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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本文以电子不停车收费系统课题为背景，设计并实现了基于FPGA的π/4-DOPSK全数字中频发射机和接收机。π/4-DQPSK广泛应用于移动通信和卫星通信中，具有频带利用率高、频谱特性好、抗衰落性能强的特点。 近年来现场可编程门阵列(FPGA)器件在芯片逻辑规模和处理速度等方面性能的迅速提高，用硬件编程实现无线功能的软件无线电技术在理论和实用化上都趋于成熟和完善，因此可以把数字调制，数字上/下变频，数字解调在同一块FPGA上实现，即实现了中频发射机和接收机一体化的片上可编程系统(SOPC，System On Programmabie Chip)。 本文首先根据指标要求对数字收发机方案进行设计，确定了适合不停车收费系统的全数字发射机和接收机的结构，接着根据π/4-DQPSK发射机和接收机的理论，设计并实现了基于FPGA的成形滤波器SRRC、半带滤波器HB和定时算法并给出性能分析，最后给出硬件测试平台上结果和测试结果分析。
上传时间： 2013-06-23
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在团簇与激光相互作用的研究中和在团簇与加速器离子束的碰撞研究中，需要对加速器束流或者激光束进行脉冲化与时序同步，同时用于测量作用产物的探测系统如飞行时间谱仪(TOF)等要求各加速电场的控制具有一定的时序匹配。在整个实验中，需要用到符合要求的多路脉冲时序信号控制器，而且要求各脉冲序列的周期、占空比、重复频率等方便可调。为此，本论文基于FPGA设计完成了一款多路脉冲时序控制电路。 本文基于Altera公司的Cyclone系列FPGA芯片EPlC3T100C8，设计出了一款可以同时输出8路脉冲序列、各脉冲序列之间具有可调高精度延迟、可调脉冲宽度及占空比等。论文讨论了FPGA芯片结构及开发流程，着重讨论了较高频率脉冲电路的可编程实现方法，以及如何利用VHDL语言实现硬件电路软件化设计的技巧与方法，给出了整个系统设计的原理与实现。讨论了高精密电源的PWM技术原理及实现，并由此设计了FPGA所需电源系统。给出了配置电路设计、数据通信及接口电路的实现。开发了上层控制软件来控制各路脉冲时序及属性。 该电路工作频率200MHz，输出脉冲最小宽度可达到10ns，最大宽度可达到us甚至ms量级。可以同时提供l路同步脉冲和7路脉冲，并且7路脉冲相对于同步脉冲的延迟时间可调，调节步长为5ns。
上传时间： 2013-06-15
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离散余弦变换(DCT)及其反变换(IDCT)在图像编解码方面应用十分广泛，至今已被JPEG、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4和H.26x等国际标准所采用。由于其计算量较大，软件实现往往难以满足实时处理的要求，因而在很多实际应用中需要采用硬件设计的DCT/IDCT处理电路来满足我们对处理速度的要求。本文所研究的内容就是针对图像处理应用的8×8二维DCT/IDCT处理核的硬件实现。 本文首先介绍了DCT和IDCT在图像处理中的作用和原理，详细说明了DCT变换实现图像压缩的过程，并与其它变换比较说明了用DCT变换实现图像压缩的优势。接着，分析研究了DCT的各种快速算法，总结了前人对DCT快速算法及其实现所做的研究。本文给出了两种性能、资源上有一定差异的二维DCT/IDCT的FPGA设计方案。两种方案均利用DCT的行列分离特性，采用流水线设计技术，将二维DCT/IDCT实现转化为两个一维DCT/IDCT实现。在一维DCT/IDCT设计中，根据图像处理的特点对Loeffler算法的数据流进行了优化，通过合理安排时钟周期数和简化各周期内的操作，大大缩短了关键路径的执行时间，从而提高了流水线的执行速度。最后，对所设计的DCT/IDCT处理核进行了综合和时序仿真。 结果表明，当使用Altera公司的MERCURY系列FPGA器件时，本文设计的方案一能够在116M时钟频率下正确完成8×8的二维DCT或IDCT的逻辑运算，消耗2827个逻辑单元；方案二能够在74M时钟频率下正常工作，消耗1629个逻辑单元。
上传时间： 2013-07-14
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模糊控制是智能控制的重要组成部分，它能对那些不能建立精确数学模型的场合进行有效的控制；近年来，FPGA及EDA技术发展迅速。本论文就是要结合这两种先进技术，在一块FPGA芯片上实现一个双输入单输出的模糊控制器，并尝试将ADC和DAC集成在该芯片中，以简化系统设计。 首先阐述了模糊控制的理论基础，重点介绍了双输入单输出的模糊控制算法；然后在简单介绍FPGA结构和VHDL语言的基础上，采用自项向下的设计方法，应用主流EDA工具进行模糊控制各模块的设计，并对每个模块进行仿真；最后将各模块组成一完整的模糊控制器，在EDA工具上进行仿真验证和编程下载，并用一个温度控制实验验证了控制器的功能，证明该控制器满足一般控制应用的要求。 本论文是以VHDL和FPGA为代表的现代数字系统设计技术在智能控制领域应用的一个尝试，拓宽了模糊控制器的实现形式，相比于传统的以单片机为载体的模糊控制器，在系统的简单性、实时性和经济性方面都有显著的增强，是一种值得采用的方法。 由于在算法的处理上采取了一定的简化，所以损失了一定的精度。今后可以在算法上进行完善，设计出高精度的模糊控制器。
