本论文首先描述了数字下变频基本理论和结构,对完成各级数字信号处理所涉及到的CORDIC、CIC、HB、DA、重采样等关键算法做了适当介绍;然后根据这些算法提出了基于FPGA实现的结构并进一步给出了性能分析;并且从数字下变频的系统层次上考虑了各模块彼此间的性能制约,从而选择合理配置、优化系统结构以获得模块间的性能均衡和系统性能的最优化;最后给出了FPGA实现的数字下变频器在测试中产生的波形和频谱,作了测试结果分析.
上传时间： 2013-05-25
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超声波流量计以非接触、精度高、使用方便等优点，在气象、石油、化工、医药、水资源管理等领域获得了广泛的应用。近年来，随着数字处理技术和微处理器技术的发展，超声波流量计作为一种测量仪表也得到了长足进步。本课题将ARM微控制器用于流量测量仪表的研制，拓展了仪表的开发空间，符合嵌入式技术的发展方向。 本文详细介绍了超声波时差法流量测量原理及基于LPC2214的超声波流量计系统设计方案和软硬件实现方法，并对测时算法进行了详细讨论。通过分析和借鉴国外超声波流量测量的先进技术和方法，得出了改进的时差法测量方案。系统硬件设计了超声波发射、接收及放大电路，采用高速模数转换器数字化接收信号，并对ARM系统电路中的电源电路，存储器电路，通信接口电路等进行了详细介绍。系统软件详细分析了嵌入式操作系统uClinux的移植方法，给出构建ARM-uClinux平台的步骤，并基于此平台，完成了系统软件设计。测时算法运用数字滤波技术提高信号信噪比，采用方差比检验方法和插值算法，提高测时定位精度。 系统设计良好的人机交互界面和通信调试接口，提高了ARM系统的软件开发调试效率；在保证流量计系统功能的同时，尽量简化硬件电路设计，降低研制成本，使设计更具合理性。
上传时间： 2013-04-24
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在电力现代化建设中，提高发电机发电效率是其中重要的一环，氢气作为导热性冷却介质广泛的应用于发电设备，作为冷却剂，它可以有效地提高其发电效率，但它又是一种易燃易爆气体，所以使氢气参数处于正常范围，保证发电机高效、安全正常工作就变得至关重要，因此对氢气参数进行实时监测有着重要的意义。 本论文研究和开发了基于ARM和CPLD的氢气参数监测系统，首先简要的分析了氢冷发电机系统对氢气参数进行监测的必要性以及当前电力系统氢气参数监控系统的发展情况。然后提出了一种利用无线通信手机短消息业务SMS、工控总线Modbus通信协议和RR485总线、SD卡海量存储等技术实现发电机系统多氢气参数的现场实时监测系统的设计方案。该方案以功能强大的ARM处理器作为系统的核心。采用高精度的16位AD转换芯片，并使用两种滤波算法的结合对信号进行数字滤波，满足系统对氢气参数采集精度的要求。同时系统结合CPLD技术，用于解决系统内微控器I/O口不足以及SD卡驱动的问题，本论文采用一片CPLD扩展I/O口，每一个扩展的I/O口都分配固定的地址，ARM微控器可以通过外部总线控制扩展I/O口的输出电平。SD卡(Secure Digital Memory Card)中文翻译为安全数码卡，是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，具有低成本，大容量的特点，系统的历史数据存储使用了SD卡作为存储介质，系统并没有直接使用ARM处理器读写SD卡，而是使用了拥有1270个逻辑单元的MAXⅡ1270 CPLD来驱动SD卡，在CPLD中使用VHDL语言设计了SD卡的总线协议，外部总线接口，SRAM的读写时序等，这样既可以提高微处理器SD卡的读写速度，增强微处理器程序的移植性，又可以简化微处理器读写SD卡的步骤并减少微处理器的负担。 本论文的无线数据传输采用GSM无线通信技术的SMS业务远传现场数据，设计了GSM模块的软件硬件，实现了报警等数据的无线传输，系统的有线传输采用了基于Modbus通信协议的RS485总线通信方式，采用这两种通信方式使系统的通信更加灵活、可靠。本论文最后分析了系统的不足并且提出了具体的改进方向。
上传时间： 2013-05-26
