频率合成技术广泛应用于通信、航空航天、仪器仪表等领域，目前，常用的频率合成技术有直接频率合成、锁相频率合成和直接数字频率合成(DDS)等。其中DDS是一种新的频率合成方法，是频率合成的一次革命。全数字化的DDS技术由于具有频率分辨率高、频率切换速度快、相位噪声低和频率稳定度高等优点而成为现代频率合成技术中的佼佼者。随着数字集成电路、微电子技术和EDA技术的深入研究，DDS技术得到了飞速的发展。 DDS是把一系列数字量化形式的信号通过D/A转换形成模拟量形式的信号的合成技术。主要是利用高速存储器作查寻表，然后通过高速D/A转换产生已经用数字形式存入的正弦波(或其它任意波形)。一个典型的DDS系统应包括以下三个部分：相位累加器可以时钟的控制下完成相位的累加；相位一幅度码转换电路一般由ROM实现；D/A转换电路，将数字形式的幅度码转换成模拟信号。 现场可编程门阵列(FPGA)设计灵活、速度快，在数字专用集成电路的设计中得到了广泛的应用。本论文主要讨论了如何利用FPGA来实现一个DDS系统，该DDS系统的硬件结构是以FPGA为核心实现的，使用Altera公司的Cyclone系列FPGA。 文章首先介绍了频率合成器的发展，阐述了基于FPGA实现DDS技术的意义；然后介绍了DDS的基本理论；接着介绍了FPGA的基础知识如结构特点、开发流程、使用工具等；随后介绍了利用FPGA实现直接数字频率合成(DDS)的原理、电路结构、优化方法等。重点介绍DDS技术在FPGA中的实现方法，给出了部分VHDL源程序。采用该方法设计的DDS系统可以很容易地嵌入到其他系统中而不用外接专用DDS芯片，具有高性能、高性价比，电路结构简单等特点；接着对输出信号频谱进行了分析，特别是对信号的相位截断误差和幅度量化误差进行了详细的讨论，由此得出了改善系统性能的几种方法；最后给出硬件实物照片和测试结果，并对此作了一定的分析。
上传时间： 2013-07-05
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电力系统自诞生以来，就孪生了电力系统谐波，随着电子装置的广泛应用，谐波问题变得日益严重，电力谐波已经成为电力系统的公害。谐波检测是谐波研究中的一个重要的分支，是解决其他相关谐波问题的基础，因此进行谐波检测的研究具有重要的理论意义和实用价值。 本论文主要是从谐波检测理论和实现方法上探讨了高精度、高实时性谐波检测数字系统的相关问题。 论文中阐述了电力系统谐波的相关概念和产生原理，并分析了电力谐波的特点。在检测理论上，本文采用FFT理论来计算谐波含量，研究了Radix-2FFT在谐波检测中的应用，描述了FFT分析过程中的频谱泄漏现象，并从理论上研究了频谱泄漏的根源。 为了解决频谱泄漏问题，本文提出了采用锁相倍频技术方法，跟踪电力系统工频频率变化，从而有效减少频谱泄漏。在谐波检测中，FFT运算量很大、对速度和精度要求苛刻，本文探讨了应用FPGA实现FFT信号处理的方法。
上传时间： 2013-06-17
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频率合成技术广泛应用于通信、航空航天、仪器仪表等领域。目前，常用的频率合成技术有直接式频率合成，锁相频率合成和直接数字频率合成(DDS)。本次设计是利用FPGA完成一个DDS系统并利用该系统实现模拟信号的数字化调频。 DDS是把一系列数字量形式的信号通过D/A转换形成模拟量形式的信号的合成技术。主要是利用高速存储器作查寻表，然后通过高速D/A转换器产生已经用数字形式存入的正弦波(或其他任意波形)。一个典型的DDS系统应包括：相位累加器，可在时钟的控制下完成相位的累加；相位码—幅度码转换电路，一般由ROM实现；DA转换电路，将数字形式的幅度码转换成模拟信号。DDS系统可以很方便地获得频率分辨率很精细且相位连续的信号，也可以通过改变相位字改变信号的相位，因此也广泛用于数字调频和调相。本次数字化调频的基本思想是利用AD转换电路将模拟信号转换成数字信号，同时用该数字信号与一个固定的频率字累加，形成一个受模拟信号幅度控制的频率字，从而获得一个频率受模拟信号的幅度控制的正弦波，即实现了调频。该DDS数字化调频方案的硬件系统是以FPGA为核心实现的。使用Altera公司的ACEX1K系列FPGA，整个系统由VHDL语言编程，开发软件为MAX+PLUSⅡ。经过实际测试，该系统在频率较低时与理论值完全符合，但在高频时，受器件速度的限制，波形有较大的失真。