上传时间： 2013-06-07
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全数字调制解调技术具有多速率、多制式、智能性等特点，这极大的提高了通信系统的灵活性和通用性，符合未来通信技术发展的方向。 本文从如下几个方面对全数字调制解调器进行了深入系统研究：1，在介绍全数字调制解调器的发展现状和研究QPSK通信调制解调方式的基础上，依据软件定性仿真分析了QPSK正交调制解调系统，设计出了满足系统要求的实现电路框图并选定了芯片；2，在完成了基于FPGA芯片实现QPSK调制解调的算法方案设计基础上，利用VHDL语言完成了芯片程序的设计，并对其进行了调试和功能仿真；3，利用设计出的调制解调器与选定的AD、DA、正交调制解调芯片，完成了QPSK通信系统的硬件电路的设计并完成了调制电路的研制；4，完成电路的信息速率大于300Kbps，产生的中频信号中心频率70MHz，带宽500KHz，满足系统设计要求，由于时间关系解调电路仍在调试中。 本文基于FPGA实现的QPSK数字调制解调器具有体积小、集成度高和软件可升级等优点，这为设计高集成和高灵活性的通信系统提供了技术基础。
上传时间： 2013-07-08
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随着国际互联网络的迅猛发展，网络应用的不断丰富，Intenret已经从最初以学术交流为目的而演变为商业行为，网络安全性需求日益增加，高速网络安全保密成为关注的焦点，在安全得到保障的情况下，为了满足网速无限制的追求，高速网络硬件加密设备也必将成为需求热点。另一方面，IPSec协议被广泛的应用于防火墙和安全网关中，但对IPSec协议的处理会大大增加网关的负载，成为千兆网实现的瓶颈。本文便是针对上述现状，研究基于高性能FPGA实现千兆IPSec协议的设计技术。 目前，国外IPSec协议实现已经芯片化，达到几千兆的速率，但是国内产品多以软件实现，速度难以提高。本文采用的基于FPGA的IPSec技术方案，采用硬件实现隧道模式下的IPSec协议，为IP分组及其上层协议数据提供机密性、数据完整性验证以及数据源验证等安全服务。在以VPN为实施方案的基础上，构建了以KDIPSec为设备原型以IPSec协议为出发点的千兆网络系统环境模型，从硬件体系结构到各个模块的划分以及各个模块实现的功能这几个方面描述了KDIPSec实现技术，最后描述了一些关键模块的FPGA设计和和仿真。所有处理模块均在Xilinx公司的FPGA芯片中实现，处理速率超过1Gb/s。
上传时间： 2013-07-03
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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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本文主要介绍了基于FPGA的无线信道盲均衡器的设计与实现,在算法上选择了比较成熟的DDLMS和CMA相结合的算法,结构上采用四路正交FIR滤波器模型.在设计的过程中我们采取了用MATLAB进行算法仿真,VerilogHDL语言进行FPGA设计的策略.在硬件描述语言的设计流程中,信道盲均衡器运用了Top-Down的模块化设计方法,大大缩短了设计周期,提高了系统的稳定性和可扩展性.测试结果表明均衡器所有的性能指标均达到预定目标,且工作性能良好,均衡效果较为理想,能够满足指标要求.本课题所设计和实现的信道盲均衡器,为FPGA芯片设计技术做了有益的探索性尝试,对今后无线通信系统中的单芯片可编程系统(SOPC)的设计运用有着积极的借鉴意义.
上传时间： 2013-07-11
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非接触式IC卡是IC卡领域的一项新兴的技术，它是射频识别技术和IC卡技术相结合的产物。由于非接触式IC卡具有操作快捷、抗干扰性强、工作距离远、安全性高、便于一卡多用等优点，在自动收费、身份识别和电子钱包等领域具有接触式所无法比拟的优越性，具有广阔的市场前景。非接触式IC卡读卡器是非接触式IC卡应用系统的关键设备之一。基于实际项目的需要，本课题开发了一种读写距离在10cm左右的非接触式IC卡读卡器，它可以应用于电子消费场合，如公交和地铁电子售票，食堂售饭等场合。 本文首先研究了用于本系统的基本理论，包括射频识别技术、ARM处理器体系结构和嵌入式系统，然后基于这些理论，给出了非接触式IC卡读卡器的设计方案。系统由三个部分组成：第一部分是读卡器的收发模块，选用Philips公司的高集成度非接触式读写芯片MF RC500设计射频收发模块，对射频芯片接口电路设计做了详细的论述；第二部分是核心控制模块，以Philips公司的ARM7芯片LPC2292为核心，对电源供应电路、存储器电路、通信接口电路、LED显示电路等设计做了一定的描述，并给出了电路。第三部分是系统的程序设计，采用移植嵌入式系统并添加任务的模式来实现读卡器的各功能。通过对软硬件的调试实现了非接触式IC卡读卡器的硬件与软件平台的构建。
上传时间： 2013-04-24
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