运动控制技术是机电一体化的核心部分，提高运动控制技术水平对于提高我国的机电一体化技术具有至关重要的作用。运动控制技术的发展是制造自动化前进的旋律，是推动新的产业革命的关键技术。对于数控系统来说，最重要的是控制各个电机轴的运动，这是运动控制器接收并依照数控装置的指令来控制各个电机轴运动从而实现数控加工的，数据加工中的定位控制精度、速度调节的性能等重要指标都与运动控制器直接相关。目前对数控系统的研究都集中在插入PC的NC控制器的研究上，而其核心部分就是对步进、伺服电机进行控制的运动控制卡的研究。对PC-NC来说，运动控制卡的性能很大程度上决定了整个数控系统的性能，而微电子和数字信号处理技术的发展及其应用，使运动控制卡的性能得到了不断改进，集成度和可靠性大大提高。 本课题通过对运动控制技术的深入研究，并针对国内运动控制技术的研究起步较晚的现状，结合当前运动控制领域的具体需要，紧跟当前运动控制技术研究的发展趋势，吸收了数控技术和相关运动控制技术的最新成果，提出了基于PCI和FPGA的方案，研制了一款比较新颖的、功能强大的、具有很大柔性的四轴多功能运动控制卡。 本课题的具体研究主要有以下几方面： 首先，通过对运动控制卡及运动控制系统等行业现状的全面调研，和对运动控制技术的深入学习，在比较了几种常用的运动控制方案的基础上，提出了基于FPGA的运动控制设计方案，并规划了板卡的总体设计。 其次，根据总体设计，规划了板卡的结构，详细划分并实现了FPGA各部分的功能；利用光电隔离原理设计了数字输入/输出电路。 再次，利用FPGA的资源实现了PCI从设备接口，达到跟控制卡通信的目的，针对运动控制中的一些具体问题，如运动平稳性、实时控制以及多轴联动等，在FPGA上设计了四轴运动控制电路，定义了各个寄存器的具体功能，设计了功能齐全的加／减速控制电路、变频分配电路、倍频分频电路和三个功能各异的计数器电路等，自动降速点运动、A／B相编码器倍频计数电路等特殊功能。最后，进行了本运动控制卡的测试，从测试和应用结果来看，该卡达到预期的要求。
上传时间： 2013-07-27
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随着存储技术的迅速发展，存储业务需求的不断增长，独立的磁盘冗余阵列可利用多个磁盘并行存取提高存储系统的性能。磁盘阵列技术采用硬件和软件两种方式实现，软件RAID（Redundant Array of Independent Disks）主要利用操作系统提供的软件实现磁盘冗余阵列功能，对系统资源利用率高，节省成本。硬件RAID将大部分RAID功能集成到一块硬件控制器中，系统资源占用率低，可移植性好。 分析了软件RAID的性能瓶颈，使用硬件直接完成部分计算提高软件RAID性能。针对RAID5采用FPGA（Field Programmable Gate Array）技术实现RAID控制器硬件设计，完成磁盘阵列启动、数据缓存（Cache）以及数据XOR校验等功能。基于硬件RAID的理论，提出一种基于Virtex-4的硬件RAID控制器的系统设计方案：独立微处理器和较大容量的内存；实现RAID级别迁移，在线容量扩展，在线数据热备份等高效、用户可定制的高级RAID功能；利用Virtex-4内置硬PowerPC完成RAID服务器部分配置和管理工作，运行Linux操作系统、RAID管理软件等。控制器既可以作为RAID控制卡在服务器上使用，也可作为一个独立的系统，成为磁盘阵列的调试平台。 随着集成电路的发展，芯片的体积越来越小，电路的布局布线密度越来越大，信号的工作频率也越来越高，高速电路的传输线效应和信号完整性问题越来越明显。RAID控制器属于高速电路的范畴，在印刷电路板（Printed Circuit Block, PCB）实现时分别从叠层设计、布局、电源完整性、阻抗匹配和串扰等方面考虑了信号完整性问题，并基于IBIS（I/O Buffer Information Specification）模型进行了信号完整性分析及仿真。
上传时间： 2013-04-24
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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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本文以数字信号处理系统为应用背景，围绕基于FPGA的ⅡR数字滤波器的实现技术展开了研究。 首先以ⅡR数字滤波器的优化设计基本理论为依据，研究了在频域上的最小均方误差设计法和在时域上的最小平方误差设计法。以四阶和六阶两个ⅡR低通数字滤波器设计为例，利用Matlab软件进行辅助设计，探讨了滤波器的设计过程。 然后着重研究了FPGA的设计方法和设计流程，在设计中采用了层次化、模块化的设计思想，将整个滤波器划分为多个功能模块，利用VHDL语言编程和原理图两种设计技术进行了ⅡR滤波器的各个功能模块的设计，采用EPlCl2Q240器件实现了基于FPGA的二个二阶节级联型结构的四阶ⅡR低通数字滤波器，并类推了设计六阶ⅡR低通数字滤波器。最后用QuartusⅡ4.0软件进行了综合与仿真，用MATLAB7.0软件对仿真结果进行了分析，最终在GW48-PK2开发系统中进行了硬件电路验证，得出了实际滤波效果测试波形，验证了所设计滤波器的正确性。 本设计对于用二阶节级联型结构构成的ⅡR数字滤波器硬件电路具有通用性，通过改变二阶节级联型结构的数量，可以构成任意偶数阶的滤波器；同时，通过上模型中系数的变换，也可以构成相应阶数的高通、带通、带阻等滤波器。
