大圆机是一种涉及到计算机、机械、电子、控制等诸多领域，比较复杂的典型机电一体化产品。近几年来，伴随着我国针织行业的快速发展，大圆机的需求日益加大，传统的基于MCU面板控制和采用薄膜按键方式的大圆机控制系统已经无法满足需求。随着微处理器技术的发展，嵌入式技术以其高集成度和高稳定性、高性价比在工控领域有着广阔的应用前景。 近几年，随着嵌入式技术的发展，对人机界面的要求越来越高，友好的图形人机界面为嵌入式系统的人机交互提供了丰富的图形图像信息。uC/GUI是一款不仅可以实现快速开发，而且能够提供低功耗型GUI支持的嵌入式GUI软件。用户可以使用它方便地定制出自己的图形用户界面，完成各种应用程序的开发。因此已经被越来越多的领域所采用。 本文在对大圆机系统的功能和控制要求进行分析的基础上，提出了一个以ARM微处理器和CPLD器件为中心构建硬件平台、基于uC/OS-Ⅱ和uC/GUI的嵌入式大圆机控制系统解决方案。 此方案中的硬件平台由主CPU核心应用系统电路、人机交互接口电路、协处理器CPLD模块电路等部分组成。主CPU采用Samsung公司的基于ARM7内核的S3C44BOX处理器，人机交互接口电路采用触摸屏和LCD液晶显示器，为了解决闭环控制的问题，采用了CPLD作为协处理器，进行外围扩展构成控制电路，软件部分包括uC/OS-Ⅱ、Boot Loader、设备驱动程序、人机界面和主控制应用程序等。其中Boot Loader支持系统启动,程序下载到RAM执行和烧写到Flash存储器等功能,而人机界面和主控制应用程序则基于设备驱动程序实现了对于大圆机系统的控制。 与传统的基于MCU或工控机的大圆机控制系统相比，基于此设计方案实现的控制系统具有低成本、高集成度和高性能等特点，具有较大的实用价值和广阔的应用前景。
上传时间： 2013-07-13
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在机器人学的研究领域中，如何有效地提高机器人控制系统的控制性能始终是研究学者十分关注的一个重要内容。在分析了工业机器人的发展历程和机器人控制系统的研究现状后，本论文的主要目标是针对四关节实验室机器人特有的机械结构和数学模型，建立一个新型全数字的基于DSP和FPGA的机器人位置伺服控制系统的软、硬件平台，实现对四关节实验室机器人的精确控制。 本论文从实际情况出发，首先分析了所研究的四关节实验室机器人的本体结构，并对其抽象简化得到了它的运动学数学模型。在明确了实现机器人精确位置伺服控制的控制原理后，我们对机器人控制系统的诸多可行性方案进行了充分论证，并最终决定采用了三级CPU控制的控制体系结构：第一级CPU为上位计算机，它实现对机器人的系统管理、协调控制以及完成机器人实时轨迹规划等控制算法的运算；第二级CPU为高性能的DSP处理器，它辅之以具有高速并行处理能力的FPGA芯片，实现了对机器人多个关节的高速并行驱动；第三级CPU为交流伺服驱动处理器，它实现了机器人关节伺服电机的精确三闭环误差驱动控制，以及电机的故障诊断和自动保护等功能。此外，我们采用比普通UART速度快得多的USB来实现上位计算机．与下位控制器之间的数据通信，这样既保证了两者之间连接方便，又有效的提高了控制系统的通信速度和可靠性。 机器人系统的软件设计包括两个部分：一是采用VC++实现的上位监控软件系统，它主要负责机器人实时轨迹规划等控制算法的运算，同时完成用户与机器人系统之间的信息交互；二是采用C语言实现的下位DSP控制程序，它主要负责接收上位监控系统或者下位控制箱发送的控制信号，实现对机器人的实时驱动，同时还能够实时的向上位监控系统或者下位控制箱反馈机器人的当前状态信息。 研究开发出来的四关节实验室机器人控制器具有控制实时性好、定位精度高、运行稳定可靠的特点，它允许用户通过上位控制计算机实现对机器人的各种设定作业的控制，也可以让用户通过机器人控制箱现场对机器人进行回零、示教等各项操作。
