本文介绍了基于软PLC(Programmable Logic Controller，可编程控制器)的嵌入式技术起源和背景，综述了基于软PLC的嵌入式系统的关键技术和优点，最后介绍了其设计和实现的方法。 基于软PLC的嵌入式系统的研究与实现分为开发系统和运行系统(又称为虚拟机系统)。本文概述了开发系统，其运行于PC机的操作系统如Windows或者Linux等，为用户提供一个大众化的编程环境，它包含编辑器、编译器、连接器、调试器和通信接口几个部分。编辑界面友好，可以让用户方便的使用LD、ST和FBD三种语言编写程序，编译器和连接器将源程序文件编译和连接成虚拟机系统可执行的目标代码文件；分析了开发系统，其中详细描述了编译模块的编制过程，实现了将指令表语言转换为运行系统能够识别的C/C++指令的功能；详细地研究了梯形图转换为指令表语言，以及由指令表语言向梯形图语言的算法和数据结构。调试器借助于虚拟机运行系统提供的服务可完成对应用程序的调试纠错；讨论了uCLinux操作系统和编译调试技术，以及采用ModBus/TCP工业通信协议的通信接口用于开发系统和运行系统之间的通信。 另一方面，本文分析了虚拟机运行系统，它运行于安装了uCLinux的ARM7平台上，包括运行内核模块、系统管理模块和通信接口模块。由于uCLinux没有MMU和本身对实时性没有什么要求，而针对基于软PLC的嵌入式系统的研究与实现要求，本文在对其进行了uCLinux小型化研究的同时探讨了双内核实时性方案，解决了uCLinux实时性不足的问题。运行内核模块调度和执行应用程序并管理时钟。系统管理模块管理系统状态和内存。通信模块用于开发系统及I/O设备通信。在此基础上，对基于软PLC的嵌入式系统的进行了设计与实现，并通过试验将编译的目标代码传递到基于软PLC的嵌入式运行系统中，实现了控制功能，验证了生成目标代码的正确性和开发系统的可行性，实现了编辑界面友好，系统开放，性价比较高的软PLC嵌入式系统，达到了预期的目标，具有一定理论和应用价值。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：jiiszha
通用异步收发器(Universal Asynchronous Receiver Transmitter，UART)是一种能同时支持短距离和长距离数据传输的串行通信接口，被广泛应用于微机和外设之间的数据交换。像8251、NS8250、NS16550等都是常用的UART芯片，但是这些专用的串行接口芯片的缺点是数据传输速率比较慢，难以满足高速率数据传输的场合，而更重要的就是它们都具有不可移植性，因此要利用这些芯片来实现PC机和FPGA芯片之间的通信，势必会增加接口连线的复杂程度以及降低整个系统的稳定性和有效性。 本课题就是针对UART的特点以及FPGA设计具有可移植性的优势，提出了一种基于FPGA芯片的嵌入式UART设计方法，其中主要包括状态机的描述形式以及自顶向下的设计方法，利用硬件描述语言来编制UART的各个子功能模块以及顶层模块，之后将其集成到FPGA芯片的内部，这样不仅能解决传统UART芯片的缺点而且同时也使整个系统变得更加具有紧凑性以及可靠性。 本课题所设计的LIART支持标准的RS-232C传输协议，主要设计有发送模块、接收模块、线路控制与中断仲裁模块、Modem控制模块以及两个独立的数据缓冲区FIFO模块。该模块具有可变的波特率、数据帧长度以及奇偶校验方式，还有多种中断源、中断优先级、较强的抗干扰数据接收能力以及芯片内部自诊断的能力，模块内分开的接收和发送数据缓冲寄存器能实现全双工通信。除此之外最重要的是利用IP模块复用技术设计数据缓冲区FIFO，采用两种可选择的数据缓冲模式。这样既可以应用于高速的数据传输环境，也能适合低速的数据传输场合，因此可以达到资源利用的最大化。 在具体的设计过程中，利用Synplify Pro综合工具、ModelSim仿真工具、ISE集成的软件开发环境中对各个功能模块进行综合优化、仿真验证以及下载实现。各项数据结果表明，本课题中所设计的UART满足预期设计目标。
