传统PLC使用时会出现一些问题，如程序死循环、程序跑飞、需要庞大的编译系统作支持和不能实现精确位置控制等等；而发展到OPENPLC后，这些问题依然存在。为了更好地解决这些问题，本文提出一种全新的可编程控制器现场集成技术，用FPGA来实现PLC的功能，抛弃传统PLC“程序”的概念，以“硬件线路”来实现控制功能，不论在经济上还是在性能上都具有更大的优势。 本课题在对国内外可编程控制器，重点是HardPLC的开发和应用的进展进行概述和分析的基础上，系统开展了HardPLC组成模块原理及其仿真模拟的研究。本研究的主要贡献为： 1.对比分析了CPLD和FPGA的性能特点，阐明了Xilinx公司FPGA芯片结构的两个创新概念，指出了其优越性能的结构基础； 2.系统分析了用HardPLC实现控制系统时的一些通用模块，对每个模块的工作原理进行了深入的探讨，用VHDL语言建立了每个模块的模型，在此基础上进行了仿真、综合，为进一步研究可编程控制器的现场集成奠定了基础； 3.在仿真综合的基础上，用所建立的模型完成了特定逻辑控制系统的控制要求，充分展示了其实际应用的可行性； 4.在分析Xilinx公司SPARTANII系列FPGA芯片配置模式的基础上，确定了应用于实际的基于CPLD控制的FPGA芯片SlaveParallel配置模式。 本课题研究建立的模型对于开发具有我国自主知识产权的HardPLC组成IP库具有一定的理论意义；对特定系统的控制实现，充分展示了基于FPGA的可编程控制器现场集成技术可以广泛应用于工控领域，加大推广力度和建立更多的IP库，在许多应用场合可以取代传统的PLC控制系统，为工控领域提供高可靠、低价格、简单易操作的解决方案，这将带来巨大的社会经济效益；所确定的FPGA芯片配置模式可广泛应用于对FPGA芯片配置数据的加载，在实践生产中具有重要的实用价值。
上传时间： 2013-05-30
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该论文首先对脉冲及其参数进行了分析,然后介绍了雷达脉冲参数测量的原理,并针对现代复杂电磁环境的特点,对脉冲参数测量的方案进行了设计.最后利用Xilinx公司的Spartan-II系列20万门FPGA芯片实现了对高密度视频脉冲流的脉冲到达时间(TOA)、脉冲宽度(PW)和脉冲幅度(PA)等参数的实时高精度测量,并对测量误差进行了分析,同时给出了功能仿真的波形.该测量方法是基于FPGA的硬件实现方法,其系统结构简单,测量速度快、精度高,满足对脉冲参数测量高精度、实时性的要求.
上传时间： 2013-07-05
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随着数字信号处理技术应用的不断深入，数字信号处理系统的实现面临着很多挑战，其中面临的四个主要问题是：速度、设计规模、功耗和开发周期。因此许多数字信号处理的实现方法被提出，其中基于FPGA的实现技术就是其中的重要技术之一。 本文以数字信号处理系统的实现为应用背景，着重研究了基于FPGA的数字滤波器实现技术。本文分为两个主要部分： 第一部分以Xilinx公司的FPGA为例，总结了FPGA设计的基本方法及设计流程，并在此基础上介绍了一种用于产品快速开发的设计方式—基于SystemGenerator的设计方式，这种设计方式向数字信号处理系统的设计者提供了自上而下的FPGA解决方案。 第二部分系统地研究了基于FPGA的数字滤波器实现技术。该部分首先研究了三种适合于FPGA的FIR滤波器实现方法，直接结构、转置结构及分布式算法。其次，讨论了针对直接结构FIR滤波器的乘法器优化技术，CSD编码和系数分解，以及针对转置结构FIR滤波器的乘法器优化技术，简化加法器图，并结合实例给出了它们的优化效果。再次，介绍了直接结构FIR滤波器中常用多操作数加法实现方法，二叉树和Wallace树，并在Wallace树的基础上提出了一种适合于FPGA的1比特多操作数加法结构，这种实现结构在实现采样字长与系数字长均为l比特的FIR滤波器时，使FPGA的资源利用率得到明显提高。最后还给出了三种FIR滤波器实现方法在FPGA中应用的优缺点及其适用性，并给出了一个带通滤波器的设计实例。 论文的研究成果已应用于“北斗一号”导航定位接收机中。
上传时间： 2013-08-01