上传时间： 2013-06-20
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伴随高速DSP技术的广泛应用，实时快速可靠地进行数字信号处理成为用户追求的目标。同时，由于可编程器件在速度和集成度方面的飞速提高，使得利用硬件实现数字信号实时快速可靠处理有了新的途径。 FIR滤波器是数字信号处理中常用部件，它的最大优点在于：设计任何幅频特性时，可以具有严格的线性相位，这一点对数字信号的实时处理非常关键。 FPGA是常用的可编程器件，它所具有的查找表结构非常适用于实现实时快速可靠的FIR滤波器，在加上VHDL语言灵活的描述方法以及与硬件无关的特点，使得使用VHDL语言基于FPGA芯片实现FIR滤波器成为研究的方向。 本文对基于FPGA的FIR数字滤波器实现进行了研究，并设计了一个16阶的FIR低通滤波器。所做的主要工作为： 1.以FIR数字滤波器的基本理论为依据，使用分布式算法作为滤波器的硬件实现算法，并对其进行了详细的讨论。针对分布式算法中查找表规模过大的缺点，采用多块查找表的方式减小硬件规模。 2.在设计中采用了自顶向下的层次化、模块化的设计思想，将整个滤波器划分为多个模块，利用VHDL语言的描述方法进行了各个功能模块的设计，最终完成了FIR数字滤波器的系统设计。 3.采用FLEX10K系列器件实现一个16阶的FIR低通滤波器的设计实例，用MAX+PLUSII软件进行了仿真，并用MATLAB对仿真结果进行了分析，证明所设计的FIR数字滤波器功能正确。 仿真结果表明，本论文所设计的FIR滤波器硬件规模较小，采样率达到了17.73MHz。同时只要将查找表进行相应的改动，就能分别实现低通、高通、带通FIR滤波器，体现了设计的灵活性。
上传时间： 2013-04-24
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数控系统在工矿领域已得到广泛应用，计算机数控系统通过对数字化信息的处理和运算，并转化成脉冲信号，实现对步进电机的控制，进而控制数控机床动作和零件加工。随着嵌入式技术的发展，我们可以设计规模更小，成本更低，功能更特定的嵌入式系统来完成传统计算机数控系统所完成的工作。 步进电机以其精度高、控制灵活、定位准确、起停迅速、工作可靠、能直接接受数字信号的特点，成为数控系统中的重要执行部件。然而根据步进电机的特性，必须要采取适当而有效的升降速控制策略，特别是在多电机连动的系统中，对多个电机连动的速度控制和脉冲分配也很值得研究。在本文中作者将介绍一种三轴连动的速度控制和脉冲分配的优化算法，以及其在基于FPGA和ARM配合的高速数控雕刻机控制系统中的实现。 在本文中还可以看见，为了减小本系统中主控MCU的压力，作者还将利用FPGA来设计一个针对多电机连动的速度控制和脉冲分配优化算法的外围定制控制器。 最终实验结果表明，作者所提出的优化算法及其在本系统的实现方案，完全达到客户所提出的高速数控雕刻机控制系统的各项设计性能指标。
上传时间： 2013-07-02
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本项目完成的是中国地面数字电视融合方案发端系统的FPGA设计与实现。采用Stratix系列的EP1S80F1020C5FPGA为基础构建了主硬件处理平台。系统中能量扩散、LDPC编码、符号交织、星座映射、同步PN头插入、3780点IFFTOFDM调制以及信号成形4倍插值滚降滤波器等都是基于FPGA硬件设计实现的。本文首先介绍了数字电视的发展现状，融合方案发端系统的整体结构以及FPGA设计的相关知识。第三章重点、详细地介绍了基于FPGA的融合方案发端系统除LDPC编码部分的各个模块的具体实现，并对级连后的整个系统的性能进行了仿真、分析和验证。第四章简要介绍了与融合方案发端系统结构类似的一个窄带LDPC解码-误码测试实验平台发端的FPGA设计，并对该测试平台的性能进行了分析验证。我在项目中完成的工作主要有： 1.阅读相关文献资料，了解中国地面数字电视融合方案的整体结构和原理。 2.制定了整个发端系统FPGA实现的框架以及各模块的接口定义。 3.完成了3780点IFFTOFDM的FPGA设计和验证。 4.完成了4倍插值169阶滚降滤波器的算法改进和FPGA设计与验证。 5.完成了整个融合方案系统的功能仿真、分析和验证。 6.完成了窄带LDPC解码-误码测试实验平台发端的FPGA设计以及仿真、验证。
