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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激光测距技术被广泛应用于现代工业测量、航空与大地的测量、国防及通信等诸多领域。本文从已获得广泛应用的脉冲激光测距技术入手，重点分析了近年提出的自触发脉冲激光测距技术(STPLR)特别是其中的双自触发脉冲激光测距技术(BSTPLR)，通过分析发现其核心部件之一就是用于测量激光脉冲飞行时间(周期)的高精度高速计数器，而目前一般的方式是采用昂贵的进口高速计数器或专用集成电路(ASIC)来完成，这使得激光测距仪在研发、系统的改造升级和自主知识产权保护等诸多方面受到制约，同时在其整体性能上特别是在集成化、小型化和高可靠性方面带来阻碍。为此，本文研究了采用现场可编程门阵列(FPGA)来实现脉冲激光测距中的高精度高速计数及其他相关功能，基本解决了以上存在的问题。 论文通过对双自触发脉冲激光测距的主要技术要求和技术指标进行分析，对其中的信号处理单元采用了FPGA+单片机的设计形式。由FPGA主控芯片(EPF10K20TC144-4)作为周期测量模块，在整个测距系统中是信号处理的核心部件，借助其用户可编程特性及很高的内部时钟频率，设计了专用于BSTPLR的高速高精度计数芯片，负责对测距信号产生电路中的时刻鉴别电路输出信号进行计数。数据处理模块则主要由单片机(AT89C51)来实现。系统可以通过键盘预置门控信号的宽度以均衡测量的精度和速度，测量结果采用7位LED数码管显示。本设计在近距离(大尺寸)范围内实验测试时基本满足设计要求。
上传时间： 2013-06-01
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软件无线电是二十世纪九十年代提出的一种实现无线通信的体系结构，被认为是继模拟通信、数字通信之后的第三代无线电通信技术。它的中心思想是：构造一个开放性、标准化、模块化的通用硬件平台，并使宽带模数和数模转换器尽可能靠近天线，从而将各种功能，如工作频段、调制解调类型、数据格式、加密模式、通信协议等用软件来完成。 本论文首先介绍了软件无线电的基本原理和三种结构形式，综述了软件无线电的几项关键技术及其最新研究进展。其中调制解调模块是软件无线电系统中的重要部分，集中体现了软件无线电最显著的优点——灵活性。目前这一部分的技术实现手段多种多样。随着近几年来芯片制造工艺的飞速发展，可编程器件FPGA以其高速的处理性能、高容量和灵活的可重构能力，成为实现软件无线电技术的重要手段。 本论文调制解调系统的设计，选择有代表性的16QAM和QPSK两种方式作为研究对象，采用SystemView软件作为系统级开发工具进行集成化设计。在实现系统仿真和FPGA整体规划后，着重分析用VHDL实现其中关键模块以及利用嵌入FPGA的CPU核控制调制解调方式转换的方法。同时，在设计中成功地调用了Xilinx公司的IP核，实现了设计复用。由于FPGA内部逻辑可以根据需要进行重构，因而硬件的调试和升级变得很容易，而内嵌CPU使信号处理过程可以用软件进行控制，充分体现了软件无线电的灵活性。 通过本论文的研究，初步验证了在FPGA内实现数字调制解调过程及控制的技术可行性和应用的灵活性，并对将来的扩展问题进行了研究和讨论，为实现完整的软件无线电系统奠定了基础。
上传时间： 2013-06-10
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如今电力电子电路的控制旨在实现高频开关的计算机控制，并向着更高频率、更低损耗和全数字化的方向发展。现场可编程门阵列器件(FieldProgrammableGateArrays)是近年来崭露头角的一类新型集成电路，它具有简洁、经济、高速度、低功耗等优势，又具有全集成化、适用性强，便于开发和维护(升级)等显著优点。与单片机和DSP相比，FPGA的频率更高、速度更快，这些特点顺应了电力电子电路的日趋高频化和复杂化发展的需要。因此，在越来越多的领域中FPGA得到了日益广泛的发展和应用。 