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： 2013-06-13
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目前，数字信号处理广泛应用于通信、雷达、声纳、语音与图像处理等领域，信号处理算法理论己趋于成熟，但其具体硬件实现方法却值得探讨。FPGA是近年来广泛应用的超大规模、超高速的可编程逻辑器件，由于其具有高集成度、高速、可编程等优点，大大推动了数字系统设计的单片化、自动化，缩短了单片数字系统的设计周期、提高了设计的灵活性和可靠性，在超高速信号处理和实时测控方面有非常广泛的应用。本文对FPGA的数据采集与处理技术进行研究，基于FPGA在数据采样控制和信号处理方面的高性能和单片系统发展的新热点，把FPGA作为整个数据采集与处理系统的控制核心。主要研究内容如下： FPGA的单片系统研究。针对数据采集与处理，对FPGA进行选型，设计了基于FPGA的单片系统的结构。把整个控制系统分为三个部分：多通道采样控制模块，数据处理模块，存储控制模块。 多通道采样控制模块的设计。利用4片AD7506和一片AD7862对64路模拟量进行周期采样，分别设计了通道选择控制模块和A/D转换控制模块，并进行了仿真，完成了基于FPGA的多通道采样控制。 数据处理模块的设计。FFT算法在数字信号处理中占有重要的地位，因此本文研究了FFT的硬件实现结构，提出了用FPGA实现FFT的一种设计思想，给出了总体实现框图。分别设计了旋转因子复数乘法器，碟形运算单元，存储器，控制器，并分别进行了仿真。重点设计实现了FFT算法中的蝶形处理单元，采用了一种高效乘法器算法设计实现了蝶形处理单元中的旋转因子乘法器，从而提高了蝶形处理器的运算速度，降低了运算复杂度。理论分析和仿真结果表明，状态机控制器成功地对各个模块进行了有序、协调的控制。 存储控制模块的设计。利用闪存芯片K9K1G08UOA对采集处理后的数据进行存储，设计了FPGA与闪存的硬件连接，设计了存储控制模块。 本文对FFT算法的硬件实现进行了研究，结合单片系统的特点，把整个系统分为多通道采样控制模块，数据处理模块，存储控制模块进行设计和仿真。设计采用VHDL编写程序的源代码。仿真测试结果表明，此FPGA单片系统可完成对实时信号的高速采集与处理。
上传时间： 2013-04-24
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建立在数据率转换技术之上的宽带数字侦察接收机要求能够实现高截获概率、高灵敏度、近乎实时的信号处理能力。双信号数据率转换技术是宽带数字侦察接收机关键技术之一，是解决宽带数字接收机中前端高速ADC采样的高速数据流与后端DSP处理速度之间瓶颈问题的可行方案。测频技术以及带通滤波，即宽带数字下变频技术，是实现数据率转换系统的关键技术。本文首先介绍了宽带数字侦察接收关键技术之一的数据率转换技术，着重研究了快速、高精度双信号测频算法以及实验系统硬件实现。论文主要工作如下： (1)分析了现代电子侦察环境下的信号特征，指出宽带数字接收机必须满足宽监视带宽、流水作业以及近实时的响应时间。给出了一种频率引导式的数字接收机方案，简要介绍这种接收机的关键技术——快速、高精度频率估计以及高效的数据率转换。 (2)介绍了FFT技术在测频算法中的应用，比较了FFT专用芯片及其优点和缺点，指出为了满足实时处理要求，必须选用FPGA设计FFT模块。 (3)在分析常规的插值算法基础上，提出了一种单信号的快速插值频率估计方法，只需三个FFT变换系数的实部构造频率修正项，计算量低。该方法具有精度高、测频速率快的特点。 (4)基于DFT理论和自相关理论，提出了结合FFT和自相关的双信号频率估计算法。该方法先用DFT估计其中一个信号的频率和幅度，以此频率对信号解调并对消该频率成分，最后利用自相关理论估计出另一个信号的频率。 (5)基于DFT理论和FFT技术，研究了信号平方与FFT结合的双信号频率估计算法。