直接数字频率合成(DDS)是七十年代初提出的一种新的频率合成技术，其数字结构满足了现代电子系统的许多要求，因而得到了迅速的发展。现场可编程门阵列器件(FPGA)的出现，改变了现代电子数字系统的设计方法，提供了一种全新的设计模式。本论文结合这两项技术，并利用单片机控制灵活的特点，开发了一种双通道波形发生器。在实现过程中，选用了Altera公司的EP1C6Q240C8芯片作为产生波形数据的主芯片，充分利用了该芯片的超大集成性和快速性。在控制芯片上选用ATMAL的AT89C51单片机作为控制芯片。本设计中，FPGA芯片的设计和与控制芯片的接口设计是一个难点，本文利用Altera的设计工具Quartus Ⅱ并结合Verilog-HDL语言，采用硬件编程的方法很好地解决了这一问题。 本文首先介绍了波形发生器的研究背景和DDS的理论。然后详尽地叙述了用EP1C6Q240C8完成DDS模块的设计过程，这是设计的基础。接着分析了整个设计中应处理的问题，根据设计原理就功能上进行了划分，将整个仪器功能划分为控制模块、外围硬件、FPGA器件三个部分来实现。然后就这三个部分分别详细地进行了阐述。并且通过系列实验，详细地分析了该波形发生器的功能、性能、实现和实验结果。最后，结合在设计中的一些心得体会，提出了本设计中的一些不足和改进意见。通过实验说明，本设计达到了预定的要求，并证明了采用软硬件结合，利用FPGA实现基于DDS架构的双路波形发生器是可行的。
上传时间： 2013-04-24
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伴随着多媒体显示和传输技术的发展,人们获得了越来越高的视听享受。从传统的模拟电视,到标清、高清、全高清。与显示技术发展结伴而行的是显示接口技术的发展,从模拟的AV端子,S-Video和VGA接口,到数字显示的DVI接口,技术上经历了一个从模拟到数字,从并行到串行,从低速到高速的发展过程。 HDMI是最新的高清晰度多媒体接口,它的规范由Silicon Image等七家公司提出,具有带宽大,尺寸小,传输距离长和支持正版保护等功能,符合当今技术的发展潮流,一经推出,就获得了巨大的成功。成为平板显示器、高清电视等设备的标准接口之一,并获得了越来越广泛的应用。 从上世纪80年代XILINX发明第一款FPGA芯片以来,FPGA就以其体系结构和逻辑单元灵活,运算速度快,编程方便等优点广泛应用与IC设计、系统控制、视频处理、通信系统、航空航天等诸多方面。 本文利用ALTERA的一款高端FPGA芯片EP2S180F1508C3为核心,配合Silicon Image的专用HDMI接收芯片搭建了一个HDMI的接收显示平台。针对HDMI带宽宽,数据量大的特点,使用了新型的DDR2 SDRAM作为视频信号的输入和输出缓冲。在硬件板级设计上,针对HDMI和DDR2的相关高速电路,采用了一系列的高速电路设计方法,有效的避免了信号的反射,串扰等不良现象。同时在对HDMI规范和DDR2 SDRAM时序规范的深入研究的基础上,在ALTERA的开发平台QUARTUSII上编写了系统的顶层模块和相关各功能子模块,并仿真通过。 论文的主要工作和创新点表现在以下几个方面： 1、论文研究了最新的HDMI接口规范和新型存储器件DDR2的时序规范。 2、论文搭建的整个系统相当庞大,涉及到相关的规范、多种芯片的资料、各种工具软件的使用、原理图的绘制和PCB板的布局布线,直至后期的编程仿真,花费了作者大量的时间和精力。 3、论文首次使用FPGA来处理HDMI信号且直接驱动显示器件,区别于-般的ASIC方案。 4、论文对高速电路特别是的DDR2布局布线,采用了一系列的专门措施,具有一定的借鉴价值。
上传时间： 2013-06-22
