传统的数控系统采用的大多是专用的封闭式结构，它能提供给用户的选择有限，用户无法对现有数控设备的功能进行修改以满足自己的特殊要求；各种厂商提供给用户的操作方式各不相同，用户在培训人员、设备维护等方面要投入大量的时间和资金。这些问题严重阻碍了CNC制造商、系统集成者和用户采用快速而有创造性的方法解决当今制造环境中数控加工和系统集成中的问题。随着电子技术和计算机技术的高速发展，数控技术正朝向柔性化、智能化和网络化的方向发展。针对数控系统已存在的问题和未来发展的趋势，本文致力于建立一个适合现场加工特征的开放结构数控平台，使系统具备软硬件可重构的柔性特征，同时把监控诊断和网络模块融入数控系统的框架体系之内，满足智能化和网络化的要求。 本文在深入研究嵌入式系统技术的基础上，引入可重构的设计方法，选择具体的硬件平台和软件平台进行嵌入式可重构数控系统平台的研发。硬件结构以MOTOROLA的高性能32位嵌入式处理器MC68F375和ALTERA的现场可编程门阵列(FPGA)芯片为核心，配以系统所需的外围模块；软件系统以性能卓越的VxWorks嵌入式实时操作系统为核心，开发所需要的应用软件，将VxWorks嵌入式实时操作系统扩展为一个完整、实用的嵌入式数控系统。该系统不仅具有可靠性高、稳定性好、功能强的优点，而且具有良好的可移植性和软硬件可裁减性，便于根据实际需求进行功能的扩展和重构。 本论文的主要研究工作如下： (1)深入研究了以高性能微处理器MC68F375为核心的主控制板的硬件电路设计，以及存储、采集、通讯和网络等模块的设计。 (2)深入研究了基于FPGA的串行配置方法和可重构设计方法，设计出基于FPGA的电机运动控制、机床IO控制、键盘阵列和液晶显示控制等接口模块电路。 (3)深入研究了VxWorks嵌入式实时操作系统在硬件平台上的移植和任务调度原理，合理分配控制系统的管理任务，开发系统的底层驱动程序和应用程序。 最后，本文总结了系统的开发工作，并对嵌入式可重构数控系统的进一步研究提出了自己的一些想法，以指引后续研究工作。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：gcs333
8051系列是至今为止最成功的单片机之一，在FPGA平台上研究带硬件浮点运算器的8051是对其在SoC及专用化的方向上的一次迈进。文章首先介绍了8051的基本架构，包括硬件模块、指令系统、内存分配以及基本外设。然后讲解了在设计8051时如何划分模块，每个模块的功能与设计，同时也介绍了如何设计流水线来加速8051的处理速度。对于浮点运算器，文章介绍了IEEE浮点数的表示方法，包括各种特殊值的表示方法以及作用。在探讨浮点运算器设计的时候首先是给出了模块的划分及其实现的功能，然后以生动的实例介绍了加减乘除四种浮点运算的算法。在介绍完8051与浮点运算器设计以后，文章介绍了如何将浮点运算器集成到8051上，包括硬件上的数据线接口和控制线接口，以及软件中如何运用硬件浮点运算器。最后文章给出了此设计在ModelSim上的仿真结果以及在CyclonelIFPGA芯片上的验证过程，可以清楚地看到，与KeilC51软件库的浮点运算相比，加法运算从186个时钟周期减少到4个时钟周期，减法运算从200个时钟周期减少到4个时钟周期，乘法运算从241个时钟周期减少到4个时钟周期，而除法则由原来的¨lO个时钟周期减少到4个时钟周期，可见硬件浮点运算器使8051在运算能力上有了质的提高。 笔者也在“Google”和“百度”搜索引擎上，以及“维普数据论文网’’上搜索过，都没有发现有类似的设计，带硬件浮点运算器的8051可谓是一次创新，希望在实际应用中能有用武之地。
上传时间： 2013-04-24
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一般由信源发出的数字基带信号含有丰富的低频分量，甚至直流分量，这些信号往往不宜直接用于传输，易产生码间干扰进而直接影响传输的可靠性，因而要对其进行编码以便传输。传统的井下信号在传输过程中普遍采用曼彻斯特码的编解码方式，而该方式的地面解码电路复杂。FPGA(现场可编程门阵列)作为一种新兴的可编程逻辑器件，具有较高的集成度，能将编解码电路集成在一片芯片上，而HDB3码(三阶高密度双极性码)具有解码规则简单，无直流，低频成份少，可打破长连0和提取同步方便等优点。基于上述情况，本文提出了基于FPGA的}tDB3编译码设计方案。 该研究的总体设计方案包括用MATLAB进行HDB3编译码算法的验证，基于FPGA的HDB3码编译码设计与仿真，结果分析与比较三大部分。为了保证该设计的可靠性，首先是进行编译码的算法验证；其次通过在FPGA的集成设计环境QuartusⅡ软件中完成HDB3码的编译、综合、仿真等步骤，通过下载电缆下载到特定的FPGA芯片上，用逻辑分析仪进行时序仿真；最后将算法验证结果与仿真结果作一对比，分析该研究的可行性与可靠性。 研究表明，基于FPGA的HDB3编译码设计具有体积小，译码简单，编程灵活，集成度高，可靠等优点。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：siguazgb
