或者出现硬件故障，将出现无法挽回的后果。而且由于学生信息都保存在监控计算机中，因此存在着人为伪造、篡改和徇私舞弊行为的极大可能。 2) IC卡的特点未完全体现IC卡除了能标识身份外，还有电子钱包功能，能对其进行充值和扣款，但是上述方法基本上IC卡只用做标识身份，实际的每次扣款，都是由监控计算机和中心服务器来完成，基本与读卡设备无关。 3) 不方便学生上机和收费管理学生每次上机刷卡，都要由监控计算机连接中心服务器端，由中心服务器端读出学生信息，进行核对，而且对学生的扣款需要额外的计算机软件来进行计时和计费处理，显得比较繁琐。 鉴于以上问题，为提高机房管理效率，降低工作强度，并及时处理机房发生的故障，采用机房计费管理系统势在必行。如果能在读卡终端设备中完成计费的大部分功能，并且增加存储功能，这样就可以减少监控计算机的负担，甚至读卡终端设备可以直接与中心服务器通信，不仅能增加系统的可靠性和安全性而且还充分利用了IC 卡的功能，还降低了财务统计和计算带来的麻烦。 目前已经应用于机房管理的解决方案主要有3种方式，即:软硬件结合控制方式、帐号方式和门禁方式。鉴于设计要求，并且考虑到安全、可靠、简单等因素，如果在软硬件结合控制方式中，把更多的任务交由读卡终端，比如由读卡终端来存储数据、计费管理，同时如果读卡终端能实现TCP/IP 通信，那么监控计算机的任务就大大降低，甚至可以由读卡终端直接与中心服务器通信。就减少了一些不必要的麻烦和安全风险。本论文的设计就是基于这一点来进行的。 本系统要求数据传输稳定可靠，实时性要好，另外考虑到性价比等因素，综合考虑选择将μC/OS-II 操作系统移植到ARM7 上作为开发平台。在此平台基础上，考虑到TCP/IP协议栈的实现与要采用的硬件的性能以及实现的成本有关。从解决这一技术问题出发，结合本论文研究的应用对象，决定使用嵌入式操作系统，此种方案可以描述为嵌入式TCP/IP协议栈＋嵌入式操作系统＋微控制器。 本文介绍了一种基于ARM7的IC 卡机房管理终端的设计方案。该系统在ARM7的基础上实现了μC/OS-Ⅱ操作系统的移植和TCP/IP协议栈的嵌入，能够正确读写IC 卡信息，增加了SD 卡存储功能，完成计费操作，实现液晶显示功能，能够通过以太网或串口直接与服务器通信。 本文详细介绍了整个机房管理系统终端的硬软件设计，给出了嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ在ARM7 处理器上的详细移植过程，介绍了一种TCP/IP协议栈和基于套接字的编程方法，同时也提供了一种多卡操作的防冲突机制。 同目前大多数机房管理系统相比，该系统有如下特点： 1) 由于使用了嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ，提高了系统的实时性和反应时间，任务管理和调度更加方便有效。 2) 由读卡终端来进行计费操作，降低了服务器端的工作压力，同时降低了安全风险。 3) 增加了数据存储功能，提高了系统的可靠性，有利于数据的查询和故障的恢复。 4) 增加了对无效卡、注销卡和欠费卡的判断与处理，对恶意操作或者有意或者无意的逃费操作采取了积极有效的措施。 5) 以太网通信克服了以往串口通信的传输距离短、传输速率慢等缺点，使得通信更加方便、高效，并且可以进行远距离传输和控制。
上传时间： 2013-07-09
上传用户：浅言微笑