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对弓网故障的检测在列车提速的今天显得尤其重要，原始故障图像数据量的巨大使实时存储和传输故障图像极其困难。JPEG作为一种低复杂度、高压缩比的图像压缩标准在多媒体、网络传输等领域得到广泛的应用。和相同图像质量的其它常用文件格式(如GIF，TIFF，PCX)相比，JPEG是目前静态图像中压缩比最高的。 FPGA以其设计灵活、高速的卓越特性，逐渐成为许多应用中首先器件，尤其是与Verilog和VHDL等语言的结合，大大变革了电子系统的设计方法，加速了系统的设计进程。 本文旨在研究并实现一种实时采集并对特定帧进行压缩传输的方法。通过采用可编程逻辑器件FPGA来实现整个采集、显示、压缩和传输，使系统具有可定制、高速度等优点。 本文首先介绍了开发硬件可编程逻辑门阵列FPGA及其开发语言Veridlog，并介绍了FPGA的设计方法及开发流程；接着介绍了PAL制视频采集的相关知识及设计，其中主要包括基于I2C总线的模拟视频解码控制、视频的数字化ITU-R BT.601标准介绍及视频同步信号的获取、基于SDRAM的视频帧存储、VGA显示控制设计；随后介绍了JPEG标准，并根据故障检测的特点，设计了针对灰度图像压缩的JPEG编码器，设计中先分别对组成JPEG编码器的二维DCT变换模块、量化模块、Z字扫描模块、变换直流系数的差分脉冲编码模块、交流系数的游程编码模块、哈夫曼编码模块及打包模块进行了仿真测试，然后再对整个JPEG编码器进行了测试；最后设计了单帧视频的SRAM缓存，并将缓存的源图像采用本文设计的JPEG编码器进行压缩，再设计一个仅包含发送功能的UART 将压缩后的码流传输到PC机，在PC机上通过将接收的码流以ASCⅡ码的形式还原为采集图片。 本文实现了整个采集压缩系统，同时也进一步验证了本文设计的灰度图像JPEG编码器的正确性。相信本文无论是对弓网故障的图像检测，还是对于JPEG编码器的芯片设计都有一定的参考价值。
上传时间： 2013-04-24
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LAMOST(Large Sky Area Multi-Obiect Fiber Spectroscopy Telescope，大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜)需要对焦而上的4 000个光纤定位单元进行精确定位，一个光纤定位单元需要两个步进电机来驱动，即需要对8 000个电机进行驱动控制。如何对这8 000个电机进行有效的控制，是本文主要的研究内容。 本义引入EDA(Electronic Design Automation)，技术，以FPGA和CAN总线为硬件载体来进行设计。FPGA相比较于DSP，单片机而言，具有10管脚多，资源丰富，使用灵活等优点，可以存片内集成多个电机的摔制，这样对于提高系统的集成度，节约成本无疑有着很大的帮助。 在电机的控制当中，其失步和过冲会直接影响到系统的精度，所以需要对电机脉冲频率加以控制，对于在平稳状态下能正常工作的电机，失步往往发生在启动停止等脉冲频率突然发生改变的时刻。具体实现方法是通过实验找出一条理想的加减速曲线，再将曲线离散化，并把离散化后的加减速分频系数存储在FPGA片内ROM里而，当电机运行到对应的步数时，取出分频系数来获取对应的运行频率。 在LAMOST观测中，光纤定位单元的零位是个很重要的基准，在每次观测之前，电机都要回零，理论上电气零位和机械零位在同一点上，如果电气检测到达零位则认为已经到达机械零位位置。但是实际中由于装配等一些原因，可能会出现零位短路和零位断路的情况。零位断路是指电机处于机械零位，但是电气不能检测到；零位短路是指电机不在机械零位，但是电气已经检测到处于零位。这两种情况会造成越界和机械零位一直被挤压的后果，有可能会损坏光纤定位单元，为了防止这些情况出现，软件程序中加入了计数器，从而从有效地保护了光纤定位单元，同时将这些状况向上反馈，以便维护和检修。 在本文完成之时，能够控制驱动336个光纤定位单元的小系统已经在北京天文台兴隆观测站实际投入运行，并于2007年5月28日获得首条光谱，取得了不错的效果。
