60年代初,国际上首次将B超诊断仪应用于临床诊断,40多年来B超诊断仪的发展极为迅速。随着数字信号处理及计算机技术的发展,目前国际上先进水平的超声诊断设备几乎每一个环节都包含着数字信号处理的内容,研制全数字化的超声诊断设备已成为发展趋势。 @@ 基于FPGA及嵌入式操作系统的全数字超声诊断系统具有技术含量高、便携的特点,可用数字硬件电路来实现数据量极其庞大的超声信息的实时处理。 @@ 本文从超声诊断原理入手,在对超声诊断系统中的几个关键技术进行分析的基础上,重点研究开发超声诊断系统中数字信号处理部分的两个核心算法。以FPGA芯片为载体,在Quartus Ⅱ平台中采用Verilog HDL语言进行编程并仿真验证,分别实现了数字FIR滤波器及CORDIC坐标变换两个模块的功能。另外,采用Verilog HDL语言对应用于图像显示模块的SPI接口进行了编程设计,编译下载至FPGA中,最终实现了与ARM A8的OMPG3530板之间高速串行数据的传输。 @@ 采用在单片FPGA芯片内实现数字式超声诊断部分核心算法并与高性能ARMA8处理器相配合的数字信号处理解决方案,具有高速度、高精度、高集成度、便携的特点,为全数字化便携超声诊断设备的研制打下了基础。 @@关键词:超声诊断系统;FPGA;数字FIR滤波器;CORDIC算法;SPI总线
上传时间: 2013-07-07
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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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烟叶烘烤是烟叶生产中一个非常重要的环节,为保证烟叶烘烤的质量,需要有效的控制温度和湿度让其按照“三段式”工艺曲线进行变化。本文通过对三段式工艺的分析,构建了以FPGA为控制核心,采用数字式温湿度传感器进行温湿度测量的烤烟自动控制系统。 整个系统的实现是基于CYCLONEⅡ系列的FPGA器件EP2C8Q208C8进行的。同时对系统的配置电路、驱动电路、显示控制电路、语音提示和温湿度测量电路进行了设计,并给出了各个模块的电路原理图。由于温湿度测量是系统设计实现的重要部分,所以本文重点讨论了温度传感器DS18820和湿度传感器HS1101的性能特点、工作原理、处理次序和设计流程。针对烟叶烘烤过程中烤房温湿度的测量和控制中,存在的强时变、大时滞、非线性的问题,采用了模糊控制算法进行控制,并给出了模糊控制器设计的方法。另外,为方便用户调用烟叶烘烤中经验曲线,提出了使用EEPROM对烘烤经验曲线参数进行处理。而且讨论了如何通过I2C总线与EEPROM进行读写操作进而实现参数的保存和读取。系统的测试结果表明烤烟自动控制系统基本上达到了实际的要求,具有一定的先进性。
上传时间: 2013-04-24
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当今,移动通信正处于向第四代通信系统发展的阶段,OFDM技术作为第四代数字移动通信(4G)系统的关键技术之一,被包括LTE在内的众多准4G协议所采用。IDFT/DFT作为OFDM系统中的关键功能模块,其精度对基带解调性能产生着重大的影响,尤其对LTE上行所采用的SC_FDMA更是如此。为了使定点化IDFT/DFT达到较好的性能,本文采用数字自动增益控制(DAGC)技术,以解决过大输入信号动态范围所造成的IDFT/DFT输出信噪比(SNR)恶化问题。 首先,本文简单介绍了较为成熟的AAGC(模拟AGC)技术,并重点关注近年来为了改善其性能而兴起的数字化AGC技术,它们主要用于压缩ADC输入动态范围以防止其饱和。针对基带处理中具有累加特性的定点化IDFT/DFT技术,进一步分析了AAGC技术和基带DAGC在实施对象,实现方法等上的异同点,指出了基带DAGC的必要性。 其次,根据LTE协议,搭建了从调制到解调的基带PUSCH处理链路,并针对基于DFT的信道估计方法的缺点,使用简单的两点替换实现了优化,通过高斯信道下的MATLAB仿真,证明其可以达到理想效果。仿真结果还表明,在不考虑同步问题的高斯信道下,本文所搭建的基带处理链路,采用64QAM进行调制,也能达到在SNR高于17dB时,硬判译码结果为极低误码率(BER)的效果。 再次,在所搭建链路的基础上,通过理论分析和MATLAB仿真,证明了包括时域和频域DAGC在内的基带DAGC具有稳定接收链路解调性能的作用。同时,通过对几种DAGC算法的比较后,得到的一套适用于实现的基带DAGC算法,可以使IDFT/DFT的输出SNR处于最佳范围,从而满足LTE系统基带解调的要求。针对时域和频域DAGC的差异,分别选定移位和加法,以及查表的方式进行基带DAGC算法的实现。 最后,本文对选定的基带DAGC算法进行了FPGA设计,仿真、综合和上板结果说明,时域和频域DAGC实现方法占用资源较少,容易进行集成,能够达到的最高工作频率较高,完全满足基带处理的速率要求,可以流水处理每一个IQ数据,使之满足基带解调性能。