根据信号中两频率分量的幅度比，只需一次一维平方信号谱峰搜索，就可以得到双信号的和频与差频分量的估计值，并利用插值技术提高测频精度。该算法能够精确地估计频率间隔小的双信号频率，且容易地扩展到复信号，FPGA硬件实现容易。 (6)基于现代谱分析理论，研究了基于AR(2)模型的双信号频率估计算法。方法在利用AR(2)模型系数估计双正弦信号频率之和的同时，利用FFT快速测频算法估计其中强信号分量的频率值。算法仿真验证和性能分析表明了提出的算法能快速高精度地估计双信号频率。 (7)给出了基于频谱重心算法的雷达双信号频率估计的FPGA硬件实现架构，并进行了时序仿真。 (8)讨论了双信号带宽匹配接收系统的硬件设计方案，给出了快速测频及带宽估计模块设计。
上传时间： 2013-06-02
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本文主要对基于FPGA芯片的椭圆曲线密码算法的实现及优化设计进行了研究。由于点乘运算极大影响了椭圆曲线密码系统的加/解密速度，本文对点乘运算的FPGA设计进行了重点优化。首先比较分析了三种点乘算法，从运算复杂度的角度确定了蒙哥马里算法是最利于FPGA芯片实现的。然后根据蒙哥马里算法，用VerilogHDL语言实现了基于FPGA芯片的椭圆域中的基本运算(模加、模乘、模平方和模逆)。通过三种模乘算法在FPGA上的实现，设计出一种串并混合的乘法器，达到了面积与速度的最佳匹配。 本文利用Modelsim对本课题设计的硬件系统进行了仿真实验，验证了所设计的硬件系统完成了椭圆曲线密码算法在FPGA上的实现。最后使用SynplifyPro进行综合及布局布线，综合报告文件证明了本课题所设计的ECC加密系统达到了优化芯片速度和面积的目的。
上传时间： 2013-04-24
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随着电子技术的不断发展，各种智能核仪器逐步走向自动化、智能化、数字化和便携式的方向发展。针对传统的多道脉冲幅度分析器体积大，人机交互不友好，不方便现场分析等的缺陷[5]。新型的高速、集成度高、界面友好的多道脉冲幅度分析器的陆续出现填补了这一缺点。 随着电子技术的发展，以ARM为核的处理器技术的应用领域不断扩大，相比较单片机而言，它的主频高、运算速度快，可以满足多道脉冲幅度分析器的苛刻的时间上的要求。而且ARM处理器功耗小，适合于功耗要求比较苛刻的地方，这些方面的特点正好满足了便携式多道脉冲幅度分析器野外勘察的要求。同时，由于以ARM为核的处理器具有丰富的外设资源，这样就简化了外设电路及芯片的使用，降低了功耗并增强了产品的信赖性。另外，ARM芯片可以方便的移植操作系统，为多道脉冲幅度分析器多任务的管理和并行的处理，甚至硬实时功能的实现提供了前提。而且在ARM平台使用嵌入式linux操作系统使多道脉冲幅度分析器的软件易于升级。 智能化和小型化是多道脉冲幅度分析器的发展趋势。智能化要求系统的自动化程度高、操作简便、容错性好。智能化除了需要控制软件外，还需要软件命令的执行者即硬件控制电路来实现相应的控制逻辑，两者的结合才能真正的实现智能化。小型化要求系统的体积小、功耗小、便于携带；小型化除了要求采用微功耗的器件，还要求电路板的尺寸尽量的小且所用元件尽量的少，但小型化的同时必须保持系统的智能化，即不能减少智能化所要求的复杂的逻辑和时序的控制功能。为此采用高集成度的ARM芯片实现控制电路能满意地同时满足智能化和小型化的要求。在研制的多道脉冲幅度分析器中，几乎所有的控制都可以用控制芯片来实现，如阈值设定、自动稳谱以及多道数据采集，在节省了元件的数目和电路板的尺寸的同时仍能保持系统的智能化程度。 Linux内核精简而高效，可修改性强，支持多种体系结构的处理器等，使得它是一个非常适合于嵌入式开发和应用的操作系统。嵌入式Linux可以运行的硬件平台十分广泛，从x86、MIPS、POWERPC到ARM，以及其他许多硬件体系结构。