随着电子技术的快速发展，各种电子设备对时间精度的要求日益提升。在卫星发射、导航、导弹控制、潜艇定位、各种观测、通信等方面，时钟同步技术都发挥着极其重要的作用，得到了广泛的推广。对于分布式采集系统来说，中心主站需要对来自于不同采集设备的采集数据进行汇总和分析，得到各个采集点对同一事件的采集时间差异，通过对该时间差异的分析，最终做出对事件的准确判断。如果分布式采集系统中的各个采集设备不具有统一的时钟基准，那么得到的各个采集时间差异就不能反映出实际情况，中心主站也无法准确地对事件进行分析和判断，甚至得出错误的结论。因此，时钟同步是分布式采集系统正常运作的必要前提。 目前国内外时钟同步领域常用的技术有GPS授时技术，锁相环技术和IRIG-B 码等。GPS授时技术虽然精度高，抗干扰性强，但是由于需要专用的GPS接收机，若单纯使用GPS 授时技术做时钟同步，就需要在每个采集点安装接收机，成本较高。锁相环是一种让输出信号在频率和相位上与输入参考信号同步的技术，输出信号的时钟准确度和稳定性直接依赖于输入参考信号。IRIG-B 码是一种信息量大，适合传输的时间码，但是由于其时间精度低，不适合应用于高精度时钟同步的系统。基于上述分析，本文结合这三种常用技术，提出了一种基于FPGA的分布式采集系统时钟同步控制技术。该技术既保留了GPS 授时的高精确度和高稳定性，又具备IRIG-B时间码易传输和低成本的特性，为分布式采集系统中的时钟同步提供了一种新的解决方案。 本文中的设计采用了Ublox公司的精确授时GPS芯片LEA-5T，通过对GPS芯片串行时间信息解码，获得准确的UTC时间，并实现了分布式采集系统中各个采集设备的精确时间打码。为了能够使整个分布式采集系统具有统一的高精度数据采集时钟，本论文采用了数模混合的锁相环技术，将GPS 接收芯片输出的高精度秒信号作为参考基准，生成了与秒信号高精度同步的100MHZ 高频时钟。本文在FPGA 中完成了IRIG-B 码的编码部分，将B 码的准时标志与GPS 秒信号同步，提高了IRIG-B 码的时间精度。在分布式采集系统中，IRIG-B时间码能直接通过串口或光纤将各个采集点时间与UTC时间统一，节约了各点布设GPS 接收机的高昂成本。最后，通过PC104总线对时钟同步控制卡进行了数据读取和测试，通过实验结果的分析，提出了改进方案。实验表明，改进后的时钟同步控制方案具有很高的时钟同步精度，对时钟同步技术有着重大的推进意义！
上传时间： 2013-08-05
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软件无线电思想的出现带来了接收机实现方式的革新。随着近年来软件无线电理论和应用趋于成熟与完善，软件无线电技术已经被越来越广泛地应用于无线通信系统和电子测量测试仪器中。数字下变频技术作为软件无线电的核心技术之一，在频谱分析仪中也得到了越来越普遍的应用。 本人参与的手持式频谱分析仪项目采用的是中频数字化实现方式，可满足轻巧，可重配置和低功耗的需求。数字化中频的关键部件数字下变频器DDC采用的是Intersil公司的ISL5216，这个器件和高性能FPGA共同组成手持频谱仪的数字信号处理前端。这个数字前端就手持频谱分析仪来说存在一定的局限性，ISL5216的信号处理带宽单通道为1 MHz，4个通道级联为3MHz，未能满足谱仪分析带宽日益增加的需求；系统集成度不高，ISL5216的功能要是集成到FPGA，可进一步提高系统集成度，降低物料成本和系统功耗。基于以上两个方面的考虑，现正以手持频谱分析仪项目为依托，基于Xilinx Spartan3A-DSP系列FPGA实现高速高处理带宽的DDC。 本论文首先描述了数字下变频基本理论和结构，对完成各级数字信号处理所涉及的数字正交变换、CORDIC算法、CIC、HB、多相滤波等关键算法做了适当介绍；然后介绍了当前主流FPGA的数字信号处理特性和其内部的DSP资源。接着详细描述了数控振荡器NCO、复数数字混频器MIXER、5级CIC滤波器、5级HB滤波器和255阶可编程FIR的设计和实现，并对各个模块的不同实现方式作了对比和仿真测试数据作了分析。最后介绍了所设计DDC在手持频谱分析仪中的主要应用。
上传时间： 2013-04-24