本文提出了一种采用现场可编程门阵列(FPGA)器件实现数字化通用PWM控制器的方案。该控制器能产生多路PWM脉冲，具有开关频率可调、各路脉冲间的相位可调、接口简单、响应速度快、易修改、可现场编程等特点，可应用于PWM的全数字化控制。文中对方案的实现进行了比较详细的论述，包括A/D采样控制、PI算法的实现、PWM波形的产生、各模块的工作原理等。 本文还提出一种新型ZCT-PWMBoost变换器，详细的分析了该变换器的工作过程，并采用基于FPGA的数字化通用PWM控制器对这种软开关Boost变换器进行控制，给出了比较完满的实验结果。实验结果验证了该控制器以及该ZCTBoost变换器的可行性和有效性，
上传时间： 2013-06-22
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针对现代中低压电网电能质量的监测及谐波治理的需要，论文综合运用嵌入式技术、现代信号处理技术、虚拟仪器技术设计了一种新型低功耗、集成化的电网参数监测仪。此系统实现了对三相电网相/线电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、电网频率、功率因数以及三相电压、电流的31次以内谐波的实时监测。 论文分析了基于微处理器的电力系统基本参数的测量原理；对被测信号的交流参量通过抽样方法获得，由多点的抽样数据统计得到的结果可以减小随机误差的影响；基于DFT和FFT的谐波测量原理，将FFT应用于谐波分析获得信号的频域参数；针对谐波测量中的混叠误差设计了二阶抗混叠滤波器；分析了非同步采样和对非时限信号的截断造成的频谱泄露和栅栏效应及其对谐波测量精度的影响。讨论了常用的几种窗函数对频谱泄漏的抑制作用，在此基础上选择加海明窗对采样信号进行处理；针对DDS具有高精度频率合成的特点，将其应用到电网信号的采样上，提高了采样的同步性，使得测量精度满足了系统的要求。上述方法需要大量快速的迭代运算，系统微处理器选用了32位ARM芯片LPC2132，提高了系统的数据处理能力和实时性。系统供电电源采用了开关电源、减小了体积，提高了效率；完成了下位机数据采集部分、二阶抗混叠滤波器、测频电路及通信模块电路的设计；最后介绍了软件设计部分，主要包含了数据采集的实现过程，FFT程序的设计，给出了各部分程序的流程图；系统上位机软件设计了电网数据处理程序，该软件以LabWindows/CVI6.0为开发平台，利用CVI丰富的库函数，完成对数据的处理、显示和记录等工作，并采用双线程运行模式，在数据采集和处理的同时完成了显示、命令的发送和运行曲线等功能。 按上述方案设计的样机经过三次电路制作与软件调试，主要技术参数达到了设计要求，通过了实验室测试，目前正在电力系统谐波治理系统中进行工业实验。
上传时间： 2013-04-24
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目前嵌入式系统在工业控制和智能家电方面运用地越来越广泛，嵌入式系统应用于安防报警产品，使安防报警产品越来越智能化。未来产品技术将朝着数字化、无线化、集成化方向发展，因此本文设计了一个基于嵌入式系统的安防报警器。 嵌入式防盗报警系统，由可编程主机、遥控器、各种防盗、防抢探测器组成，可通过局域网与小区的监控中心连接，组成一套有线安全防范网络。一旦发生情况，能把报警信息通过通讯网络瞬间远程传输到用户设定的电话、手机、传呼机。同时向监控中心报告，监控中心电脑确定发生警情的地址，及时调动人员作出快速处理。 本文设计以32位ARM920T处理器s3C2410A为主控芯片，操作系统采用嵌入式LINUX操作系统。本文详细阐述一下几点： （1）研究了GSM MODEM的数据传输的特点和工作原理，熟悉控制短信猫的AT指令；分析了烟雾、防盗、煤气等传感器的性能指标和门限数据。为下面的系统的设计与研究提供了必要的理论基础。 （2）建立硬件开发平台，对ARM处理器平台的集成功能进行了研究。其中重点研究了ARMS3C2410处理器，对其性能进行了分析；对处理器的内存设计进行的分析；对所应用的串口电路进行了详细的研究。 （3）采用了嵌入式Linux系统作为操作系统，对Linux系统的内核和文件系统作了进一步的研究。详细研究了Linux系统的bootloader的功能以及它的编译与烧写；Linux内核的剪切、编译和烧写；Linux文件系统的编译与烧写；加载Linux各种服务，比如NFS协议服务。为系统开发搭建了软件平台。 （4）ARM处理器与GSM MODEM通过串口进行数据传输的软件设计；ARM处理器与监控中心的网络传输的软件设计。本系统实现了Linux系统串口和网口进行数据的传输，并对系统性能进行了测试，测试表明平台达到设计要求，性能稳定。