目前在世界范围内，ARM体系结构的SOC逐渐占领32位嵌入式微处理器市场，ARM处理器及技术的应用几乎已经深入到各个领域，例如：工业控制，无线通讯，网络，消费类电子，成像等。 本课题采用三星公司生产的ARM(Advanced RISC Machines，先进精简指令集机器)芯片S3C2410A设计并研制了一种便携式的核数据采集系统设计方案。利用ARM芯片丰富的外设资源对传统的多道脉冲幅度分析器进行改进和简化。系统由前端探测器系统，以及由线性脉冲放大器、甄别电路、控制电路、采样保持电路组成的前置电路，中央处理器模块，显示模块，用户交互模块，存储模块，网络传输模块等多个模块组成。本设计基于ARM9芯片S3C2410，并在此平台上移植了嵌入式linux操作系统来进行任务的调度和处理等。 电路板核心板部分设计采用6层PCB板结构，这样增加了系统可靠性，提高了电磁兼容的稳定性。数据采集系统是多道脉冲幅度分析器的核心，A/D转换直接使用了S3C2410内置的ADC(Analog to Digital Converter,模数转换器)，在2.5 MHz的转换时钟下最大转换速度500 KSPS(Kilo-Samples per second,千采样点每秒)，满足了系统最低转换时间≤5 μs的要求，并且控制简单，简化了外部接口电路。由于SD(Secure Digital Card，安全数码卡)卡存储容量大、携带方便、成本低等优点，所以设计中采用其作为外部的数据存储设备,其驱动部分采用SD卡软件包，为开发带来了方便。本设计采用640*480的6.4寸LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示)屏作为人机交互的显示部分，并且通过Qt/Embedded为系统提供图形用户界面的应用框架和窗口系统。其中包括了波形显示部分和用户菜单设置部分，这样方便了用户操作。系统的数据存取方面是基于SQLite嵌入式小型数据库而进行的。为了方便数据向上位机的传输，系统设计中采用XML(Extensible Markup Language，可扩展标记语言)格式来组织传输的数据，通过基于TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)协议的Linux下Socket套接字编程，来进行与上位机或PC(Personal Computer,个人计算机或桌面机)等的连接和数据传输。
上传时间： 2013-04-24
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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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核能谱仪中的数据采集系统，集核探测技术、电子技术、计算机技术为一体，以多道脉冲幅度分析器为核心部件，能够快速、准确地提取出核素的相关信息及参数。现已于勘探、建材放射性检测及环境放射性监测等领域得到广泛应用。随着嵌入式技术的发展，以32位ARM为核心的微控制器已被引入进来，提高了数据采集的速度和精度，同时嵌入式操作系统的引入也为功能扩展、系统集成提供了高效的开发平台。 本论文介绍的核数据采集系统即以ARM微控制器LPC2148和实时操作系统μC/OS-II为平台，谱数据采集为基本功能，在此基础上扩展GPS和GPRS模块，可实现GPS信息和核信号的实时、同步接收，保存和显示，并可将采集的数据通过GPRS网络及时传到采集中心进行谱数据处理和GPS差分定位，为野外多点测量及远程监测提供了有效的手段。 课题以教育部的高等学校博士学科点专项科研基金项目“基于3GS技术的便携式核地球物理数据采集系统研究(项目编号：20040616014)”为依托，本人在已有研究成果的基础上，进行了相关改进和系统集成： (1)选用轨对轨运算放大器，改进了峰值检测电路，增大了脉冲峰值的测量精度。 (2)数据采集系统以32位ARM微控制器LPC2148为核心，外围电路带有LCD显示，系统具有低功耗、小型化、高性价比等特点。 (3)实现了核数据采集系统对GPS、GPRS的集成。 (4)完成嵌入式μC/OS-II操作系统在LPC2148上的移植、操作系统的搭建，及各功能模块的设计与集成。