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互感器是电力系统中电能计量和继电保护中的重要设备，其精度和可靠性与电力系统的安全性、可靠性和经济运行密切相关。随着电力工业的发展，传统的电磁式互感器已经暴露出一系列的缺陷，电子式互感器能很好的解决电磁式互感器的缺点，电子式互感器逐步替代电磁式互感器代表着电力工业的发展方向。目前，国产的互感器校验仪主要是电磁式互感器校验仪，电子式互感器校验仪依赖于进口。电子式互感器的发展，使得电子式互感器校验仪的研制势在必行。 本课题依据国际标准IEC60044-7、IEC60044-8和国内标准GB20840[1].7-2007、GB20840[1].8-2007，设计了电子式互感器检验仪。该校验仪采用直接法对电子式互感器进行校验，即同时测试待校验电子式互感器和标准电磁式互感器二次侧的输出信号，比较两路信号的参数，根据比较结果完成电子式互感器的校验工作。论文首先介绍了电子式互感器结构及输出数字信号的特征，然后详细论述了电子式互感器校验仪的硬件及软件设计方法。硬件主要采用FPGA技术设计以太网控制器RTL8019的控制电路，以实现电子式互感器信号的远程接收，同时设计A/D芯片MAX125的控制电路，以实现标准电磁式互感器模拟输出的数字化。软件主要采用FPGA的SOPC技术，研制了MAX125和RTL8019的IP核，在NiosIIIDE集成开发环境下，完成对硬件电路的底层控制，运用准同步算法和DFT算法开发应用程序实现对数字信号的处理。最终完成电子式互感器校验仪的设计。 最后进行了相关的实验，所研制的电子式互感器校验仪对0.5准确级的电子式电压互感器和0.5准确级电子式电流互感器分别进行了校验，对其额定负荷的20％、100％、120％点做为测量点进行测量。经过对实验数据的处理分析可知，校验仪对电子式互感器的校验精度满足0.5％的比差误差和20’的相位差。本课题的研究为电子式互感器校验仪的研制工作提供了理论和实践依据。
上传时间： 2013-04-24
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本文简单介绍了脉冲式激光测距原理、相位式激光测距的原理及相位测量技术。根据课题的要求，给出了电路系统设计方案，选择了合适测相系统电路参数，分析了调制波的噪声对系统的影响，计算出能满足系统精度要求的最低信噪比，对偶然误差、信号变化幅度大小、零点漂移和电路的相位延迟等原因引起的测量误差，提出了具体的解决措施，这些措施提高了数字检相电路的测相精度和稳定性。 根据电路系统设计方案，着重对混频电路、整形电路和自动数字检相电路进行了较为深入的分析与讨论，其中自动数字检相电路采用大规模可编程逻辑器件FPGA实现。 文中述叙了利用FPGA实现自动数字检相的原理及方法步骤，分析了FPGA实现鉴相功能的可靠性。根据设计要求，选择合适的FPGA逻辑器件和配置器件，使用QuartusⅡ软件开发可编程逻辑器件及VHDL编程，给出了用QuartusⅡ软件进行数字检相测量的系统仿真结果和混频电路、比较电路、数字检相电路的实验结果，对在没有零角度位置标志信号和没有允许计数标志信号条件下的实验结果的精度进行了分析。根据误差结果分析，提出了下一步研究改进的措施和思路。
上传时间： 2013-04-24
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频率特性测试仪(简称扫频仪)是一种测试电路频率特性的仪器，它广泛应用于无线电、电视、雷达及通信等领域，为分析和改善电路的性能提供了便利的手段。而传统的扫频仪由多个模块构成，电路复杂，体积庞大，而且在高频测量中，大量的分立元件易受温度变化和电磁干扰的影响。为此，本文提出了集成化设计的方法，针对可编程逻辑器件的特点，对硬件实现方法进行了探索。 本文对三大关键技术进行了深入研究： 第一，由扫频信号发生器的设计出发，对直接数字频率合成技术(DDS)进行了系统的理论研究，并改进了ROM压缩方法，在提高压缩比的同时，改进了DDS系统的杂散度，并且利用该方法实现了幅度和相位可调制的DDS系统-扫频信号发生器。 第二，为了提高系统时钟的工作频率，对流水线算法进行了深入的研究，并针对累加器的特点，进行了一系列的改进，使系统能在100MHz的频率下正常工作。 第三，从系统频率特性测试的理论出发，研究如何在FPGA中提高多位数学运算的速度，从而提出了一种实现多位BCD码除法运算的方法—高速串行BCD码除法；随后，又将流水线技术应用于该算法，对该方法进行改进，完成了基于流水线技术的BCD码除法运算的设计，并用此方法实现了频率特性的测试。 