上传时间： 2013-04-24
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PWM(脉冲宽度调制)是一种利用数字信号来控制模拟电路的控制技术，广泛应用于电源、电机、伺服系统、通信系统、电子控制器、功率控制等电力电子设备。PWM技术在逆变电路中的应用最为广泛，也是变频技术的核心，同时在机床，液压位置控制系统等机械装置中也发挥着重要的作用。PWM技术已经成为控制领域的一个热点，因此研究PWM发生器对于基础理论的发展和技术的改进都有十分重要的意义。 论文研究的主要内容是用任意波形作为调制信号通过特定的方法来产生所需要的PWM波形，任意波形的合成和PWM波形的生成是两个主要任务。任意波形的合成是课题设计的一个难点，也是影响系统性能的关键因素之一。论文中波形合成采用直接数字频率合成(DDS)技术来实现。DDS技术以相位为地址，通过查找离散幅度数据进行波形合成，具有输出波形相位变化连续、分辨率高、频率转换速率快的优点，而且通过设置控制字可灵活方便地改变输出频率，是目前波形合成的主流方法。 实现PWM发生器的设计方法有多种。在综合比较了单片机、DSP、ARM等常用开发工具特点的基础上，本文提出了一种以可编程逻辑器件(PLD)为主体，单片机辅助配合的设计方法。随着计算机技术和微电了技术的迅速发展，可编程逻辑器件的集成度和容量越来越大，基于PLD的设计方法正逐步成为一种主流于段，是近些年来电子系统设计的一个热点。整个系统分为模拟波形产生、单片机控制电路、FPGA内部功能模块三大部分。FPGA部分的设计是以Altera公司的Quartus Ⅱ软件为开发平台，采用VHDL语言为主要输入手段来完成内部各功能模块的设计输入、编译、仿真等调试工作，目标载体选用性价比比较高的Altera公司的CycloneⅡ系列的器件；单片机控制电路主要负责控制字的设置和显示，波形数据的接受与发送；用MATLAB软件完成仟意波形的绘制和模拟任务。 论文共分五章，详细介绍了课题的背景、PWM发生器的发展和应用以及选题的目的和意义等，论述了系统设计方案的可行性，对外围电路和FPAG内部功能模块的设计方法进行了具体说明，并对仿真结果、系统的性能、存在的问题和改进方法等进行了分析和阐述。整个设计满足PWM发生器的任务和功能要求，设计方法可行。
上传时间： 2013-06-03
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随着电力电子变流技术的不断发展，各种先进的控制技术层出不穷。控制器也从过去的模拟电路时代逐渐进入到全数字控制时代。但是MCU/DSP等通用控制器本身串行程序流工作模式的限制，在实现复杂算法时往往难以满足系统要求的快速性与实时性的要求，FPGA的出现为解决这个问题提供了一个新的方向。 本文首先对三相PWM整流器系统进行了研究。在查阅大量国内外文献资料的基础上，对整流器及其控制器的国内外发展现状及研究趋势做了详细的研究，并对课题研究的意义有了更深入的认识。接下来对三相电压型整流器的拓扑结构、数学模型、整流器的控制技术进行了分析。文中所采用的滞环电流控制算法具有结构简单，电流响应速度快，不依赖系统参数，系统鲁棒性好的特点。运用matlab仿真软件，对该控制方法进行了仿真。然后对FPGA的发展历程、应用、分类、开发工具、语言等内容进行了介绍。最后对滞环控制算法进行了模块划分，将其划分为PI算法模块，限幅与指令电流生成模块，滞环比较模块，PWM脉冲生成及死区保护模块，AD控制及数据储存模块，并在Quartus II软件环境下，使用VHDL语言通过编程实现模块化设计。实践证明，采用FPGA来实现PWM整流器控制算法是可行的。
上传时间： 2013-04-24