上传时间： 2013-07-05
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现代雷达系统广泛采用脉冲压缩技术，用以解决作用距离与分辨能力之间的矛盾。脉冲压缩是指雷达通过发射宽脉冲，保证足够的最大作用距离，而接收时，采用相应的脉冲压缩法获得窄脉冲以提高距离分辨率的过程。同时，数字信号处理技术的迅猛发展和广泛应用，为雷达脉冲压缩处理的数字化实现提供了可能。 本文主要研究雷达多波形频域数字脉冲压缩系统的硬件系统实现。在匹配滤波理论的指导下，成功研制了基于FPGAEP1K100QC208-1和4片高性能ADSP21160M的多波形频域数字脉冲压缩系统。该系统可处理时宽在42μs以内、带宽在5MHz以下的线性调频信号(LFM)，非线性调频信号(NLFM)和Taylor四相码信号，且技术指标完全满足实用系统的设计要求。 本文完成的主要工作和创新之处有：(1)基于双通道模数转换器AD10242设计高精度数据采集电路，为整个脉压系统的工作提供必要的条件。完成了前端模拟信号输入电路的优化和差分输入时钟的产生，以实现高精度采样。 (2)根据协议和脉压系统的工作要求，以基于FPGAEP1K100QC208完成系统控制，使整个脉压系统正确稳定地工作。同时以该FPGA生成双口RAM，实现数据暂存，以匹配采样速率和脉压系统频率。 (3)设计基于4片高性能ADSP21160M的紧耦合并行处理系统，以完成多波形频域数字脉冲压缩的全部运算工作。4片DSP共享外部总线，且各DSP以链路口互连，进行数据通信。各DSP还使用一个链路口连接到接口板DSP，将脉压结果送出。 (4)以一片ADSP21160M和一片EP1K100QC208为核心，设计输出板电路，完成数据对齐、求模和数据向下一级的输出，并产生模拟输出。 (5)调试并改进处理板和输出板。
上传时间： 2013-06-11
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自适应滤波器的硬件实现一直是自适应信号处理领域研究的热点。随着电子技术的发展，数字系统功能越来越强大，对器件的响应速度也提出更高的要求。 本文针对用通用DSP 芯片实现的自适应滤波器处理速度低和用HDL语言编写底层代码用FPGA实现的自适应滤波器开发效率低的缺点，提出了一种基于DSP Builder系统建模的设计方法。以随机2FSK信号作为研究对象，首先在matlab上编写了LMS去噪自适应滤波器的点M文件，改变自适应参数，进行了一系列的仿真，对算法迭代步长、滤波器的阶数与收敛速度和滤波精度进行了研究，得出了最佳自适应参数，即迭代步长μ=0.0057，滤波器阶数m=8，为硬件实现提供了参考。 然后，利用最新DSP Builder工具建立了基于LMS算法的8阶2FSK信号去噪自适应滤波器的模型，结合多种EDA工具，在EPFlOKl00EQC208-1器件上设计出了最高数据处理速度为36.63MHz的8阶LMS自适应滤波器，其速度是文献[3]通过编写底层VHDL代码设计的8阶自适应滤波器数据处理速度7倍多，是文献[50]采用DSP通用处理器TMS320C54X设计的8阶自适应滤波器处理速度25倍多，开发效率和器件性能都得到了大大地提高，这种全新的设计理念与设计方法是EDA技术的前沿与发展方向。 最后，采用异步FIFO技术，设计了高速采样自适应滤波系统，完成了对双通道AD器件AD9238与自适应滤波器的高速匹配控制，在QuartusⅡ上进行了仿真，给出了系统硬件实现的原理框图，并将采样滤波控制器与异步FIF0集成到同一芯片上，既能有效降低高频可能引起的干扰又降低了系统的成本。
上传时间： 2013-06-01
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相位激光测距是一种高精度的距离测量技术，随着电子器件和信号处理技术的发展，这种测距技术在军用和民用领域必将得到更为广泛的研究和应用。本文介绍了一种基于FPGA嵌入式技术的相位激光测距系统，该系统采用先进的FPGA技术，实现了调制信号产生、信息控制与处理三个模块的整合，解决了传统相位激光测距所难以克服的弱点。 文中阐述了激光测距和调制信号源的基本原理，分析了影响测距精度的因素，指出应用DDS技术可以实现宽带、高精度的调制信号输出，说明了引起DDS输出信号杂散的原因和解决的办法。分析了应用FFT运算实现信号相位提取的基本原理及设计方法，采用这种检相技术，可以极大地提高测相精度与灵敏度。提出了基于FPGA嵌入式系统的相位式激光测距机的整体设计，并就各部分进行了详细的分析与设计。介绍了激光测距系统的外围电路和基于QuartusⅡ集成软件平台的部分硬件电路的设计，并对其中的设计进行了仿真和验证，总结提出了对系统今后的进一步改进和完善的思路。
上传时间： 2013-06-28
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