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数字信息在有噪声的信道中传输时，受到噪声的影响，误码总是不可避免的。根据香农信息理论，只要使Es/N0足够大，就可以达到任意小的误码率。采用差错控制编码，即信道编码技术，可以在一定的Es/N0条件下有效地降低误码率。按照对信息元处理方式不同，信道编码分为分组码与卷积码两类。卷积码的k0和n0较小，实现最佳译码与准最佳译码更加容易。卷积码运用广泛，被ITU选入第三代移动通信系统，作为包括WCDMA，CDMA2000和TD-SCDMA在内的信道编码的标准方案。 本文研究了CDMA2000业务通道中的帧结构，对CDMA2000系统中的卷积码特性及维特比译码的性能限进行了分析，并基于MATLAB平台做了相应的译码性能仿真。我们设计了一种可用于CDMA2000通信系统的通用、高速维特比译码器。该译码器在设计上具有以下创新之处：(1)采用通用码表结构，支持可变码率；帧控制模块和频率控制器模块的设计中采用计数器、定时器等器件实现了可变帧长、可变数据速率的数据帧处理方式。(2)结合流水线结构思想，利用四个ACS模块并行运行，加快数据处理速度；在ACS模块中，将路径度量值存贮器的存储结构进行优化，防止数据读写的阻塞，缩短存储器读写时间，使译码器的处理速度更快。(3)为了防止路径度量值和幸存路径长度的溢出，提出了保护处理策略。我们还将设计结果在APEXEP20K30E芯片上进行了硬件实现。该译码器芯片具有可变的码率和帧长处理能力，可以运行于40MHZ系统时钟下，内部最高译码速度可达625kbps。本文所提出的维特比译码器硬件结构具有很强的通用性和高速性，可以方便地应用于CDMA2000移动通信系统。
上传时间： 2013-06-24
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ASIC对产品成本和灵活性有一定的要求.基于MCU方式的ASIC具有较高的灵活性和较低的成本,然而抗干扰性和可靠性相对较低,运算速度也受到限制.常规ASIC的硬件具有速度优势和较高的可靠性及抗干扰能力,然而不是灵活性较差,就是成本较高.与传统硬件(CHW)相比,具有一定可配置特性的场可编程门阵列(FPGA)的出现,使建立在可再配置硬件基础上的进化硬件(EHW)成为智能硬件电路设计的一种新方法.作为进化算法和可编程器件技术相结合的产物,可重构FPGA的研究属于EHW的研究范畴,是研究EHW的一种具体的实现方法.论文认为面向分类的专用类可重构FPGA(ASR-FPGA)的研究,可使可重构电路粒度划分的针对性更强、设计更易实现.论文研究的可重构FPGA的BCH通讯纠错码进化电路是一类ASR-FPGA电路的具体方法,具有一定的实用价值.论文所做的工作主要包括:(1)BCH编译码电路的设计——求取实验用BCH码的生成多项式和校验多项式及其相应的矩阵并构造实验用BCH码;(2)建立基于可重构FPGA的基核——构造具有可重构特性的硬件功能单元,以此作为可重构BCH码电路的设计基础;(3)构造实现可重构BCH纠错码电路的方法——建立可重构纠错码硬件电路算法并进行实验验证;(4)在可重构纠错码电路基础上,构造进化硬件控制功能块的结构,完成各进化RLA控制模块的验证和实现.课题是将可重构BCH码的编译码电路的实现作为一类ASR-FPGA的研究目标,主要成果是根据可编程逻辑电路的特点,选择一种可编程树的电路模型,并将它作为可重构FPGA电路的基核T;通过对循环BCH纠错码的构造原理和电路结构的研究,将基核模型扩展为能满足纠错码电路需要的纠错码基本功能单元T;以T作为再划分的基本单元,对FPGA进行"格式化",使T规则排列在FPGA上,通过对T的控制端的不同配置来实现纠错码的各个功能单元;在可重构基核的基础上提出了纠错码重构电路的嵌套式GA理论模型,将嵌套式GA的染色体串作为进化硬件描述语言,通过转换为相应的VHDL语言描述以实现硬件电路;采用RLA模型的有限状态机FSM方式实现了可重构纠错码电路的EHW的各个控制功能块.在实验方面,利用Xilinx FPGA开发系统中的VHDL语言和电路图相结合的设计方法建立了循环纠错码基核单元的可重构模型,进行循环纠错BCH码的电路和功能仿真,在Xilinx公司的Virtex600E芯片进行了FPGA实现.课题在研究模型上选取的是比较基本的BCH纠错码电路,立足于解决基于可重构FPGA核的设计的基本问题.课题的研究成果及其总结的一套ASR-FPGA进化硬件电路的设计方法对实际的进化硬件设计具有一定的实际指导意义,提出的基于专用类基核FPGA电路结构的研究方法为新型进化硬件的器件结构的设计也可提供一种借鉴.