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在无线通信系统中,信号在传输过程中由于多径效应和信道带宽的有限性以及信道特性的不完善性导致不可避免地产生码间串扰(Intersymbol Interference).为了克服码间串扰所带来的信号畸变,则必须在接收端增加均衡器,以补偿信道特性,正确恢复发送序列.盲均衡器由于不需要训练序列,仅利用接收信号的统计特性就能对信道特性进行均衡,消除码间串扰,成为近年来通信领域研究的热点课题.本课题采用已经取得了很多研究成果的Bussgang类盲均衡算法,主要因为它的计算复杂度小,便于实时实现,具有较好的性能.本文探讨了以FPGA(Field Programmable Gates Array)为平台,使用Verilog HDL(Hardware Description Language)语言设计并实现基于Bussgang类型算法的盲均衡器的硬件系统.本文简要介绍了Bussgang类型盲均衡算法中的判决引导LMS(DDLMS)和常模(CMA)两种算法和FPGA设计流程.并详细阐述了基于FPGA的信道盲均衡器的设计思想、设计结构和Verilog设计实现,以及分别给出了各个模块的结构框图以及验证结果.本课题所设计和实现的信道盲均衡器,为电子设计自动化(EDA)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： 2013-07-25
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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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随着微电子技术和电力电子技术的飞速发展，运动控制系统正朝着通用化、智能化、微型化的方向发展。目前，以数字信号处理器（DSP）和现场可编程门阵列（FPGA）为核心的运动控制卡已成为运动控制器的发展主流。它可方便地以插卡形式嵌入PC机，将PC机强大的信息处理能力和开放式特点与运动控制卡的运动控制能力相结合，具有信息处理能力强、开放程度高、运动控制方便、通用性好的特点。因此，本文通过对运动控制技术的深入研究，开发了一款以DSP和FPGA为主控单元、基于PCI总线的运动控制卡。 首先，设计了运动控制卡硬件电路，对控制卡的DSP和FPGA外围电路、PCI总线接口电路、模拟量输出电路、编码器信号采集电路、通用I/O接口电路等实现方法进行了详细讨论。 为提高控制卡的硬件集成度和可靠性，通过对FPGA的编程设计，在FPGA中实现了PCI总线目标设备接口控制器、双端口RAM、DDA精插补电路、DAC接口电路、编码器信号处理电路和数字I/O信号处理电路。 基于改进的数字PID控制器和前馈控制，设计开发了运动控制卡的位置闭环伺服控制器，并整定了控制器参数，获得良好的伺服控制特性。 最后，采用WinDriver开发了控制卡的驱动程序，并详细介绍了驱动程序的开发流程。
上传时间： 2013-08-01
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随着技术的飞速发展,电力电子装置如变频设备、变流设备等容量日益扩大,数量日益增多,使得电网中的谐波污染日益严重,给电力系统和各类用电设备带来危害,轻则增加能耗,缩短设备使用寿命,重则造成用电事故,影响安全生产.电力系统中的谐波问题早在20世纪20年代就引起了人们的注意.近年来,产生谐波的设备类型及数量均已剧增,并将继续增长,谐波造成的危害也日趋严重.该论文分析比较了传统测量谐波装置和基于FPGA的新型谐波测量仪器的特性.分析了基于FFT的谐波测量方法,综述了可编程元器件的发展过程、主要工艺发展及目前的应用情况,并介绍了一种主流硬件描述语言Verilog HDL的语法及其具体应用.分析了高速数字信号系统的信号完整性问题,提出了使用FPGA实现的整合处理器解决高速数字系统信号完整性问题的方法,并比较分析了各种主流的整合处理器解决方案的优缺点.分析了使用实时操作系统进行复杂嵌入式系统软件开发的优缺点,并在该系统软件开发中成功移植应用了实时操作系统UCOSII,改造了该操作系统中内存管理方式.研究了使用FPGA实现FFT算法的优缺点,对比分析了主要硬件实现架构的性能和优缺点,提出了一种基于浮点数的FFT算法FPGA实现架构,详细设计了基于浮点数的硬件乘法器和加法器.该设计架构运行稳定,计算速度快捷.并通过实际仿真验证了该设计的正确性和优越性.最终通过以上工作设计实现了一种新型的基于FPGA的谐波测量仪,该仪器的变送单元和采样单元通过实际型式试验检验,符合设计要求.该仪器的FPGA单元通过系统仿真,符合设计要求.