上传时间： 2013-04-24
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智能家庭信息系统是集自动化、计算机、通信技术于一体的“3C”系统，它将各种家电产品结合成一个有机整体，实现了对家电设备进行集中或异地控制和管理，以及能够与外界进行信息交互，以控制终端为突破口作为对家庭信息系统的研究，将有可能在以后的竞争中占据制高点，取得良好的经济和社会效益。 本课题开发的智能家庭信息系统是以实际项目为背景，对基于网络的嵌入式家庭信息系统进行了研究。通过对传统智能家居的特点进行分析，指出了目前市场上的智能家居系统的局限性，提出了基于短距无线网络的现代智能家居系统是将来的发展趋势。 接着对智能家居控制的系统构架以及相关关键技术进行了分析和比较，指出基于IEEE802.15.4的ZigBee技术是目前最适合无线家居控制系统的无线标准，并对该标准进行了深入研究。 论文充分考虑到家庭信息化网络的现状和家庭内部各信息家电的互连、集中控制、远程访问与控制的需求，以及低成本实现的实际需要，及设备互连对传输带宽和使用灵活性等特点的需要，设计了以无线ZigBee技术组成家庭网络体系总体结构，避免了在家庭内部布线的缺陷，且满足了功耗低，成本低，网络容量大等要求。 设计了新型无线通讯模块，该模块主控芯片采用8位低功耗微控制器ATMEGA64及CHIPCON公司推出的首款符合2.4 GHZ IEEE802.15.4标准的射频收发器CC2420来实现ZigBee模块，它可以降低无线通讯的成本和提高无线通讯的可靠性，可以单独使用，也可以嵌入其它设备。 论文采用了免费、公开的linux操作系统，并给出了在Linux上的开发流程。 最后，论文具体分析了无线ZigBee协议、ZigBee组网技术以及它们在将来的广泛应用。深入地研究了HTTP超文本传输协议，设计了远程客户端访问和控制家用电器的界面，并给出了部分软件设计流程图。
上传时间： 2013-04-24
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近年来,随着微电子技术的高速发展,数字图像压缩编码技术的逐渐成熟,实时图象处理在多媒体、HDTV、图像通信等领域有着越来越广泛的应用,图像压缩/解压的IC芯片也已成为多媒体技术的核心,实现这些算法芯片的研究成为信息产业的新热点.该文基于FPGA设计了JPEG图像压缩编解码芯片,通过改进算法优化结构,在合理地利用硬件资源的条件下,有效地挖掘出算法内在的并行性.在JPEG编码器设计中,改进了JEONG的DCT变换算法,采用流水线优化算法解决时间并行性问题,提高了DCT/IDCT模块的运算速度;设计了基于查找表结构的定点乘法器,便于在设计中共享乘法单元,以适应流水线设计的要求;依据Huffman编码表的规律性,采用并行查找表结构,用较少的存储单元完成Huffman编解码的运算,同时也提高了编解码速度.在JPEG解码器设计中,根据Huffman码字本身的特点和JPEG标准,设计了一种Huffman码字分组结构,基于该结构提出分组Huffman查找表及地址编码的设计方法,进而完成了新的快速Huffman解码算法及其模块设计.整个设计及其各个模块都在ALTERA公司的EDA工具QUARTUSII平台上进行了逻辑综合及功能和时序仿真.综合和仿真结果表明,基于FPGA的JPEG图像编解码芯片消耗很少的FPGA硬件资源,达到了较高的工作频率,在速度和资源利用率方面均达到了较优的状态,可满足实时JPEG图像编解码的要求.在逻辑设计的基础上,该设计可以进一步作硬件仿真和实验,将源代码烧录进FPGA芯片,作为独立器件或有自主知识产权的JPEG IP模块,应用于可视电话、手机和会议电视等低成本JPEG编解码系统的实现.