上传时间： 2013-06-14
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逆变控制器的发展经历从分立元件的模拟电路到以专用微处理芯片（DSP/MCU）为核心的电路系统，并从数模混合电路过渡到纯数字控制的历程。但是，通用微处理芯片是为一般目的而设计，存在一定局限。为此，近几年来逆变器专用控制芯片（ASIC）实现技术的研究越来越受到关注，已成为逆变控制器发展的新方向之一。本文利用一个成熟的单相电压型PWM逆变器控制模型，围绕逆变器专用控制芯片ASIC的实现技术，依次对专用芯片的系统功能划分，硬件算法，全系统的硬件设计及优化，流水线操作和并行化，芯片运行稳定性等问题进行了初步研究。首先引述了单相电压型PWM逆变器连续时间和离散时间的数学模型，以及基于极点配置的单相电压型PWM逆变器电流内环电压外环双闭环控制系统的设计过程，同时给出了仿真结果，仿真表明此系统具有很好的动、静态性能，并且具有自动限流功能，提高了系统的可靠性。紧接着分析了FPGA器件的特征和结构。在给出本芯片应用目标的基础上，制定了FPGA目标器件的选择原则和芯片的技术规格，完成了器件选型及相关的开发环境和工具的选取。然后系统阐述了复杂FPGA设计的设计方法学，详细介绍了基于FPGA的ASIC设计流程，概要介绍了仅使用QuartusII的开发流程，以及Modelsim、SynplifyPro、QuartusII结合使用的开发流程。在此基础上，进行了芯片系统功能划分，针对：DDS标准正弦波发生器，电压电流双环控制算法单元，硬件PI算法单元，SPWM产生器，三角波发生器，死区控制器，数据流/控制流模块等逆变器控制硬件算法/控制单元，研究了它们的硬件算法，完成了模块化设计。分析了全数字锁相环的结构和模型，以此为基础，设计了一种应用于逆变器的，用比例积分方法替代传统锁相系统中的环路滤波，用相位累加器实现数控振荡器（DCO）功能的高精度二阶全数字锁相环（DPLL）。分析了“流水线操作”等设计优化问题，并针对逆变器控制系统中，控制系统算法呈多层结构，且层与层之间还有数据流联系，其执行顺序和数据流的走向较为复杂，不利于直接采用流水线技术进行设计的特点，提出一种全新的“分层多级流水线”设计技术，有效地解决了复杂控制系统的流水线优化设计问题。本文最后对芯片运行稳定性等问题进行了初步研究。指出了设计中的“竞争冒险”和饱受困扰之苦的“亚稳态”问题，分析了产生机理，并给出了常用的解决措施。
上传时间： 2013-05-28
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通信领域的主导技术有两种：用于内部商业通信的局域网(LAN)中的以太网(Ethernet)和广域网(WAN)中的SDH(SynchronousDigitalHierarchy)。因为在SDH网络上不直接支持以太网，当企业(客户)间需要彼此通信或企业(客户)内需要将其总部与分部连至同一LAN网时互连问题便应运而生。 该研究课题的目的是研究在EoS(EthernetoverSDH)实现过程中存在的技术难题和协议实现的复杂性，提出一种简单、快速、高效的协议实现方法。主要关注的是EoS系统中与协议帧映射相关的关键技术，例如：自定义帧结构、帧定位、全数字锁相技术、流量控制技术等，最终完成EoS中这些关键技术模块的设计。 该课题简单分析EoS系统相关协议帧结构及EoS系统的原理，阐述了FPGA技术的实现方法，重点在于利用业界最先进的EDA工具实现EoS系统中帧映射技术。系统中采用一种简化了的点对点实现方案，对以太网的数据帧直接进行HDLC帧格式封装，采用多通道的E1信道承载完整的HIDLC帧方式将HDLC帧映射到E1信道中，然后采用单通道承载多个完整的E1帧方式将E1映射到SDH信道中，从而把以太网帧有效地映射到SDH的负荷中，实现“透明的局域网服务”。这对在现有的SDH传输设备上承载以太网，开发实现以太网的广域连接设备，将会具有重要的意义。