上传时间： 2013-08-02
上传用户：rocketrevenge
随着列车自动化控制和现场总线技术的发展，基于分布式控制系统的列车通信网络技术TCN（IEC-61375）在现代高速列车上得到广泛应用。TCN协议将列车通信网络分为绞线式列车总线WTB和多功能车辆总线MVB，其中WTB实现对开式列车中的互联车辆间的数据传输和通信，MVB实现车载设备的协同工作和互相交换信息。 本文介绍了国内外列车通信网络的发展情况和各自优势，分析了MVB一类设备底层协议。研究利用FPGA实现MVB控制芯片MVBC，用ARM作为微处理器实现MVB一类设备的嵌入式解决方案。其中，在FPGA芯片中主要采用自顶向下的设计方法，RLT硬件描述语言实现MVB控制芯片MVBC一类设备的主要功能，包括帧编码器、帧解码器和逻辑接口单元。ARM主要完成了软件程序的编写和实时操作系统的移植。在eCos实时操作系统上，完成了驱动和上层应用程序，包括端口初始化、端口配置、帧收发指令和报文分析。 为了验证设计的正确性，在设计的硬件平台基础上，搭建了MVB通信网络的最小系统，对网络进行系统功能测试。测试结果表明：设计方案正确，达到了设计的预期要求。
上传时间： 2013-08-03
上传用户：bruce5996
随着微电子技术的高速发展，实时图像处理在多媒体、图像通信等领域有着越来越广泛的应用。FPGA就是硬件处理实时图像数据的理想选择，基于FPGA的图像处理专用系统的研究将成为信息产业的新热点。 @@ 本文详细介绍了一种基于FPGA开发板的实时图像采集与显示系统，该系统由前端视频采集单元、图像存储单元、图像显示单元三部分组成。它的主要功能有：对摄像头送来的视频数据进行采集，并采用PHILIPS公司的专用视频解码芯片SAA7113将模拟视频转化成数字视频；将采集进来的数据存储到FPGA开发板内嵌的SDRAM中；采用PHILIPS公司的专用视频编码芯片SAA7121将数字视频信号转换为模拟信号送显示器输出。 @@ 系统在Quartus II 5.0、Model Sim6.0软件平台下开发并在硬件上得到实现，达到预期效果。FPGA实现图像采集显示是一种有效，简便、经济的方法，因此该课题具有广阔的应用前景和市场价值。 @@关键词：FPGA，I2C总线，视频采集，SDRAM，视频显示
上传时间： 2013-06-06
上传用户：rhl123
现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)是可编程逻辑器件的一种，它的出现是随着微电子技术的发展，设计与制造集成电路的任务已不完全由半导体厂商来独立承担。系统设计师们更愿意自己设计专用集成电路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)．芯片，而且希望ASIC的设计周期尽可能短，最好是在实验室里就能设计出合适的ASIC芯片，并且立即投入实际应用之中。现在，FPGA已广泛地运用于通信领域、消费类电子和车用电子。 本文中涉及的I/O端口模块是FPGA中最主要的几个大模块之一，它的主要作用是提供封装引脚到CLB之间的接口，将外部信号引入FPGA内部进行逻辑功能的实现并把结果输出给外部电路，并且根据需要可以进行配置来支持多种不同的接口标准。FPGA允许使用者通过不同编程来配置实现各种逻辑功能，在IO端口中它可以通过选择配置方式来兼容不同信号标准的I/O缓冲器电路。