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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LAMOST(Large Sky Area Multi-Obiect Fiber Spectroscopy Telescope，大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜)需要对焦而上的4 000个光纤定位单元进行精确定位，一个光纤定位单元需要两个步进电机来驱动，即需要对8 000个电机进行驱动控制。如何对这8 000个电机进行有效的控制，是本文主要的研究内容。 本义引入EDA(Electronic Design Automation)，技术，以FPGA和CAN总线为硬件载体来进行设计。FPGA相比较于DSP，单片机而言，具有10管脚多，资源丰富，使用灵活等优点，可以存片内集成多个电机的摔制，这样对于提高系统的集成度，节约成本无疑有着很大的帮助。 在电机的控制当中，其失步和过冲会直接影响到系统的精度，所以需要对电机脉冲频率加以控制，对于在平稳状态下能正常工作的电机，失步往往发生在启动停止等脉冲频率突然发生改变的时刻。具体实现方法是通过实验找出一条理想的加减速曲线，再将曲线离散化，并把离散化后的加减速分频系数存储在FPGA片内ROM里而，当电机运行到对应的步数时，取出分频系数来获取对应的运行频率。 在LAMOST观测中，光纤定位单元的零位是个很重要的基准，在每次观测之前，电机都要回零，理论上电气零位和机械零位在同一点上，如果电气检测到达零位则认为已经到达机械零位位置。但是实际中由于装配等一些原因，可能会出现零位短路和零位断路的情况。零位断路是指电机处于机械零位，但是电气不能检测到；零位短路是指电机不在机械零位，但是电气已经检测到处于零位。这两种情况会造成越界和机械零位一直被挤压的后果，有可能会损坏光纤定位单元，为了防止这些情况出现，软件程序中加入了计数器，从而从有效地保护了光纤定位单元，同时将这些状况向上反馈，以便维护和检修。 在本文完成之时，能够控制驱动336个光纤定位单元的小系统已经在北京天文台兴隆观测站实际投入运行，并于2007年5月28日获得首条光谱，取得了不错的效果。
上传时间： 2013-04-24
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串行数字接口SDI是目前使用最广泛的数字视频接口。它是遵循SMPTE-259M和EBtJ-Tech-3267标准制定的，己经被世界上众多数字视频设备生产厂家普遍采纳并作为标准视频接口，主要用在非线性编辑系统、视频服务器、虚拟演播室以及数字切换矩阵和数字光端机等场合。 以往的SDI接口在实现方法上有成本高、灵活性低等缺点，针对这些不足，本文在研究串行数字接口工作原理的基础上，提出了一种基于FPGA的标清串行数字接口(SD-SDI)的设计方案，并使用SOPC Builder构成一个Nios II处理器系统，将SDI接口以IP核形式嵌入到FPGA内部，从而提高系统的集成度，使之具有视频数据处理速度快、实时性强、性价比高的特点。具体研究内容包括： 1.在分析SDI接口的硬件结构和工作原理的基础上，提出了串行数字接口的嵌入式系统设计方法，完成了SDI接口卡的FPGA芯片内部配置以及驱动电路、均衡电路、电源电路等硬件电路设计。 2.采用软逻辑方法实现SDI接口的传输功能，进行了具体的模块化设计与仿真。 3.引入Nios II嵌入式软核处理器对数据进行处理，设计了视频图像数据的采集程序。 该传输系统以Altera公司的Cyclone II EP2C35F672C8为核心芯片，通过发送和接收电路的共同作用，能够完成标清数字视频信号的传输，初步确立了以SDI接口为数据源的视频信号传输系统的整体模式和框架。
上传时间： 2013-04-24
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随着网络技术和通信技术的突飞猛进，人们对通信的保密性能，抗干扰能力的要求越来越高，而且对信息隐蔽、多址保密通信等特性提出了更高的要求。这些要求的实现都离不开扩频通信技术的应用，而扩频通信芯片作为扩频通信网络的核心器件，自然也成了研究的重点。本论文旨在借鉴国内外相关研究成果，并以家庭电力线通信环境为背景，验证了一种CDMA码分多址通信的实现方案，并通过智能家庭系统展示了其应用效果。 本课题以构建家庭电力载波通信网络为目标，首先，以两块Cyclone系列FPGA开发板为基础，分别作为发送单元和接收单元，构建了系统的硬件开发平台；以QuartusⅡ 7.2为开发环境，运用Verilog硬件描述语言，编写扩频模块和解扩模块，并且进行了测试、仿真和综合，验证了通过专用芯片实现扩频通信系统的可行性。应用方面，采用电力线载波通信芯片，提出了一种由智能插线板和嵌入式网关构成的家电控制系统。用户通过WEB方式登陆嵌入式网关，智能插线板能够在嵌入式网关的控制下控制电器的电源、发送红外遥控指令，实现对家电的远程遥控。使用两块FPGA开发板，实现了扩频通信基本收发是本设计得主要成果；将扩频通讯技术、嵌入式Web技术引入到智能家庭系统的设计当中是本文的一个特点。 仿真和实验表明：采用电力线载波通信芯片组建家庭网络的方案可行，由智能插线板和嵌入式网关构成的家电控制系统能灵活、便捷地实施家电控制，并具有一定的节能效果。