在研究以上理论方法的基础上，以大规模可编程逻辑器件EP1K100QC208和微处理器89C52为实现载体，提出了基于单片机和FPGA体系结构的集成化设计方案；以VerilogHDL为设计语言，实现了频率特性测试仪主要部分的设计。该频率特性测试仪完成扫频信号的输出和频率特性的测试两大主要任务，而扫频信号源和频率特性测试这两大主要模块可集成在一片可编程逻辑器件中，充分体现了可编程逻辑器件的优势。 本文首先对相关的概念理论进行了介绍，包括DDS原理、流水线技术等，进而提出了系统的总体设计方案，包括设计工具、语言和实现载体的选择，而后，简要介绍了微处理器电路和外围电路，最后，较为详细地阐述了两个主要模块的设计，并给出了实现方式。
上传时间： 2013-06-08
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数字超声诊断设备在临床诊断中应用十分广泛，研制全数字化的医疗仪器已成为趋势。尽管很多超声成像仪器设计制造中使用了数字化技术，但是我们可以说现代VLSI 和EDA 技术在其中并没有得到充分有效的应用。随着现代电子信息技术的发展，PLD 在很多与B 型超声成像或多普勒超声成像有关的领域都得到了较好的应用，例如数字通信和相控雷达领域。 在研究现代超声成像原理的基础上，我们首先介绍了常见的数字超声成像仪器的基本结构和模块功能，同时也介绍了现代FPGA 和EDA 技术。随后我们详细分析讨论了B 超中，全数字化波束合成器的关键技术和实现手段。我们设计实现了片内高速异步FIFO 以降低采样率，仿真结果表明资源使用合理且访问时间很小。正交检波方法既能给出灰度超声成像所需要的回波的幅值信息，也能给出多普勒超声成像所需要的回波的相移信息。我们设计实现了基于直接数字频率合成原理的数控振荡器，能够给出一对幅值和相位较平衡的正交信号，且在FPGA 片内实现方案简单廉价。数控振荡器输出波形的频率可动态控制且精度较高，对于随着超声在人体组织深度上的穿透衰减，导致回波中心频率下移的声学物理现象，可视作将回波接收机的中心频率同步动态变化进行补偿。 还设计实现了B 型数字超声诊断仪前端发射波束聚焦和扫描控制子系统。在单片FPGA 芯片内部设计实现了聚焦延时、脉宽和重复频率可动态控制的发射驱动脉冲产生器、线扫控制、探头激励控制、功能码存储等功能模块，功能仿真和时序分析结果表明该子系统为设计实现高速度、高精度、高集成度的全数字化超声诊断设备打下了良好的基础，将加快其研发和制造进程，为生物医学电子、医疗设备和超声诊断等方面带来新思路。
上传时间： 2013-06-18
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本文结合工程需要详细论述了一种数字相位计的实现方法，该方法是基于FPGA(现场可编程门阵列)芯片运用FFT(快速傅立叶变换)算法完成的。首先，从相位测量的原理出发，分析了传统相位计的缺点，给出了一种高可靠性的相位检测实用算法，其算法核心是对采集信号进行FFT变换，通过频谱分析，实现对参考信号和测量信号初相位的检测，并同时阐述了FPGA在实现数字相位计核心FFT算法中的优势。在优化的硬件结构中，利用多个乘法器并行运算的方式加快了蝶形运算单元的运算速度；内置双端口RAM、旋转因子ROM使数据存储的速度得到提高；采用了流水线的工作方式使数据的存储、运算在时间上达到匹配。整个设计采用VHDL(超高速硬件描述语言)语言作为系统内部硬件结构的描述手段，在Altera的QuartusⅡ软件支持下完成。仿真结果表明，基于FPGA实现的FFT算法无论在速度和精度上都满足了相位测量的需要，其运算64点数据仅需27.5us，最大误差在1％之内。
上传时间： 2013-06-04
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本文简单介绍了脉冲式激光测距原理、相位式激光测距的原理及相位测量技术。根据课题的要求，给出了电路系统设计方案，选择了合适测相系统电路参数，分析了调制波的噪声对系统的影响，计算出能满足系统精度要求的最低信噪比，对偶然误差、信号变化幅度大小、零点漂移和电路的相位延迟等原因引起的测量误差，提出了具体的解决措施，这些措施提高了数字检相电路的测相精度和稳定性。 根据电路系统设计方案，着重对混频电路、整形电路和自动数字检相电路进行了较为深入的分析与讨论，其中自动数字检相电路采用大规模可编程逻辑器件FPGA实现。 文中述叙了利用FPGA实现自动数字检相的原理及方法步骤，分析了FPGA实现鉴相功能的可靠性。根据设计要求，选择合适的FPGA逻辑器件和配置器件，使用QuartusⅡ软件开发可编程逻辑器件及VHDL编程，给出了用QuartusⅡ软件进行数字检相测量的系统仿真结果和混频电路、比较电路、数字检相电路的实验结果，对在没有零角度位置标志信号和没有允许计数标志信号条件下的实验结果的精度进行了分析。根据误差结果分析，提出了下一步研究改进的措施和思路。