上传时间： 2013-07-01
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本文研究基于ARM与FPGA的高速数据采集系统技术。论文完成了ARM+FPGA结构的共享存储器结构设计，实现了ARMLinux系统的软件设计，包括触摸屏控制、LCD显示、正弦插值算法设计以及各种显示算法设计等。同时进行了信号的高速采集和处理的实际测试，对实验测试数据进行了分析。 论文分别从软件和硬件两方面入手，阐述了基于ARM处理器和FPGA芯片的高速数据采集的硬件系统设计方法，以及基于ARMLinux操作系统的设备驱动程序设计和应用程序设计。 硬件方面，在FPGA平台上，我们首先利用乒乓操作的方式将一路高速数据信号转换成频率为原来频率1/4的4路低速数据信号，再将这四路数据分别存储到4个FIFO中，然后再对这4个FIFO中的数据拼接并存储在FPGA片上的双端口双时钟RAM中，最后将FPGA的双端口双时钟RAM挂载到ARM系统的总线上，实现了ARM和FPGA共享存储器的系统结构，使ARM处理器可以直接读取这个双端口双时钟的RAM中的数据，从而大大提高了数据采集与处理的效率。在采样频率控制电路设计方面，我们通过使FIFO的数据存储时钟降低为标准状态下的1/n实现数据采集频率降为标准状态的1/n，从而实现了由FPGA控制的可变频率的数据采集系统。 软件方面，为了更有效地管理和拓展系统功能，我们移植了ARMLinux操作系统，并在S3C2410平台上设计实现了基于Linux操作系统的触摸屏驱动程序设计、LCD驱动程序移植、自定义的FPGA模块驱动程序设计、LCD显示程序设计、多线程的应用程序设计。应用程序能够控制FPGA数据采集系统工作。 在前端采样频率为125MHz情况下，系统可以正常工作。能够实现对频率在5MHz以下的信号波形的直接显示；对5MHz至40MHz的信号，使用正弦插值算法进行处理，显示效果良好。同时这种硬件结构可扩展性强，可以在此基础上实现8路甚至16路缓冲的系统结构，可以使系统支持更高的采样频率。
上传时间： 2013-07-04
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电能是一种使用最为广泛的能源，其应用程度已成为一个国家发展水平的主要标志之一。随着计算机、电力电子和信息技术等高新产业的发展和普及，电能质量已成为电力部门及其用户日益关注的问题，对电能质量监测和分析也具有重要的现实意义。本文主要对电能质量监测分析的相关理论和技术进行了研究，设计了基于DSP和ARM的双CPU电能质量监测仪的硬件系统和软件系统。 本文首先对电能质量当前国内外的研究现状进行了分析，对电能质量相关分析方法进行了阐述，提出了电能质量监测仪的设计思路。本文采用双CPU的硬件结构方式，利用ARM管理键盘和显示等人机接口，采用高速数字信号处理器。TMS320LF2407作为运算单元，采用专门的14位AD转换芯片来实现高精度的采样，同时利用锁相环电路硬件跟踪电网频率。软件系统方面采用了模块化设计，以便于软件功能的改进和升级。在理论方面也有所研究，以谐波源-六脉动整流桥为研究对象，分析控制角和换相重叠角与谐波电流大小之间的关系，并通过PSCAD/EMTDC仿真验证理论分析的准确性；对于暂态电能质量扰动采用小波变换进行检测，并通过Matlab仿真验证检测效果。 本文最后对电能质量的实测数据进行分析，指出当前电能质量中存在的问题，并给出了相应的改善措施。对电能质量监测仪进行了误差分析，并结合误差的原因提出了软件校正方法。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：liuqy
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)。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通信领域。 本论文是利用FPGA完成一个DDS系统。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(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。 本文根据设计指标，进行了DDS系统分析和设计，包括DDS系统框图的设计，相位控制字和频率控字的设计，以及软件和硬件设计，重点在于利用FPGA改进设计，包括控制系统(频率控制器和初始相位控制器)，寻址系统(相位累加器和数据存储器)，以及转换系统(D/A转换器和滤波器)的设计。介绍了利用现场可编程逻辑门阵列(FPGA)实现数控振荡器(DNO，即DDS)的原理、电路结构，重点介绍了DDS技术在FPGA中的实现方法，给出了采用ALTERA公司的FIEX1OK系列FPGA芯片EPF10K20TC144-4芯片进行直接数字频率合成的VHDL源程序。