总体而言，可选的I/O资源的特性包括：IO标准的选择、输出驱动能力的编程控制、摆率选择、输入延迟和维持时间控制等。 本文是关于FPGA中多标准兼容可编程输入输出电路(Input/Output Block)的设计和实现，该课题是成都华微电子系统有限公司FPGA大项目中的一子项，目的为在更新的工艺水平上设计出能够兼容单端标准的I/O电路模块；同时针对以前设计的I/O模块不支持双端标准的缺点，要求新的电路模块中扩展出双端标准的部分。文中以低压双端差分标准(LVDS)为代表构建双端标准收发转换电路，与单端标准比较，LVDS具有很多优点： (1)LVDS传输的信号摆幅小，从而功耗低，一般差分线上电流不超过4mA，负载阻抗为100Ω。这一特征使它适合做并行数据传输。 (2)LVDS信号摆幅小，从而使得该结构可以在2.5V的低电压下工作。 (3)LVDS输入单端信号电压可以从0V到2.4V变化，单端信号摆幅为400mV，这样允许输入共模电压从0.2V到2.2V范围内变化，也就是说LVDS允许收发两端地电势有±1V的落差。 本文采用0.18μm1.8V/3.3V混合工艺，辅助Xilinx公司FPGA开发软件ISE，设计完成了可以用于Virtex系列各低端型号FPGA的IOB结构，它有灵活的可配置性和出色的适应能力，能支持大量的I/O标准，其中包括单端标准，也包括双端标准如LVDS等。它具有适应性的优点、可选的特性和考虑到被文件描述的硬件结构特征，这些特点可以改进和简化系统级的设计，为最终的产品设计和生产打下基础。设计中对包括20种IO标准在内的各电器参数按照用户手册描述进行仿真验证，性能参数已达到预期标准。
上传时间： 2013-05-15
上传用户：shawvi
图像显示器是人类接受外部信息的重要手段之一。而立体显示则能再现场景的三维信息，提供场景更为全面、详实的信息，在医学、军事、娱乐具有广泛的应用前景。而现有的3D立体显示设备价格都比较贵，基于此，本人研究了基于SDRAM存储器和FPGA处理器的3D头盔显示设备并且设计出硬件和软件系统。该系统图像效果好，并且价格成本便宜，从而具有更大的实用性。本文完成的主要工作有三点： 1.设计了基于FPGA处理器和SDRAM存储器的3D头盔显示器。该方案有别于现有的基于MCU、DSP和其它处理芯片的方案。本方案能通过线性插值算法把1024×768的分辨率变成800×600的分辨率，并能实现120HZ图像刷新率，采用SDRAM作为高速存储器，并且采用乒乓操作，有别于其它的开关左右眼视频实现立体图像。在本方案中每时每刻都是左右眼视频同时输出，使得使用者感觉不到视频图像有任何闪烁，减轻眼睛疲劳。本方案还实现了图像对比对度调节，液晶前照光调节(调节输出脉冲的占空比)，立体图像源自动识别，还有人性化的操作界面(OSD)功能。 2.完成了该系统的硬件平台设计和软件设计。从便携性角度考虑，尽量减小PCB板面积，给出了它们详细的硬件设计电路图。完成了FPGA系统的设计，包括系统整体分析，各个模块的实现原理和具体实现的方法。完成了单片机对AD9883的配置设计。 3.完成了本方案的各项测试和调试工作，主要包括：数据采集部分测试、数据存储部分测试、FPGA器件工作状态测试、以电脑显示器作为显示器的联机调试和以HX7015A作为显示器的联机调试，并且最终调试通过，各项功能都满足预期设计的要求。实验和分析结果论证了系统设计的合理性和使用价值。 本文的研究与实现工作通过实验和分析得到了验证。结果表明，本文提出的由FPGA和SDRAM组成的3D头盔显示系统完全可以实现高质量的立体视觉效果，从而可以将该廉价的3D头盔显示系统用于我国现代化建设中所需要的领域。
上传时间： 2013-07-16
上传用户：xiaoxiang