上传时间： 2013-04-24
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随着信息技术的发展，系统级芯片SoC(System on a Chip)成为集成电路发展的主流。SoC技术以其成本低、功耗小、集成度高的优势正广泛地应用于嵌入式系统中。通过对8位增强型CPU内核的研究及其在FPGA(Field Programmable Gate Arrav)上的实现，对SoC设计作了初步研究。 在对Intel MCS-8051的汇编指令集进行了深入地分析的基础上，按照至顶向下的模块化的高层次设计流程，对8位CPU进行了顶层功能和结构的定义与划分，并逐步细化了各个层次的模块设计，建立了具有CPU及定时器，中断，串行等外部接口的模型。 利用5种寻址方式完成了8位CPU的数据通路的设计规划。利用有限状态机及微程序的思想完成了控制通路的各个层次模块的设计规划。利用组合电路与时序电路相结合的思想完成了定时器，中断以及串行接口的规划。采用边沿触发使得一个机器周期对应一个时钟周期，执行效率提高。使用硬件描述语言实现了各个模块的设计。借助EDA工具ISE集成开发环境完成了各个模块的编程、调试和面向FPGA的布局布线；在Synplify pro综合工具中完成了综合；使用Modelsim SE仿真工具对其进行了完整的功能仿真和时序仿真。 设计了一个通用的扩展接口控制器对原有的8位处理器进行扩展，加入高速DI，DO以及SPI接口，增强了8位处理器的功能，可以用于现有单片机进行升级和扩展。 本设计的CPU全面兼容MCS-51汇编指令集全部的111条指令，在时钟频率和指令的执行效率指标上均优于传统的MCS-51内核。本设计以硬件描述语言代码形式存在可与任何综合库、工艺库以及FPGA结合开发出用户需要的固核和硬核，可读性好，易于扩展使用，易于升级，比较有实用价值。本设计通过FPGA验证。
上传时间： 2013-04-24
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单片微型计算机(单片机)是将微处理器CPU、程序存储器、数据存储器、定时/计数器、输入/输出并行接口等集成在一起。由于单片机具有专门为嵌入式系统设计的体系结构与指令系统，所以它最能满足嵌入式系统的应用要求。Intel公司生产的MCS-51系列单片机是我国目前应用最广的单片机之一。 随着可编程逻辑器件设计技术的发展，每个逻辑器件中门电路的数量越来越多，一个逻辑器件就可以完成本来要由很多分立逻辑器件和存储芯片完成的功能。这样做减少了系统的功耗和成本，提高了性能和可靠性。FPGA就是目前最受欢迎的可编程逻辑器件之一。IP核是将一些在数字电路中常用但比较复杂的功能块，设计成可修改参数的模块，让其他用户可以直接调用这些模块，这样就大大减轻了工程师的负担，避免重复劳动。随着FPGA的规模越来越大，设计越来越复杂，使用IP核是一个发展趋势。 本课题结合FPGA与8051单片机的优点，主要针对以下三个方面研究： (1)FPGA开发平台的硬件实现选用Xilinx公司的XC3S500E-PQ208-4-C作为核心器件，采用Intel公司的EEPROM芯片2816A和SRAM芯片6116作为片内程序存储器，搭建FPGA的硬件开发平台。 (2)用VHDL语言实现8051IP核分析研究8051系列单片机内部各模块结构以及各部分的连接关系，实现了基于FPGA的8051IP核。主要包括如下几个模块：CPU模块、片内数据存储器模块、定时/计数器模块、并行端口模块、串行端口模块、中断处理模块、同步复位模块等。 (3)基于FPGA的8051IP核应用用所设计的8051IP核，实现了对一个4×4键盘的监测扫描、键盘确认、按键识别等应用。
上传时间： 2013-04-24
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近年来，随着计算机和通信技术的飞速发展，特别是网络的迅速普及和3C(计算机、通信、消费电子)合一的加速，微型化和专业化成为发展的新趋势，嵌入式产品已经成为了信息产业的主流，嵌入式系统技术也成为目前电子产品设计领域最为热门的技术之一，目前已经广泛地应用于军事国防、消费电子、网络通信、工业控制等各个领域。本文在研究视频采集发展现状和趋势的基础上，设计了一种基于32位处理器的嵌入式图像采集和传输系统。此套硬件系统可应用于LCD显示屏、桌面视频、多媒体、数字电视机、图像处理、可视电话和远程户外图像采集等领域。 该图像采集系统在硬件系统上以ARM芯片S3C44BOX为核心，利用CMOS图像传感器采集图像；以FIFO帧存储器暂存图像数据，解决了ARM芯片与图像传感器之间速率的不同步问题；并充分利用了FPGA/CPLD高性能、低功耗、低成本的优点，用CPID器件控制整个图像采集的时序逻辑。在软件平台移植了嵌入式操作系统’uClinux,并在此基础上开发了底层的驱动程序和应用程序。体积小巧，具备图像采集、显示和远程传输功能和良好的可扩展性。 全文共分为五个章节，第一章主要介绍了论文的课题背景和图像采集技术的发展现状，介绍了论文的研究目标和研究内容。第二章从硬件和软件两方面阐述了嵌入式图像采集系统的总体设计方案，详细介绍了硬件开发平台嵌入式系统和软件开发平台嵌入式操作系统各自的定义和特点。第三章主要介绍基于ARM的图像采集系统硬件设计方面的内容，包括各个模块的具体实现方案、系统硬件性能分析和硬件电路的抗干扰设计等。第四章研究了基于uClinux平台的几个主要模块的软件设计，主要包括图像传感芯片的初始化和采集程序的实现、LCD控制器的初始化和图像显示程序的实现、以太网控制器的初始化和图像数据传输程序的实现。第五章是对全文的一个总结，概括了作者所做的工作，提出所存在的不足并对后续的研究工作做了进一步的展望。
上传时间： 2013-04-24
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