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现代家庭中单相供电的用电设备如电脑、电视机、冰箱等都具有非线性特性，都会产生谐波污染电网。本文针对这一现象研究了单相并联电压型有源电力滤波器（APF），设计了一个APF控制系统来产生与谐波电流大小相等方向相反的补偿电流，并使补偿电流实时地跟踪谐波电流，从而消除谐波电流达到净化电网。 本文对提出的APF控制系统从模拟和数字两个方面进行了深入的研究。 首先，设计了APF的主电路结构，确定了系统中电感电容等元件参数，并根据仿真结果系统地分析了参数变化对系统补偿效果的影响，然后根据补偿效果选择最佳的参数值。 其次，针对控制系统要求，选用适合系统的电流电压PI双环控制系统，通过参数优化后得到了控制器的最优参数，使控制效果达到最优。并从理论上详细分析了无差拍控制算法。 最后，利用滞环比较原理制作了10KHz的三角波发生器，用于PWM调制电路。在对硬件描述语言以及FPGA设计流程深入理解的基础上，利用Verilog语言实现了双环PI控制器和PWM发生电路的数字化，使得有源电力滤波器补偿精度提高，有更好的可修改性，可使用于很多不同的非线性负载。
上传时间： 2013-07-27
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根据交通部公布的数据，交通事故呈逐年上升趋势，交通事故不仅给公民的财产造成了损失，而且给公民的人身安全也会造成威胁。因此如何更好地避免交通事故成为一个焦点课题，汽车安全系统更是成为汽车生产商和研究机构的研究热点。 当前汽车安全系统有两大种类：一是被动式安全系统。例如：安全带，安全气囊等。二是主动式安全系统。主动安全系统又分为主动被动式和主动自动式。前者有ABS等。后者有汽车自动防撞系统和倒车雷达等。 本文采用激光测距系统，开发一种汽车在高速公路上行驶的主动式防撞系统，本文的重点是开发测距预警系统，采用专门的激光测距芯片和接收芯片，并采用FPGA(Filed Programmable Gate Array)作为主控芯片，对前车进行有效的监控，根据检测得到的数据，实时提出建议和报警，提醒驾驶员减速或者采取制动措施，从而达到预防追尾碰撞的目的。本文工作主要有以下几个方面： 1) 在比较分析激光、雷达和毫米波等测距方法的基础上，根据市场需求及潜在用户分析，确定采用激光脉冲测距方式。针对激光脉冲测距存在的技术难题，提出以FPGA作为系统核心控制模块的测距系统设计方案。 2) 根据对车载动态测距系统测量精度、测量频率和测量范围的基本要求，结合脉冲激光测距的特点，提出采用多头脉冲激光测距和多周期脉冲测量的技术方案。该方案可有效提高系统测距精度和测量范围，降低系统成本。 3) 基于上述方案，完成了基于FPGA的多头脉冲激光测距系统的各功能模块的详细设计、功能仿真、综合优化及板级测试实验。实验表明，各主要功能模块基本达到预期设计要求，为测距系统的后期开发奠定了基础。 4) 完成了激光测距传感器外围光电转换电路、电源转换电路及通讯接口的设计、制作、安装及实验室调试。 5) 最后对论文研究工作进行了总结，提出了系统的不足之处和进一步研究工作的方向。
上传时间： 2013-05-27
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在传统的电力电子电路中，DC/DC变换器通常采用模拟电路实现电压或电流的控制。数字控制与模拟控制相比，有着显著的优点，数字控制可以实现复杂的控制策略，同时大大提高系统的可靠性和灵活性，并易于实现系统的智能化。但目前数字控制基本上限于电力传动领域，DC/DC变换器由于其开关频率较高，一般其外围功能由DSP或微处理器完成，而控制的核心，如PWM发生等大多采用专用控制芯片实现。FPGA由于其快速性、灵活性及保密性等优点，近年来在数字控制领域受到越来越多的关注。基于FPGA的DC/DC变换器是电力电子领域重要的研究方向之一。