无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）是由大量传感器节点组成，这些节点部署在监测区域内通过无线通信方式，形成的一个多跳自组织的网络。整个网络的作用是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中监测对象的信息，并发送给观察者，可广泛应用于环境监测、医疗护理、军事、商业等多个领域。 媒体访问控制（Medium Access Control，MAC）协议处于无线传感器网络协议的物理层和路由层之间，用于在传感器节点间公平有效地共享通信媒介，对传感器网络的性能有较大影响。与传统无线网络不同，提高能量效率和可扩展性是无线传感器网络MAC协议设计的主要目标。 本文主要阐述基于FPGA对IEEE802．15．4 MAC层功能的实现。首先介绍了无线传感器网络的体系结构、MAC协议的设计要求以及已有的MAC层协议，讨论了无线传感器网络MAC层的主要要求和功能。然后详细介绍和分析了IEEE802．15．4的MAC协议，并在此基础上，通过NS2平台对MAC层协议进行了仿真，研究不同网络负荷下信道访问机制的各个参数对吞吐量，丢包率，传输延时的影响，分析了隐蔽站问题、确认帧机制。 本文对MAC层中的主要功能，诸如数据收发、帧处理、信道接入方式以及帧检验等提出了基于FPGA的硬件解决方法。设计选用硬件描述语言VerilogHDL，在QuartusⅡ中完成模块的综合和布局布线，在QuartusⅡ和Modelsim中进行时序仿真验证，最终下载到自主设计Altera公司的Cyclone开发板中。 对设计的验证采取的是由里及外的方式，先对系统主模块的功能进行验证，然后下载到与CC2430开发板相连接的FPGA中对设计进行验证测试。验证流程是功能仿真、时序仿真和板级调试，最终通过测试，验证了该设计的功能。测试结果表明，该模块能满足无线传感器网络低速率应用环境的需要，具有优良的扩展性能，达到了预期的设计目标。
上传时间： 2013-06-14
上传用户：竺羽翎2222
虚拟仪器技术是以传感器、信号测量与处理、微型计算机等技术为基础而形成的一门综合应用技术。目前虚拟仪器大部分是基于PC机，利用PCI等总线技术传输数据，数据卡插拔不便，便携性差。随着嵌入式技术的飞速发展，嵌入式系统平台已经应用到各个领域，而市场上的嵌入式虚拟仪器系统还相当少，各种研究工作才刚刚起步，各种高性能的虚拟仪器和处理系统在现代工业控制和科学研究中已成为必不可少的部分。因此在我国开发具有较高性能、接口灵活、功能多样化、低成本的虚拟仪器装置势在必行。 针对目前虚拟仪器系统发展趋势和特点，采用FPGA技术，进行一种支持多种平台的高速虚拟仪器系统的设计与研究，并针对高速虚拟仪器系统中的一些技术难点提出解决方案。首先进行了系统的总体设计，确定了采用FPGA作为系统的控制核心，并选取了Labview作为PC平台应用程序开发工具，利用USB2.0接口来进行数据传输；同时选取嵌入式处理器S3C2410以及WinCE作为嵌入式系统硬软件平台。随后进行了各个具体模块的设计，在硬件方面，分别设计了前端处理电路，ADC电路以及USB接口电路。在软件方面，进行了FPGA控制程序的设计工作，实现了对各个模块和接口电路的控制功能。在上层应用程序的设计方面，设计了Labview应用程序，实现了波形显示和频谱分析等仪器功能，人机界面良好。在嵌入式平台上面，进行了WinCE下GPIO驱动程序设计，并在上层应用程序中调用驱动来进行数据的读取。为了解决高速ADC与数据缓存器的速度不匹配的问题，提出利用多体交叉式存储器结构的设计方案，并在FPGA内对控制程序进行了设计，对其时序进行了仿真。 最后对系统进行了联合调试工作，利用上层软件对输入波形进行采集。根据调试结果看，该系统对输入信号进行了较好的采样和存储，还原了波形，达到了预期效果。课题研究并且对设计出一种支持多平台的新型虚拟仪器系统，具有性能好、使用灵活，节省成本等特点，具有较高的研究价值和现实意义。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：shwjl