上传时间： 2013-06-17
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通用异步收发器UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)是广泛使用的串行传输协议。串行外设用到异步串行接口一般采用专用集成电路实现。但是这类芯片一般包含许多辅助模块，而时常不需要使用完整的UART的功能和辅助功能，或者当在FPGA上设计时，需要将UART功能集成到FPGA内部而不能使用芯片。蓝牙主机控制器接口则是实现主机设备与蓝牙模块之间互操作的控制部件。当在使用蓝牙设备的时候尤其是在监控场所，接口控制器在控制数据与计算机的传输上就起了至关重要的作用。 论文针对信息技术的发展和开发过程中的实际需要，设计了一个蓝牙HCI-UART(Host Controller Interface-Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)控制接口的模块。使用VHDL将其核心功能集成，既可以单独使用，也可集成到系统芯片中，并且整个设计紧凑、稳定且可靠，其用途广泛，具有一定的使用价值。 本设计采用TOP-DOWN设计方法，整体上分为UART接口和蓝牙主机控制器接口两部分。首先根据UART和蓝牙主机控制器接口的实现原理和设计指标要求进行系统设计，对系统划分模块以及各个模块的信号连接；然后进行模块设计，设计出每个模块的功能，并用VHDL语言编写代码来实现模块功能；再使用ISE8.2I自带的仿真器对各模块进行功能仿真和时序仿真；最后进行硬件验证，在Virtex-II开发板上对系统进行功能验证。实现了发送、接收和波特率发生等功能，验证了结果，表明设计正确，功能良好，符合设计要求。
上传时间： 2013-04-24
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本文论述了嵌入式TCP/IP协议栈的实现，介绍了TCP/IP协议栈的原理，以及硬线实现TCP/IP协议栈的意义和应用。 第一章为绪论，介绍论文研究的目的、内容、意义和国内外研究发展的现状。 第二章介绍FPGA设计的流程和Verilog HDL设计语言。着重介绍了FPGA的代码输入、编译、综合、仿真和下载等等步骤，并且介绍了FPGA设计中使用到的EDA软件。介绍了Verilog HDL语言的起源，以及Verilog HDL语言的优缺点，并与VHDL语言进行了简单的比较。 第三章介绍嵌入式系统要实现的经过剪裁的TCP/IP协议栈的内容。着重介绍了要实现的TCP/IP协议栈的子协议，包括TCP协议、UDP协议、IP协议、ARP协议、ICMP协议。在介绍这些协议的时候，介绍了这些协议的工作原理，以及这些协议要用到的报文的格式。 第四章介绍实现剪裁的TCP/IP协议栈的实现，具体介绍的经过剪裁的TCP/IP各个模块的设计工作。这个部分着重介绍各个模块的设计方法，实现各个模块的过程。在设计完这些模块后，对这些模块的仿真进行了仿真。 第五章是全文的总结，概括了作者在这次毕业设计中的主要工作和课题的意义，同时指出了进一步工作的方向和需要解决的问题。
上传时间： 2013-04-24
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《计算机组成原理》是计算机系的一门核心课程。但是它涉及的知识面非常广，内容包括中央处理器、指令系统、存储系统、总线和输入输出系统等方面，学生在学习该课程时，普遍觉得内容抽象难于理解。但借助于该计算机组成原理实验系统，学生通过实验环节，可以进一步融会贯通学习内容，掌握计算机各模块的工作原理，相互关系的来龙去脉。 为了增强实验系统的功能，提高系统的灵活性，降低实验成本，我们采用FPGA芯片技术来彻底更新现有的计算器组成原理实验平台。该技术可根据用户要求为芯片加载由VHDL语言所编写出的不同的硬件逻辑，FPGA芯片具有重复编程能力，使得系统内硬件的功能可以像软件一样被编程，这种称为“软”硬件的全新系统设计概念，使实验系统具有极强的灵活性和适应性。