上传时间： 2013-07-25
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目前国内井下水泵电机多数采用传统的人工进行控制，即人工加继电器进行控制的方法。这种方法控制线路复杂，设备运行的自动化程度低，可靠性差，工人劳动强度大，应急能力差等缺点。针对当前国家对煤矿企业安全生产要求的不断提高和企业自身发展所遇到的实际问题，研制了基于ARM的煤矿井下水泵电机网络监控系统，不仅可以完成水位检测、轴温检测、流量检测、水泵起动、停止及其过程控制，而且还可以进行数据传输、处理等工作。它具有以下特点：水位实时在线检测与显示；水泵启动与停止控制；多台水泵实时“轮班工作制”；根据涌水量大小和用电“避峰就谷”原则，控制投入运行的水泵台数；与监控中心联网，实行集中控制。 本文所设计的监控系统由监控中心、监控终端和远程访问三部分组成，分别介绍了监控系统的硬件设计、电机保护算法设计、系统通讯网络的设计和监控系统软件的设计。 监控系统的硬件设计主要针对监控终端的硬件设计，它采用S3C440X作为监控终端的处理芯片。根据监测的主要参数如水泵电机电流、电压、水泵开停状态、电机温度、井底水仓水位、水泵出口流量的实际特点，通过ARM芯片的快速处理运算能力，实时计算出水泵的三相有功功率和无功功率、功率因数等参量，井底水仓的水位和水泵出水口的流量、水泵的三相电压和电流准确值。把处理运算的结果通过以太网传到监控中心进行存储、显示和打印，同时监控中心根据传上来的结果进行判断，然后根据判断的情况确定是否需要给监控终端发送控制命令。 电机保护算法设计方面，主要针对系统数据采集的特点，对相电流、相电压进行交流信号采样。对采样后的数据运用快速傅立叶变换（FFT）进行数值计算，获得了高精度的测量。 系统通讯网络的设计主要针对系统两层通讯网络的协议进行分析与设计。监控中心软件采用基于Basic的可视化的程序设计语言Visual Basic6．0进行开发。客户端利用计算机网络技术，使用B/S模式远程实现对系统运行数据的传输，以便可以查询实时数据和历史数据，实现资源共享。
上传时间： 2013-06-25
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大气能见度(Visibility)是反映大气透明度的一个指标，是气象观测的常规项目，它对航海、航空、陆上交通以及军事活动等都有重要影响。目前国内能见度仪，特别是适用于海洋恶劣环境中的便携式、高精度的能见度仪较少，需要研制适合海上测量的能见度仪。 在系统阐述大气能见度检测理论依据的基础上，研究了能见度检测系统的关键技术，主要包括光源的稳定性、微弱信号的相敏检测技术及信号的抗干扰技术等。本系统由发射模块、接收模块、信号处理模块及电源模块等组成。设计了发射模块和接收模块的光学系统，并进行了发射光源的调制设计、接收模块中的光电转换电路、放大电路、带通滤波电路的设计及信号的锁相放大电路的设计等。大气能见度测量属于微弱信号检测技术，在海上更容易受到外界自然光及其它环境因素的干扰，因此滤除各种干扰，提取有用的微弱信号是本设计的核心。本文重点研究了光敏检测技术和适合于微弱信号检测的锁相放大技术，设计了以OPT101为核心的光敏检测电路，有效提高了电路的灵敏度和抗干扰，简化了设计；设计了以平衡调制解调芯片AD630为核心的锁相放大电路和由双D触发器SN74HCT74及单稳态触发器M74HC4538B1R组成的移相电路，实验证明，在较大的噪声背景下，该电路可以有效地提取出反映能见度变化的有用信号。锁相放大后的直流信号，经AD处理后输入到微处理器ARM中，经过理论运算最后得到能见度值。为了保证系统工作的稳定性，特别是海上恶劣环境，对系统进行了防盐、雾、水的设计，如对镜头进行镀膜、对PCB板进行了三防处理等。 最后进行了能见度仪样机的研制。
上传时间： 2013-04-24
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