Scaler是平板显示器件(FPD，Flat Panel Display)中的重要组成部分，它将输入源图像信号转换成与显示屏固定分辨率一致的信号，并控制其显示在显示屏上。本文在研究图像缩放算法和scaler在FPD中工作过程的基础上，采用自上而下(Top-down)的设计方法，给出了scaler的设计及FPGA验证。该scaler支持不同分辨率图像的缩放，且缩放模式可调，也可以以IP core的形式应用于相关图像处理芯片中。 图像缩放内核是scaler的核心部分，它是scaler中的主要运算单元，完成图像缩放的基本功能，它所采用的核心算法以及所使用的结构设计决定着缩放性能的优劣，也是控制芯片成本的关键。因此，本文从缩放内核的结构入手，对scaler的总体结构进行了设计；通过对图像缩放中常用算法的深入研究提出了一种新的优化算法——矩形窗缩放算法，并对其计算进行分析和简化，降低了计算的复杂度。FPGA设计中，采用列缩放与行缩放分开处理的结构，使用双口RAM作为两次缩放间的数据缓冲区。使用这种结构的优势在于：行列缩放可以同时进行，数据处理的可靠性高、速度快：内核结构简单明了,数据缓冲区大小合适，便于设计。此外，本文还介绍了其他辅助模块的设计，包括DVI接口信号处理模块、缩放参数计算与控制模块以及输出信号检测与时序滤波模块。 本设计使用Verilog HDL对各模块进行了RTL级描述，并使用Quartus II7.2进行了逻辑仿真，最后使用Altera公司的FPGA芯片来进行验证。通过逻辑验证和系统仿真，证明该scaler的设计达到了预期的目标。对于不同分辨率的图像，均可以在显示屏上得到稳定的显示。
上传时间： 2013-05-30
上传用户：xiaowei314
温湿度是影响粮食储藏的重要参数，两者之间是相互关联的，温湿度控制不好必然引起粮食发热和霉变，且极易产生连锁反应，从而造成难以挽回的损失。温湿度的控制直接影响到粮食存储系统的性能。冈此，粮食温湿度测控技术在农业上的应用是十分重要的。本文研究基于FPGA的粮仓温湿度监制系统。 设计了基于FPGA的粮仓温湿度监控系统，该系统主要由温湿度传感器、控制电路、单片机和上位机构成。单片机主要完成温度数据的采集和上位机的通讯；控制电路基于FPGA进行设计，主要负责采集湿度信息，计算温湿度偏差及其变化率，通过调用模糊控制算法对温湿度进行模糊控制，单片机通过RS485总线和上位机进行串口通信，使上位机能够实时记录，显示温湿度变化值和控制过程曲线。该系统实现了粮仓内温湿度的实时监测，使管理人员可以实时掌控粮仓内的温湿度情况。 采用FPGA设计控制电路简化了系统的组成和外围数字电路，易于系统扩展和升级，内部集成了信号处理、控制、检测电路，减少了系统的体积，缩短了开发周期，大大增强了系统的可靠性；配合功率驱动、电源等外围电路，完成信号采集、处理和控制等功能，节省了开发成本，使粮仓温湿度控制系统更加集成化。这也恰恰更加符合当今电子产品高精度，集成化的要求。 系统采用直接输出数字量的DS1820温度传感器和湿度传感器HS1101并将HS1101与555定时器组成振荡电路，其输出为频率脉冲信号，与湿度值成线性关系，该频率脉冲信号可直接送入FPGA进行计数，这样温湿度传感器输出的信号都没有经过放大、A/D转换，进一步减少了测量误差。控制电路采用了VHDL硬件描述语言进行编写。本装置已作出实样，通过了调试，已达到预期效果。
上传时间： 2013-06-16
上传用户：731140412