上传时间： 2013-04-24
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仪器仪表产品的总体发展趋势是传统的仪器仪表将仍然朝着高性能、高精度、高灵敏、高稳定、高可靠、高环保和长寿命的“六高一长”的方向发展；新型的仪器仪表与元器件将朝着微型化、集成化、电子化、数字化、多功能化、智能化、网络化、计算机化的方向发展；其中占主导地位、起核心或关键的作用是微型化、智能化和网络化。而我国仪器仪表在工业自动化仪表方面重点发展基本上是基于现场总线技术的主控系统装置及智能化仪表和专用自动化仪表；闸门测控仪表一般的功能都是控制闸门开度、荷重，以及超限报警等基本功能。处理器核心也一般都是8/16位的单片机，8/16位单片机功能简单难以满足嵌入式设备的网络、图像传输等要求，而且对人际交互功能的支持也相对较弱。 本文正是针对现有闸门测控仪存在的功能单一、网络功能差、接口标准不统一、不具备监控功能等问题，开发设计高性能新型智能仪表。以设计出一种智能型闸门测控仪表为研究出发点，在分析国内主流仪表厂家的仪表操作方式和仪表功能的基础上，合理地进行软硬件设计，为在同一硬件平台下实现多种仪表的功能进行创新性和探索性研究。提出基于ARM的嵌入式闸门智能测控仪表的设计，构建基于ARM系统的硬件平台和基于嵌入式Linux操作系统的软件平台。应用嵌入式系统技术设计开发全新的智能闸门测控仪主要功能包括：闸门开度和荷重自动检测、实时性控制；过闸流量实时自动监测；闸门运行状态诊断与故障报警；实时工况图像处理；工业以太网现场总线接口与网络传输等。
上传时间： 2013-04-24
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随着微处理器的发展，现代数字仪表发展迅速，功能不断增强。目前，数字仪表正朝着集成化、智能化、高精度、微功耗、高可靠性发展。人们对数字仪表的设计和性能指标也提出了更高的要求，ARM相对于单片机具有更强的处理能力和更好的处理效果，为高精度、智能化仪表的设计提供了一种新的途径。 论文首先介绍了国内外数字仪表的发展情况，并对常见的数字仪表进行了分类，分析了影响数字仪表性能的主要因素。综合数字仪表的性能特点并考虑实现成本，论文提出了一种基于ARM的五位半分辨率数字仪表设计方案，并详细介绍了仪表的总体设计思路、硬件电路设计、软件设计及数据处理方法。该设计采用LPC2148芯片为处理核心，使用VFD（真空荧光显示器）作为仪表人机界面，界面友好且无视角误差；考虑到在某些现场条件恶劣的情况下也能对数字仪表读数进行观测，采用LabVIEW7.1设计了上位机显示界面；构建了一个基于LPC2148的开发平台，基于平台设计了一款具有五位半分辨率的数字仪表，实现了电压、电流、电阻等测量功能，同时设计了温度读取、实时时钟计时、SD卡数据存储等功能，为仪表的智能化设计奠定了基础。 通过对该数字仪表运行情况进行记录，并对记录的大量数据进行分析，结果表明：所设计的数字仪表能稳定显示，其精度和显示分辨率均达到五位半精度的要求。
上传时间： 2013-07-19