上传时间： 2013-04-24
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激光测距是一种非接触式的测量技术，已被广泛使用于遥感、精密测量、工程建设、安全监测以及智能控制等领域。早期的激光测距系统在激光接收机中通过分立的单元电路处理激光发、收信号以测量光脉冲往返时间，使得开发成本高、电路复杂，调试困难，精度以及可靠性相对较差，体积和重量也较大，且没有与其他仪器相匹配的标准接口，上述缺陷阻碍了激光测距系统的普及应用。 本文针对激光测距信号处理系统设计了一套全数字集成方案，除激光发射、接收电路以外，将信号发生、信号采集、综合控制、数据处理和数据传输五个部分集成为一块专用集成电路。这样就不再需要DA转换和AD转换电路和滤波处理等模块，可以直接对信号进行数字信号处理。与分立的单元电路构成的激光测距信号处珲相比，可以大大降低激光测距系统的成本，缩短激光测距的研制周期。并且由于专用集成电路带有标准的RS232接口，可以直接与通信模块连接，构成激光遥测实时监控系统，通过LED实时显示测距结果。这样使得激光测距系统只需由激光器LD、接收PD和一片集成电路组成即可，提出了桥梁的位移监测技术方法，并设计出一种针对桥梁的位移监测的具有既便携、有效又经济实用的监测样机。 本文基于xil inx公司提供的开发环境(ise8.2)、和Virtex2P系列XC2VP30的开发版来设计的，提出一种基于方波的利用DCM(数字时钟管理器)检相的相位式测距方法；采用三把侧尺频率分别是30MHz、3MHz、lOkHz，对应的测尺长度分别为5米、50米和15000米，对应的精度分别为±0.02米、±0.5米和±5米。设计了一套激光测距全数字信号处理系统。为了证明本系统的准确性，另外设计了一套利用延时的方法来模拟激光光路，经过测试，证明利用DCM检相的相位式测距方法对于桥梁的位移监测是可行的，测量精度和测量结果也满足设计方案要求。
上传时间： 2013-06-12
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基于微处理器的数字PID控制器改变了传统模拟PID控制器参数整定不灵活的问题。但是常规微处理器容易在环境恶劣的情况下出现程序跑飞的问题，如果实现PID软算法的微处理器因为强干扰或其他原因而出现故障，会引起输出值的大幅度变化或停止响应。而FPGA的应用可以从本质上解决这个问题。因此，利用FPGA开发技术，实现智能控制器算法的芯片化，使之能够广泛的用于各种场合，具有很大的应用意义。 首先分析FPGA的内部结构特点，总结FPGA设计技术及开发流程，指出实现结构优化设计，降低设计难度，是扩展设计功能、提高芯片性能和产品性价比的关键。控制系统由四个模块组成，主要包括核心控制器模块、输入输出模块以及人机接口。其中控制器部分为系统的关键部件。在分析FPGA设计结构类型和特点的基础上，提出一种基于FPGA改进型并行结构的PID温度控制器设计方法。在PID算法与FPGA的运算器逻辑映像过程中，采用将补码的加法器代替减法器设计，增加整数运算结果的位扩展处理，进行不同数据类型的整数归一化等不同角度的处理方法融合为一体，可以有效地减少逻辑运算部件。应用Ouartus Ⅱ图形输入与Verilog HDL语言相结合设计实现了PID控制器，用Modelsim仿真验证了设计结果的正确性，用Synplify Pro进行电路综合，在Quaitus Ⅱ软件中实现布局布线，最后生成FPGA的编程文件。根据控制系统的要求，论文设计完成了12位模数AD转换器、数据显示器、按键等相关外围接口电路。 将一阶、纯滞后、大惯性电阻炉温作为控制对象，以EP1C3T144 FPGA为核心，构建PID控制系统。在采用Pt100温度传感器、分辨率为2℃、最大温度控制范围0～400℃的条件下，实验结果表明，达到无超调的稳定控制要求，为降低FPGA实现PID控制器的设计难度提供了有效的方法。
上传时间： 2013-05-24
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