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上传时间： 2013-07-17
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上传时间： 2013-06-01
上传用户：yuanhong95
该论文基于NIOS Ⅱ软核处理器和Altera的FPGA技术，设计了一种便携式的振动频谱分析仪，用于旋转机械的故障监测和诊断。以SOPC技术为手段，将信号采集和信号处理电路通过可编程片上系统来实现，其特点是将对ADC的控制、数字信号的滤波、快速傅立叶变换的设计，通过FPGA芯片集成在一起，以NIOS Ⅱ来完成32位CPU的状态控制功能。工程机械、汽车车辆中都存在诸如发动机类的旋转机械，这类设备的异常振动往往会影响正常工作，严重时还会出现各种重大事故，该分析仪可以实时地或定期地对发动机、齿轮箱等旋转机械进行振动频谱分析和监测，运用于民用机械能产生非常好的经济效益。 该论文从四个方面进行了研究工作。其一，利用FPGA对ADC芯片的工作进行控制，使其在规定的时间内与DSP模块进行数据交换，并对ADC各引脚时序进行控制，使两者协调同步工作，编制了相应的VHDL语言程序。其二，采用SOPC Builder设计开发，实现了基于NIOS Ⅱ的32位CPU软核，创建了相应的C/C++和汇编的宏代码，使得软件可以访问用户自定义逻辑。对顶层设计产生的VHDL的RTL代码和仿真文件进行了综合、编译适配以及仿真。其三，配合Matlab和DSP Builder的强大功能进行DSP模块设计，开发出了FIR和FFT等功能模块，并且添加到SOPC系统中，使其可以由NIOS Ⅱ很容易的调用。其四，在NIOS Ⅱ系统中添加了uC/OS Ⅱ操作系统，提高了整个系统的稳定性，并且降低了开发难度，提高了系统升级的能力。由于整个设计是基于FPGA开发的，所以该系统包括了所有FPGA系统的特点，包括并行的DSP处理、在系统可编程、升级简单等特点，极易使设计产品化。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：amandacool
测试仪广泛应用于国民经济和国防建设的各个领域，是科研和生产不可或缺的重要装备之一。其工作原理是由信号发生装置向被测对象发送激励信号，同时由信号采集与处理装置通过传感器采集被测对象的响应信号，并送到上位机进行数据分析和处理。本文研究采用灵活的现场可编程逻辑阵列FPGA为核心，协调整个仪器的运转，并采用先进的USB总线技术，将信号发生、信号采集与处理有机地集成为一体的多功能测试仪。 本文的第一章介绍了测试仪及其研究应用现状，根据仪器的成本、便携性和通用性要求不断提高的发展趋势，提出了本课题的研究任务和关键技术； 第二章从硬件和软件两个方面讨论了测试仪的总体设计方案，并且分别详述了电源模块、USB模块、FPGA模块、DSP模块、A/D模块、D/A模块这六个功能模块的硬件设计； 第三章讨论了USB模块相关的软件设计，其中包含USB固件设计、驱动程序设计和客户应用程序设计三个方面的内容，详细论述了各部分软件的架构和主要功能模块的实现。 第四章讨论了主控器FPGA的设计，是本文的核心部分。先从总体上介绍了FPGA的设计方案，然后从MCU模块、信号采集模块、信号发生模块三部分具体描述了其实现方式。软件设计上采用了模块化的设计思想，使得结构清晰，可读性强，易于进一步开发；并且灵活的使用了有限状态机，大大提高了程序的稳定性和运行效率。 第五章介绍了DSP模块的设计，讨论了波形生成的原理及实现，并提出了与FPGA接口的方式。 第六章详细描述了实验的步骤和结果，分别从单通道采样和多通道采样两方面实验，验证了仪器的性能和设计的可行性。
上传时间： 2013-06-25
上传用户：moqi