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旋转弯曲疲劳试验机是测定材料机械性能的基本设备之一，应用范围广泛。随着试验机技术和微电子技术的快速发展，旧有的试验机测控系统已逐渐不能适应广大用户的测试需求，迫切要求新一代试验机测控系统向数字化、智能化、集成化方面迈进。 本课题研究的主要任务是在分析和总结国内外同类试验机测控系统技术现状的基础上，吸收先进的微电子技术和试验机控制技术，开发一套新型的基于ARM微处理器的旋转弯曲疲劳试验机测控系统。论文围绕这个任务，主要进行了如下几个方面的研究工作： 1.分析旋转弯曲疲劳试验机的系统工作原理与测量参数，制定试验机测控系统的总体设计方案，并对测控系统中ARM主控制器要实现的功能进行具体分析。 2.依照总体方案，设计出以32位ARM微处理器LPC2210为核心的主控制器，对系统测量模块、驱动模块及外围电路进行了电路设计；分析系统交流驱动单元的工作原理，并对ARM实现系统交流电机的调速控制作出具体阐述。 3.针对系统交流电机的调速控制，在建立交流系统数学模型的基础上，采用一种基于现代控制理论的矢量控制算法并附以PID控制策略来实现无级精度调速。 4.移植实时嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ至LPC2210，编写启动代码和主任务程序，对各任务模块设计用户应用程序，并对上位机的软件系统设计进行结构规划。 5.对基于ARM的旋转弯曲疲劳试验机测控系统进行软硬件调试，并完成部分试验。
上传时间： 2013-06-06
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目前在各行各业中应用种类繁多的测量仪器随着仪器性能指标要求的逐渐提升以及功能的不断拓展，对仪器控制系统的实时性和集成化程度等性能的要求也越来越高。目前发展的趋势是开放式、集成度向芯片级靠拢的高实时性仪器。针对目前传统的系统设计存在着功能简单、速度慢、实时性差、对数据的再加工处理能力极为有限等问题，本文根据课题需要提出了一种基于ARM+FPGA架构的高速实时数据采集嵌入式系统方案，应用在小功率半导体测量仪器上。方案采用三星S3C2410的ARM处理器进行管理控制，处理数据，界面显示；Altera公司的Cyclone系列的1C12 FPGA器件用来进行高速数据采集，提高了系统的实时性和集成化程度。 本文首先给出了ARM+FPGA架构的总体设计。硬件方面，简要讨论了ARM处理器的特点和优势，FPGA在高速采集和并行性上的优势，给出了硬件的总体结构和主要部件及相关接口。软件方面，研究了基于嵌入式Linux的嵌入式系统的构建和BootLoader的启动以及内核和根文件系统的结构，构建了嵌入式Linux系统包括建立交叉开发环境，修改移植BootLoader和裁减移植Linux内核，并且根据课题实际需要精简建立了根文件系统。 为了满足测量仪器的实时性，设计了ARM与FPGA的高速数据采集接口。进行了FPGA内部与ARM接口相关部分的硬件电路设计；通过分析ARM与FPGA内部时序的差异，针对ARM与FPGA内部FIFO时序不匹配的问题，解决了测量仪器中高速数据采集与处理速度不匹配的问题。接着，通过研究Linux设备驱动基本原理和驱动程序的开发过程，设计了Linux下的FPGA数据采集接口驱动程序，并且实现了中断传输。使得FPGA芯片通过高效可靠的驱动程序可以很好的与ARM进行通讯。 最后为了方便用户操作，进行了人机交互系统的设计。为了降低成本和提高实用性利用FPGA芯片剩余的资源实现了对PS/2键盘鼠标接口的控制，应用到系统中，大大提高了人机交互能力；通过比较分析目前比较流行的几种嵌入式GUI图形设计工具的优缺点，结合课题的实际情况选择了MiniGUI作为课题图形界面的开发。根据具体要求设计了适合测量仪器方面上使用的人机交互界面，并且移植到了ARM平台上，给测量仪器的使用提供了更好的交互操作。 本课题完成了嵌入式Linux开发环境的建立，针对课题实际硬件电路设计修改移植了bootloader，裁减移植了内核以及根文件系统的建立；设计了FPGA内部硬件电路，解决了接口中ARM与FPGA时序不匹配的问题，实现了ARM与FPGA之间的高速数据采集；设计了高速采集接口在嵌入式Linux下的驱动程序以及中断传输和应用程序；合理设计了适合测量仪器使用的人机交互界面，并巧妙设计了PS/2键盘鼠标接口，进一步提高了交互操作。
上传时间： 2013-06-20
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