上传时间: 2013-05-17
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随着电子技术和计算机技术的飞速发展,视频图像处理技术近年来得到极大的重视和长足的发展,其应用范围主要包括数字广播、消费类电子、视频监控、医学成像及文档影像处理等领域。当前视频图像处理主要问题是当处理的数据量很大时,处理速度慢,执行效率低。而且视频算法的软件和硬件仿真和验证的灵活性低。 本论文首先根据视频信号的处理过程和典型视频图像处理系统的构成提出了基于FPGA的视频图像处理系统总体框图;其次选择视频转换芯片SAA7113,完成视频图像采集模块的设计,主要分三步完成:1)配置视频转换芯片的工作模式,完成视频转化芯片SAA7113的初始化:2)通过分析输出数据流的格式标准,来识别奇偶场信号、场消隐信号和有效行数据的开始和结束信号三种控制信号,并根据控制信号,用Verilog硬件描述语言编程实现图像数据的采集;3)分析SRAM的读写控制时序,采用两块SRAM完成图像数据的存储。然后编写软件测试文件,在ISE Simulator仿真环境进行程序测试与运行,并分析仿真结果,验证了数据采集和存储的正确性;最后,对常用视频图像算法的MATLAB仿真,选择适当的算子,采用工具MATLAB、System Generator for DSP和ISE,利用模块构建方式,搭建视频算法平台,实现图像平滑滤波、锐化滤波算法,在Simulink中仿真并自动生成硬件描述语言和网表,对资源的消耗做简要分析。 本论文的创新点是采用新的开发环境System Generator for DSP实现视频图像算法。这种开发视频图像算法的方式灵活性强、设计周期短、验证方便、是视频图像处理发展的必然趋势。
上传时间: 2013-05-20
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运动控制技术是机电一体化的核心部分,提高运动控制技术水平对于提高我国的机电一体化技术具有至关重要的作用。运动控制技术的发展是制造自动化前进的旋律,是推动新的产业革命的关键技术。对于数控系统来说,最重要的是控制各个电机轴的运动,这是运动控制器接收并依照数控装置的指令来控制各个电机轴运动从而实现数控加工的,数据加工中的定位控制精度、速度调节的性能等重要指标都与运动控制器直接相关。目前对数控系统的研究都集中在插入PC的NC控制器的研究上,而其核心部分就是对步进、伺服电机进行控制的运动控制卡的研究。对PC-NC来说,运动控制卡的性能很大程度上决定了整个数控系统的性能,而微电子和数字信号处理技术的发展及其应用,使运动控制卡的性能得到了不断改进,集成度和可靠性大大提高。 本课题通过对运动控制技术的深入研究,并针对国内运动控制技术的研究起步较晚的现状,结合当前运动控制领域的具体需要,紧跟当前运动控制技术研究的发展趋势,吸收了数控技术和相关运动控制技术的最新成果,提出了基于PCI和FPGA的方案,研制了一款比较新颖的、功能强大的、具有很大柔性的四轴多功能运动控制卡。 本课题的具体研究主要有以下几方面: 首先,通过对运动控制卡及运动控制系统等行业现状的全面调研,和对运动控制技术的深入学习,在比较了几种常用的运动控制方案的基础上,提出了基于FPGA的运动控制设计方案,并规划了板卡的总体设计。 其次,根据总体设计,规划了板卡的结构,详细划分并实现了FPGA各部分的功能;利用光电隔离原理设计了数字输入/输出电路。 再次,利用FPGA的资源实现了PCI从设备接口,达到跟控制卡通信的目的,针对运动控制中的一些具体问题,如运动平稳性、实时控制以及多轴联动等,在FPGA上设计了四轴运动控制电路,定义了各个寄存器的具体功能,设计了功能齐全的加/减速控制电路、变频分配电路、倍频分频电路和三个功能各异的计数器电路等,自动降速点运动、A/B相编码器倍频计数电路等特殊功能。最后,进行了本运动控制卡的测试,从测试和应用结果来看,该卡达到预期的要求。
上传时间: 2013-07-27
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射击训练是基本的军事训练科目,改善训练环境、改进训练质量,在现代军队建设中具有重要的意义。本文首先从国内外自动报靶技术的研究现状出发论述了自动报靶技术的发展,在此基础上提出了基于嵌入式机器视觉的智能报靶系统设计实现。 本文讨论了基于机器视觉的嵌入式报靶系统终端硬件组成、相关图像格式和Linux操作系统,分析了嵌入式Linux操作系统、Qt/E和开源计算机视觉库OpenCV关于ARM9处理器的移植,研究了图像校正、图像灰度化及二值化、图像分割与裁剪和识别判靶的相关算法,提出了颜色模板判靶的理论,并通过以ARM嵌入式图像处理识别模块为核心,采用功能模块设计理念的实现方案,从底层的操作系统及相关软件的移植入手到图像采集传输、图像处理、识别判靶等步骤,解决了依托ARM处理器结合USB摄像头完成自动图像识别报靶的问题。文中给出了报靶系统的详细硬件组成方案,并在嵌入式Linux操作系统下依托Qt库和开源计算机视觉库(OpenCV)解决了软件组成与具体实现,最终在此基础上论述了本课题设计的实验装置及详细的实验结果。