感应加热电源以其环保、节能等优点在工业生产中得到了广泛的应用，逆变控制电路是直接影响感应加热电源能否安全、高效运行的关键因素。目前的感应加热装置很多采用模拟电路控制，而模拟控制电路触点多，焊点多，系统可靠性低，对一些元件的工艺性要求高，电路中控制参数不容易进行修改，灵活性较差。近年来随着微处理机的发展，数字式控制精确，软件设计灵活，因而整个控制系统容易实现，在感应加热领域中运用数字式控制已是一个发展方向。 本文在模拟逆变控制系统的基础上，在可编程逻辑器件(FPGA)上进行了数字式并联逆变控制系统的研究。 首先，本文针对感应加热并联逆变控制的数字化进行了详细的研究。在参阅国内外相关文献的基础上，结合已有模拟并联逆变控制电路的工作原理，设计了全数字锁相环、它激转自激扫频启动模块等逆变控制功能模块，并对各个模块进行了相关的数学分析和功能仿真，结果证明可以达到预定的功能指标和设计要求。 然后，分析了感应加热电源的整体工作流程，针对模拟控制电路中控制参数不易进行修改、灵活性较差等问题，设计了数据采集、存储、显示等功能模块，有利于系统的调试，参数修改等实际操作。 最后，以模拟逆变控制策略为基础，分析了数字控制器的控制要求和策略。由硬件状态机实现数字控制器的设计，完成对整个逆变控制系统的整体控制操作。通过自上而下的总体设计，将各个部分组合起来，构成一个SOC系统。在FPGA集成软件中进行了各部分和整体的仿真验证，结果证明该设计可以完成逆变控制的各项需求和预定的人机交互操作。
上传时间： 2013-07-09
上传用户：1222
本文分析了当代高精度地震勘探数据采集系统的发展现状，研究了数据采集的A/D方法及理论、现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA)技术的发展及原理，串口通信的原理及实现。在此基础上，探讨了采用FPGA控制24位△∑模数转换器来实现高精度地震勘探数据采集系统的实现思路，对探测传感器或检波器后端数据采集系统的信号A/D转换、FPGA与外部接口设计、串口数据通信做了详细的研究，尤其是在用FPGA来完成与外部ADC的接口控制上做了深入的开发和设计，整个接口控制模块采用VHDL语言编写，并同时将ROM、FIFO等数字逻辑模块一起集成到一片FPGA芯片当中，并在Quartus Ⅱ6.0的开发平台上通过了软件仿真，时序仿真结果达到了系统要求。
上传时间： 2013-05-21
上传用户：yuele0123
在工业控制领域，多种现场总线标准共存的局面从客观上促进了工业以太网技术的迅速发展，国际上已经出现了HSE、Profinet、Modbus TCP/IP、Ethernet/IP、Ethernet Powerlink、EtherCAT等多种工业以太网协议。将传统的商用以太网应用于工业控制系统的现场设备层的最大障碍是以太网的非实时性，而实现现场设备间的高精度时钟同步是保证以太网高实时性的前提和基础。 IEEE 1588定义了一个能够在测量和控制系统中实现高精度时钟同步的协议——精确时间协议(Precision Time Protocol)。PTP协议集成了网络通讯、局部计算和分布式对象等多项技术，适用于所有通过支持多播的局域网进行通讯的分布式系统，特别适合于以太网，但不局限于以太网。PTP协议能够使异质系统中各类不同精确度、分辨率和稳定性的时钟同步起来，占用最少的网络和局部计算资源，在最好情况下能达到系统级的亚微级的同步精度。 基于PC机软件的时钟同步方法，如NTP协议，由于其实现机理的限制，其同步精度最好只能达到毫秒级；基于嵌入式软件的时钟同步方法，将时钟同步模块放在操作系统的驱动层，其同步精度能够达到微秒级。现场设备间微秒级的同步精度虽然已经能满足大多数工业控制系统对设备时钟同步的要求，但是对于运动控制等需求高精度定时的系统来说，这仍然不够。基于嵌入式软件的时钟同步方法受限于操作系统中断响应延迟时间不一致、晶振频率漂移等因素，很难达到亚微秒级的同步精度。 本文设计并实现了一种基于FPGA的时钟同步方法，以IEEE 1588作为时钟同步协议，以Ethernet作为底层通讯网络，以嵌入式软件形式实现TCP/IP通讯，以数字电路形式实现时钟同步模块。这种方法充分利用了FPGA的特点，通过准确捕获报文时间戳和动态补偿晶振频率漂移等手段，相对于嵌入式软件时钟同步方法实现了更高精度的时钟同步，并通过实验验证了在以集线器互连的10Mbps以太网上能够达到亚微秒级的同步精度。
上传时间： 2013-07-28
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