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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在测井过程中，由于测井深度直接影响到其它测井信息的准确性，所以精确的测井深度变得越来越重要。本文针对现有绞车系统的不足(CPU为单片机决定其精度不高、缺少完善的深度校正系统等)，首次将DSP与FPGA应用到测井绞车系统中，充分利用FPGA硬件资源丰富、速度快及DSP软件设计灵活的特点，使系统硬件、软件结构更加合理，功能得到增强，性价比进一步提高，从而优化了整个系统，为今后绞车设计提供了新的方法和途径。 本文相对其它绞车系统的设计，主要特点有：设计了比较完善的深度校正模块(深度脉冲校正、根据磁记号与磁定位信号的校正、由张力等原因引起的电缆形变的校正)。将打标和测量一体化。设计了方便的通信接口(校正后的深度脉冲及DSP通过RS232与主测井仪的通信)。使用DSP作为CPU并且配合FPGA作预处理从而提高了测量深度的准确性。电路采用了可编程逻辑器件，提高了电路工作的可靠性，减小了电路板面积。另外，本文在研究电缆绞车系统的同时，对测井的地面信号处理也进行了初步的研究，主要是对趋肤效应的校正做了初步的研究。 本文所完成的是一个完整的测量与打标系统，通过室内与现场实验，得出该系统具有高精度、高智能化等优点。最后，本文对该系统的发展方向作了展望。
上传时间： 2013-05-18
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减摇鳍是船舶与海洋工程中的一种重要系统，目前已在多种船舶中广泛应用。减摇鳍对于提高船舶耐波性，增加船舶使用寿命，改善设备与人员的工作条件，提高舰艇的战斗力具有重要作用。减小船舶横摇是目前船舶运动控制领域的重要课题之一。本文以船舶减摇鳍系统作为研究对象，重点讲述了基于ARM处理器的减摇鳍控制器的设计与实现方案。 减摇鳍系统目前大多采用基于力矩对抗原理的PID控制器。控制器的性能对船舶自然横摇周期和无因次横摇衰减系数有着很大的依赖关系。由于船舶横摇运动的复杂性、非线性、时变性和海况的不确定性，经典PID控制难以获得满意的控制效果。采用先进的控制策略是解决这一问题的有效方法。本论文将模糊控制与PID控制相结合，实现了无须精确的对象模型，只须将操作人员和专家长期实践积累的经验知识用控制规则模型化，然后用模糊推理在线辨识对象特征参数，便可对PID参数实现自整定。另外，浪级调节器做为减摇鳍控制器的一个重要组成部分，本论文也对其设计进行了研究，提出了一种基于海浪谱估计的浪级调节器的设计方法，弥补了传统浪级调节器不能充分利用海浪信息的不足。 目前大多数的减摇鳍控制器使用单片机作为主处理器或者以工控机为基础开发而来的，前者集成度不高，稳定性也不好，而后者成本较高。因此，本课题设计了一款新型的基于ARM处理器的减摇鳍控制器，解决了上述问题。该系统主要由硬件平台和软件平台两部分组成。硬件平台主要包括基于飞利浦公司的LPC2214的控制器核心电路和辅助实现控制的驱动电路；软件平台主要是基于ARM的软件，包括启动代码和应用程序。 研究结果表明：开发的嵌入式减摇鳍控制系统不仅具有集成度高、性价比高、性能优越、抗干扰能力强、稳定性好、实时性高等优点。同时更能够适应减摇鳍控制系统智能化的发展趋势，所以该减摇鳍控制器具有很好的使用价值及意义。
上传时间： 2013-07-10
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软硬件资源的不断成熟和完善，使得嵌入式系统应用得到了十分迅猛的发展。另一方面，互联网技术的发展，使得Internet逐渐深入到人们的日常生活中。嵌入式控制网络与信息网络的互联不仅拓宽了控制系统的控制范围，而且丰富了信息系统的内容。因此，嵌入式系统与Internet相结合将成为嵌入式系统和互联网络发展的重要方向。 现阶段，Internet规模的日益扩大与IPv4地址匮乏之间的矛盾越来越突出。为解决IPv4网络存在的各种问题而出现的IPv6协议具有海量的地址空间、优化的路由算法、自动化的地址配置等；同时还增加了对安全性、QoS等的良好支持。