上传时间: 2013-07-18
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本文阐述了用 ASP 技术结合ACCESS 2003数据库采用B/S模式设计的网上鲜花销售系统。系统实现了用户注册、用户登陆、商品列表、在线购物、查看订单、修改订单和后台商品管理、订单管理等功能。 通过这个网站平台,一般用户可以方便地在线浏览系统中提供的各种鲜花商品,只有注册用户才可以购买鲜花。注册用户选好所需的鲜花,就可以填写订单,等待商家提供送货业务。实际的商品交割需要到现实世界中来完成,为了更好地审核顾客的身份及购物定单,对顾客采取会员制管理,查证以后才进行实际的商品交割,完成整个交易过程。
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上传时间: 2013-04-24
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旅客列车是人们出行的重要交通工具之一,随着我国国民经济的发展,信息化时代的到来,车辆能否安全运行已经成为人们关注的焦点。在高速状态下列车车辆能否安全地停下来是安全运行的一个关键,在车辆方面上就是解决制动问题。在这样的前提下,对车辆制动系统的研究就显得必然和重要。 本次设计的任务是实时监测列车车辆的运行速度,并根据车辆制动状态,自动控制车辆的制动系统,实现车辆的制动安全防护。所以本次设计设计了一种基于ARM——高性能嵌入式微处理器、CPLD——新型高性能可编程逻辑器件、CAN总线——有效支持分布/实时控制的串行通信网络和μC/OS-II操作系统的车辆制动自动监控系统。文中介绍了车辆制动控制原理、对系统进行了总体的方案设计,介绍了嵌入式系统开发的原理及设计方法,着重讲解了以Samsung公司32位嵌入式微处理器S3C44BOX为核心的系统软硬件设计方案,并开发了基于μC/OS-II操作系统的应用程序。 应用程序模块主要包括远程通讯模块、数据采集模块、数据处理与传输模块、部件寿命记录模块、故障参数监视和报警模块。远程通讯模块将车辆制动状态以CAN总线的通讯方式上传给机车控制室主机;数据采集模块由具有高速逻辑处理能力的CPLD自动实现数据采集及电平转换,ARM控制数据采集的启动和采集结束后对数据的处理或传输;在部件寿命记录模块中电磁阀的动作次数、通电使用时间和总时间以及各传感器的通电时间和使用总时间可每隔一段时间记录下来,掉电后也不会丢失,可以作为故障发生、诊断、排除和维护的数据依据。 在实验室及模拟实验台上经过多次软、硬件结合的调试改进过程,本次设计基本上实现了车辆制动自动监控系统的功能,制动缸压力的控制特性及控制精度得到了有效的提高,在实验室调试中实现了车辆制动系统的故障检测和报警及部件的寿命记录等功能,验证了设计方案的可行性及合理性,达到了预期的设计效果。
上传时间: 2013-07-17
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海洋台站自动观测系统是一套应用于海滨观测的仪器设备,负责对气象、水文参数进行实时观测。诸多的参数通过相应的传感器进行测量,海洋台站自动观测系统对测量的信息进行汇总,再将其通过有线或无线的通讯方式传输到各级海洋环境监测预报中心,供天气预报和海洋预报使用。 本文以我国“海洋台站自动观测系统政府采购计划”为背景,重点设计了低成本、低功耗、高性能、高可靠性的新型海洋台站自动观测系统。本课题主要研究基于arm7+uClinux海洋台站自动观测系统的设计与开发。根据实际的需要,分析海洋台站自动观测系统的整体要求,对传感器进行选型,进行方案设计,完成整个系统的搭建。为了降低系统功耗,CPU所采用的是Samsung公司推出的无内存管理单元的处理器S3C44BO,设计了8MFLASH、64MSDRAM、液晶、USB以及键盘等相关电路。同时,为了减少驱动开发所带来的不便,使用TL16C554A对串口电路进行了扩展,便于数据处理,也使得系统具有更好的可扩展性。软件方面设计主要涉及了BootLoader引导装载程序的建立,选用uClinux操作系统,并对其内核进行配置和裁剪,添加源代码中没有的驱动程序。为了缩短研发周期和降低开发难度,选用MiniGUI作为图形用户界面系统,深入分析了MiniGUI的结构、原理,并将其移植到uClinux系统中。本系统采用的是MiniGUI-Threads多线程模式,主线程协调各个线程进行相应的数据处理。为了使系统操作变得直观、简单,对用户界面进行了初步设计,使用复用I/O的方法解决多串口通讯容易造成的数据阻塞问题。此外,为了更好的将台站所测得的信息量发送给海洋环境监测预报中心,需要完善通讯协议以便于数据交换。 最后,根据本系统实际研究开发结果,总结分析了系统的特点,并对下一步设计工作进行了展望。
上传时间: 2013-07-12
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