上传时间： 2013-05-31
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目录 第1章 概述 1.1 采用C语言提高编制单片机应用程序的效率 1.2 C语言具有突出的优点 1.3 AvR单片机简介 1.4 AvR单片机的C编译器简介 第2章 学习AVR单片机C程序设计所用的软件及实验器材介绍 2.1 IAR Enlbedded Workbench IDE C语言编译器 2.2 AVR Studio集成开发环境 2.3 PonyProg2000下载软件及SL—ISP下载软件 2.4 AVR DEM0单片机综合实验板 2.5 AvR单片机JTAG仿真器 2.6 并口下载器 2.7 通用型多功能USB编程器 第3章 AvR单片机开发软件的安装及第一个入门程序 3.1 安装IAR for AVR 4.30集成开发环境 3.2 安装AVR Studio集成开发环境 3.3 安装PonyProg2000下载软件 3.4 安装SLISP下载软件 3.5 AvR单片机开发过程 3.6 第一个AVR入门程序 第4章 AVR单片机的主要特性及基本结构 4.1 ATMEGA16(L)单片机的产品特性 4.2 ATMEGA16(L)单片机的基本组成及引脚配置 4.3 AvR单片机的CPU内核 4.4 AvR的存储器 4.5 系统时钟及时钟选项 4.6 电源管理及睡眠模式 4.7 系统控制和复位 4.8 中断 第5章 C语言基础知识 5.1 C语言的标识符与关键字 5.2 数据类型 5.3 AVR单片机的数据存储空间 5.4 常量、变量及存储方式 5.5 数组 5.6 C语言的运算 5.7 流程控制 5.8 函数 5.9 指针 5.10 结构体 5.11 共用体 5.12 中断函数 第6章 ATMEGA16(L)的I/O端口使用 6.1 ATMEGAl6(L)的I/O端口 6.2 ATMEGAl6(L)中4组通用数字I/O端口的应用设置 6.3 ATMEGA16(L)的I/O端口使用注意事项 6.4 ATMEGAl6(L)PB口输出实验 6.5 8位数码管测试 6.6 独立式按键开关的使用 6.7 发光二极管的移动控制(跑马灯实验) 6.8 0～99数字的加减控制 6.9 4×4行列式按键开关的使用 第7章 ATMEGAl6(L)的中断系统使用 7.1 ATMEGA16(L)的中断系统 7.2 相关的中断控制寄存器 7.3 INT1外部中断实验 7.4 INTO／INTl中断计数实验 7.5 INTO／INTl中断嵌套实验 7.6 2路防盗报警器实验 7.7 低功耗睡眠模式下的按键中断 7.8 4×4行列式按键的睡眠模式中断唤醒设计 第8章 ATMEGAl6(L)驱动16×2点阵字符液晶模块 8.1 16×2点阵字符液晶显示器概述 8.2 液晶显示器的突出优点 8.3 16×2字符型液晶显示模块(LCM)特性 8.4 16×2字符型液晶显示模块(LCM)引脚及功能 8.5 16×2字符型液晶显示模块(LCM)的内部结构 8.6 液晶显示控制驱动集成电路HD44780特点 8.7 HD44780工作原理 8.8 LCD控制器指令 8.9 LCM工作时序 8.10 8位数据传送的ATMEGAl6(L)驱动16×2点阵字符液晶模块的子函数 8.11 8位数据传送的16×2 LCM演示程序1 8.12 8位数据传送的16×2 LCM演示程序2 8.13 4位数据传送的ATMEGA16(L)驱动16×2点阵字符液晶模块的子函数 8.14 4位数据传送的16×2 LCM演示程序 第9章 ATMEGA16(L)的定时/计数器 9.1 预分频器和多路选择器 9.2 8位定时/计时器T/C0 9.3 8位定时/计数器0的寄存器 9.4 16位定时/计数器T/C1 9.5 16位定时/计数器1的寄存器 9.6 8位定时/计数器T/C2 9.7 8位T/C2的寄存器 9.8 ICC6.31A C语言编译器安装 9.9 定时/计数器1的计时实验 9.10 定时/计数器0的中断实验 9.11 4位显示秒表实验 9.12 比较匹配中断及定时溢出中断的测试实验 9.13 PWM测试实验 9.14 0～5 V数字电压调整器 9.15 定时器(计数器)0的计数实验 9.16 定时/计数器1的输入捕获实验 ......
上传时间： 2013-07-30
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