本文研究了同步Buck变换器的建模、设计及仿真，采用Xinlix的VIRTEX-Ⅱ PRO FPGA开发板实现了Buck变换器的全数字控制。 论文首先从Buck变换器的理论分析入手，根据它的物理特性，研究了该变换器的状态空间平均模型和小信号分析。为了获得高性能的开关电源，提出并分析了混杂模型设计方案，然后进行了控制器设计。并采用MATLAB/SIMULINK建立了同步Buck电路的仿真模型，并进行仿真研究。浮点仿真的运算精度与溢出问题，影响了仿真的精度。为了克服这些不足，作者采用了定点仿真方法，得到了满意的仿真结果。论文还着重论述了开关电源的数字控制器部分，数字控制器一般由三个主要功能模块组成：模数转换器、数字脉宽调制器(Digital PulseWidth Modulation：DPWM)和数字补偿器。文中重点研究了DPWM和数字补偿器，阐述了目前高频数字控制变换器中存在的主要问题，特别是高频状态下DPWM分辨率较低，影响控制精度，甚至引起极限环(Limit Cycling)现象，对DPWM分辨率的提高与系统硬件工作频率之间的矛盾、DPWM分辨率与A/D分辨率之间的关系等问题作了全面深入的分析。论文提出了一种新的提高DPWM分辨率的方法，该方法在不提高系统硬件频率的前提下，采用软件使DPWM的分辨率大大提高。作者还设计了两种数字补偿器，并进行了分析比较，选择了合适的补偿算法，达到了改善系统性能的目的。 设计完成后，作者使用ISE 9.1i软件进行了FPGA实现的前、后仿真，验证了所提出理论及控制算法的正确性。作者完成了Buck电路的硬件制作及基于FPGA的软件设计，采用32MHz的硬件晶振实现了11-bit的DPWM分辨率，开关频率达到1MHz，得到了满意的系统性能，论文最后给出了仿真和实验结果。
上传时间： 2013-07-23
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在航空航天，遥感测量，安全防卫以及家用影视娱乐等领域，要求能及时保存高清晰度的视频信号供后期分析、处理、研究和欣赏。因此，研究一套处理速度快，性能可靠，使用方便，符合行业相关规范的高清视频编解码系统是十分必要的。 本文首先介绍了高清视频的发展历史。并就当前相关领域的发展阐述了高清视频编解码系统的设计思路，提出了可行的系统设计方案。基于H.264的高清视频编码系统对处理器的要求非常高，一般的DSP和通用处理器难以达到性能要求。本系统选择富士通公司最新的专用视频编解码芯片MB86H51，实时编解码分辨率达到1080p的高清视频。芯片具有压缩率高，功耗低，体积小等优点。系统的控制设备由三块FPGA芯片和ARM控制器共同完成。FPGA芯片分别负责视频输入输出，码流输入输出和主编解码芯片的控制。ARM作为上层人机交互的控制器，向系统使用者提供操作界面，并与主控FPGA相连。方案实现了高清视频的输入，实时编码和码流存储输出等功能于一体，能够编码1080p的高清视频并存储在硬盘中。系统开发的工作难点在于FPGA的程序设计与调试工作。其次，详细介绍了FPGA在系统中的功能实现，使用的方法和程序设计。使用VHDL语言编程实现I2C总线接口和接口控制功能，利用stratix系列FPGA内置的M4K快速存储单元实现128K的命令存储ROM，并对设计元件模块化，方便今后的功能扩展。编程实现了PIO模式的硬盘读写和SDRAM接口控制功能，实现高速的数据存储功能。利用时序状态机编程实现主芯片编解码控制功能，完成编解码命令的发送和状态读取，并对设计思路，调试结果和FPGA资源使用情况进行分析。着重介绍设计中用到的最新芯片及其工作方式，分析设计过程中使用的最新技术和方法。有很强的实用价值。最后，论文对系统就不同的使用情况提出了可供改进的方案，并对与高清视频相关的关键技术作了分析和展望。
上传时间： 2013-07-26
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