它不仅使该系统性能的改进和扩充变得十分简易和方便，而且使学生自己设计不同的实验变为可能。计算机组成原理实验的最终目的是让学生能够设计CPU，但首先，学生必须知道CPU的各个功能部件是如何工作，以及相互之间是如何配合构成CPU的。因此，我们必须先设计出一个教学用的以FPGA芯片为核心的硬件平台，然后在此基础上开发出VHDL部件库及主要逻辑功能，并设计出一套实验。 本文重点研究了基于FPGA芯片的VHDL硬件系统，由于VHDL的高标准化和硬件描述能力，现代CPU的主要功能如计算，存储，I/O操作等均可由VHDL来实现。同时设计实验内容，包括时序电路的组成及控制原理实验、八位运算器的组成及复合运算实验、存储器实验、数据通路实验、浮点运算器实验、多流水线处理器实验等，这些实验形成一个相互关联的系统。每个实验先由教师讲解原理及原理图，学生根据教师提供的原理图，自己用MAX+PLUSII完成电路输入，学生实验实际上是编写VHDL，不需要写得很复杂，只要能调用接口，然后将程序烧入平台，这样既不会让学生花太多的时间在画电路图上，又能让学生更好的理解每个部件的工作原理和工作过程。 论文首先研究分析了FPGA硬件实验平台，即实验系统的硬件组成。系统采用FPGA-XC4010EPC84，62256CPLD以及其他外围芯片(例如74LS244，74LS275)组成。根据不同的实验要求，规划不同实验控制逻辑。用户可选择不同的实验逻辑，通过把实验逻辑下载到FPGA芯片中构成自己的实验平台。 其次，论文详细的阐述了VHDL模块化设计，如何运用VHDL技术来依次实现CPU的各个功能部件。VHDL语言作为一种国际标准化的硬件描述语言，自1987年获得IEEE批准以来，经过了1993年和2001年两次修改，至今已被众多的国际知名电子设计自动化(EDA)工具研发商所采用，并随同EDA设计工具一起广泛地进入了数字系统设计与研发领域，目前已成为电子业界普遍接受的一种硬件设计技术。再次，论文针对实验平台中遇到的较为棘手的多流水线等问题，也进行了深入的阐述和剖析。学生需要什么样的实验条件，实验内容及步骤才能了解当今CPU所采用的核心技术，才能掌握CPU的设计，运行原理。另外，本论文的背景是需要学生熟悉基本的VHDL知识或技能，因为实验是在编写VHDL代码的前提下完成的。 本文在基于实验室的环境下，基本上较为完整的实现了一个基于FPGA的实验平台方案。在此基础上，进行了部分功能的测试和部分性能方面的分析。本论文的研究，为FPGA在实际系统中的应用提供研究思路和参考方案。论文的研究结果将对FPGA与VHDL标准的进一步发展具有重要的理论和现实意义。
上传时间： 2013-04-24
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近年来，随着网络技术的发展和视频编码标准受到广泛接受，视频点播、视频流和远程教育等基于网络的多媒体业务逐渐普及。为了对拥有不同终端资源，不同接入网络以及不同兴趣的用户提供灵活的多媒体数据访问服务，多媒体数据的内容需要根据应用环境动态调整，转码正是实现这一挑战性任务的关键技术之一。 视频转码对时间的要求非常苛刻，以至于用高速的通用微处理器芯片也无法在规定的时间内完成必要的运算。因此，必须为这样的运算设计一个专用的高速硬线逻辑电路，在高速FPGA器件上实现或制成高速专用集成电路。用高密度的FPGA来构成完成转码算法所需的电路系统，实现专用集成电路的功能，因其成本低、设计周期短、功耗小、可靠性高、使用灵活等优点而成为适合本课题的最佳选择。 本文根据MPEG-2中可变长编码(VLC)理论，采用了两级查找表减少了VLC存储空间的使用，完成VLC编码的实现。根据MPEG-2中关于System Packet的定义，针对FPGA可实现性，以空间换取复杂度的减少，实现了PES包的打包模块。根据MPEG-2相应的转码理论，完成了对系统解码模块相应的连接和调试，对解码模块以真实的bit流进行了贴近板级的情况的仿真。根据MPEG-2中TM5的算法的局限性，分析得出只需要对P帧进行相应处理即可改进场景变换对视频质量的影响，完成对TM5的算法的改进。通过性能估算和电路仿真，各模块的吞吐率能够满足转码系统的要求。
上传时间： 2013-07-22
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