上传时间： 2013-04-24
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随着微电子技术的发展，可编程逻辑器件取得了迅速的发展，其功能日益强大，FPGA内部可用逻辑资源飞速增长，近来推出的FPGA都针对数字信号处理的特点做了特定设计，集成了存储器、锁相环（PLL）、硬件乘法器、DSP模块等，通过使用各个公司提供的FPGA开发软件使用硬件描述语言，可以实现特定的信号处理算法，如FFT、FIR等算法，为电子设计工程师提供了新的选择。实时图像处理系统采用FPGA+DSP的结构来完成整个复杂的图像处理算法。将图像处理算法进行分类，FPGA和DSP份协作发挥各自的长处，对于算法实现简单、运算量大、实时性高的这类处理过程由大容量高性能的FPGA实现，DSP则用来处理经过预处理后的图像数据，来运行算法结构复杂，乘加运算多的算法。整个系统主要包括FPGA处理单元、DSP处理单元以及PCI接口通讯三个部分。主要取得的了以下的研究成果：（1）研究了FPGA的工作原理及应用，完成了Stratix芯片的选型。设计了数字图像处理板的电路原理图和PCB设计图。并对电路板进行调试，工作正常。（2）完成了FPGA程序下载电缆的PCB电路设计，并调试成功，应用到FPGA的调试下载配置中，取得了良好的实验与经济效果。（3）充分利用FPGA的设计开发软件与工具，完成了中值滤波、形态学滤波和自适应阈值的FPGA实现，并给出了详细的实现过程。将算法下载到FPGA芯片，经过试验调试，达到要求。（4）研究了PCI接口通讯的实现方式，选用PCI9054芯片实现通讯，完成PCI接口电路设计，经过调试，实现了中断、DMA等方式，满足了数据传输的要求。（5）学习了C6701DSP芯片的工作特性以及内部功能结构，完成了DSP外围存储器的扩展、时钟信号发生以及电源模块等外围电路的设计。
上传时间： 2013-07-16
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随着世界能源危机的到来，太阳能光伏发电在能源结构中正在发挥着越来越大的作用。而太阳能光伏发电系统的核心部件并网逆变器的性能还需要进一步提高。为了迎合市场上对高品质、高性能、智能化并网逆变器的需求，我们将ARM+DSP架构作为并网逆变器的控制系统。本系统集成了ARM和DSP的各自的强大功能，使并网逆变器的性能和智能化水平得到了显著提高。本论文是基于山东大学鲁能实习基地“光伏并网逆变器项目”，目前已经试制出样机。本人主要负责并网逆变器控制系统的软硬件设计工作。本文主要研究内容有： 1.本并网逆变器采用了内高频环逆变技术。文中详细分析了这种逆变器的优缺点，进行了充分的系统分析和论证。 2.采用MATLAB/Simulink软件对并网逆变器的控制算法进行仿真，包括前级DC-DC变换的控制算法以及后级DC-AC逆变的控制算法。通过仿真验证了所设计算法的可行性，对DSP程序开发提供了很好的指导意义。 3.本文将ARM+DSP架构作为逆变器的控制系统，并设计了相应的硬件控制系统。DSP控制板硬件系统包括AD数据采集、硬件电流保护、电源、eCAN总线，SPI总线等硬件电路。ARM板硬件系统包括SPI总线、RS232总线、RS480总线、以太网总线、LCD显示、实时时钟、键盘等硬件电路。 4.本文设计和实现了两种最大功率点跟踪控制算法：功率扰动观察法或增量电导法；孤岛检测方法采用被动式和主动式两种检测方式，被动式所采用的方法是将过/欠电压和电压相位突变检测相结合的方式，主动式采用正反馈频率偏移法；为了实现并网逆变器的输出电流与电网电压同频同相，使用了软件锁相环控制技术。本文分别给出了以上各种算法的控制程序流程图。 5.本文也给出了AD数据采集、eCAN总线、RS232、RS485、以太网、PWM输出等程序流程图，以及DSP和ARM之间的SPI总线通信程序流程图。并且分别给出了ARM管理机控制系统主程序流程图和DSP控制机控制系统主程序流程图。 6.最后对并网逆变器样机进行实验结果分析。结果显示：该样机基本上实现了本文提出的设计方案所应完成的各项功能，样机的性能比较理想。
上传时间： 2013-07-10
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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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DDS（Direct Digital Synthesis直接数字频率合成技术）是广泛应用的信号生成方法，其优点是易于程控，输出频率分辨率高，同时芯片的集成度高，适合于嵌入式系统设计。针对现有的压电陶瓷电源输出波形频率、相位等不能程控、电路集成度不高、体积和功耗较大等问题，本文以ARM作为控制电路核心，引入DDS技术产生输出的波形信号，并由集成高压运放将波形信号提高至输出级的电压和功率。 在压电陶瓷电源硬件电路中采用了模块化设计，主要分为ARM控制电路、DDS系统驱动电路和波形调理电路、高压运放电路等几个部分。电源控制电路以三星公司的S3C2440控制器为核心，以触摸屏作为人机输入界面；DDS芯片选用ADI公司的AD9851，设计了DDS系统外围驱动电路，滤波和信号调理电路，并应用了将DDS与锁相环技术相结合的杂散问题解决方案；高压运放电路由两级运放电路组成，采用了电压控制型驱动原理，放大电路的核心是PA92集成高压运放，加入了补偿电路以提高系统的响应带宽，并在电源输出设置了过电流保护和快速放电的放电回路。 电源软件部分采用WINCE嵌入式系统，根据WINCE系统驱动架构设计DDS芯片的流接口程序，编写了流接口函数和配置文件，并将流驱动程序集成入WINCE系统；编写了基于EVC的触摸屏人机界面主程序，由主程序将用户输入参数转换为DDS芯片的控制字，并采用动态加载流驱动方式将控制字送入DDS芯片实现了对其输出的控制。 对电源进行了不同典型波形输出的测试实验。在实验中，测试了DDS信号波形输出的精度和分辨率、电源动态输出精度和对信号波形的跟随性和响应性能。实验表明，压电陶瓷电源输出信号波形精度较高，对波形、频率等参数改变的响应速度快，达到电源输出稳定性要求。
上传时间： 2013-04-24
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电能是一种最为广泛使用的能源，其应用程度是一个国家发展水平的主要标志之 随着科学技术和国民经济的发展，对电能质量的要求也越来越高。研制一种新型的电能质量实时监测系统，有效的进行电能质量监测，对保证电网和广大用户的电气设备和各种用电器具的安全经济运行、保障国民经济各行各业的正常生产和产品质量具有重要意义。 本文首先阐述了电能质量监测系统的国内外研究现状和电能质量的标准，并给出相应的测量方法；然后依据电能质量监测系统总体设计原则，详细分析了现有的各种设计方案，并比较各自的优缺点，最终提出了基于DSP和ARM的双CPU电能质量监测系统的设计方案。硬件设计方面，详细分析了主要元件的应用选型，重点研究了硬件平台的各部分组成和电路原理图。在前置采集模块中，采用ADS8364芯片设计了多通道信号采样保持和快速转换电路实现高精度的采样，利用锁相环跟踪电网频率实现硬件同步；同时充分发挥DSP的信号处理能力和ARM处理器的协调管理能力，设计了以DSP和ARM为核心的电路板。软件设计方面，ARM部分构建了嵌入式Linux开发环境；DSP部分给出了程序设计流程图；应用程序中移植了嵌入式数据库sqlite，且设计了基于Qt/Embedded的人机交互界面。
上传时间： 2013-06-03
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