因此，Internet从IPv4过渡到IPv6是一种必然的趋势。综上，对IPv6协议进行研究并将其引入嵌入式系统，实现嵌入式设备接入网络的功能，具有较高的科研价值和现实意义。 本文在对嵌入式系统相关概念和嵌入式IPv6协议栈进行介绍的基础上，阐述了IPv6协议簇中核心协议的原理、报头结构和参数等。接着根据嵌入式TCP/IP协议栈的设计要点，提出嵌入式IPv6协议栈的总体设计，进一步对协议栈的进程模型、内存管理、平台无关性和通讯机制进行了研究。然后对协议栈的裁剪和数据包的处理流程进行分析，给出各模块的详细设计与实现，主要有IPv6模块、ICMPv6模块、邻居发现(ND)模块和UDP模块。最后将协议栈嵌入到uC/OS-II操作系统中并搭建测试环境对IPv6协议栈进行功能性测试，结果表明协议栈功能正常，可以完成基本的通讯功能。 协议栈根据嵌入式系统资源有限和应用相对单一的情况进行裁剪，采用分层结构实现；同时在实现基本功能的前提下，为功能的扩展提供了接口；另外，将协议栈与硬件、编译器和操作系统相关的代码独立开来，实现了协议栈在不同平台的良好移植。关键词：嵌入式系统，因特网，ARM，IPv6，ICMPv6，邻居发现协议
上传时间： 2013-04-24
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本文提出的煤矿安全系统由基站、基站控制器、控制中心和安全信息终端组成。本系统能够实时动态监测瓦斯等有害气体浓度，能够人机联防监测矿道中可能存在的安全隐患。井下采用CAN有线网络和Zigbee无线网络相结合的混合组网方式，通过矿工携带的安全信息终端使监测网延伸到每个采掘工作面，实现动态跟踪。控制中心通过友好的人机界面可以查看瓦斯浓度、温度、湿度的最新数据与历史数据，还可以查看报警记录，并把这些数据以曲线图的形式直观的显示出来。 基站和基站控制器是以ARM系列LPC2119微处理器为核心设计的，完成安全信息终端和控制中心之间的通信任务。基站和安全信息终端采用了基于Zigbee技术的SZ05系列嵌入式无线收发模块进行组网通信，采用MC14LC5480语音芯片实现系统的语音功能，基于LPC2119内置的CAN控制器辅以P82C250收发器实现多基站间的网络连接。基站控制器通过CAN总线与基站组网通信，监测基站工作状态，协调各基站与移动终端之间的信息传输，通过RS232与控制中心PC机进行信息交互。在此硬件平台的基础上，给出了基于LPC2119微处理器下的软件设计过程，包括初始化、无线通信模块的通信协议制定和通信程序设计、语音功能的软件设计及编程、基站和基站控制器的通信协议制定和主程序设计、系统监控程序设计及控制中心PC机端人机界面设计等。 经多次调试，实现了控制中心PC机接收安全信息终端检测的环境参数数据并判断瓦斯浓度是否超限，还实现了通过人机界面查询数据、查看曲线图以及发送命令等。
上传时间： 2013-07-14
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介绍一种利用光电技术动态检测轨道不平顺的方法，装置安装在运营机车上，由线阵CCD传感器、红外线光源、轨道检测单元板、数据转储器和地面微机处理系统等部分组成。阐述了直接测量法原理、硬件电路、浮动二值化以
上传时间： 2013-05-23
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信号发生器设计以C8051F121 单片机为核心，采用串口通信和D/A 转换，通过在VB可视化操作界面下参数化调节信号的幅值、脉宽、频率、持续时间，可以得到任意波形。数据通过串口传给单片机，单片机经过
上传时间： 2013-05-28
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目前在各行各业中应用种类繁多的测量仪器随着仪器性能指标要求的逐渐提升以及功能的不断拓展，对仪器控制系统的实时性和集成化程度等性能的要求也越来越高。目前发展的趋势是开放式、集成度向芯片级靠拢的高实时性仪器。针对目前传统的系统设计存在着功能简单、速度慢、实时性差、对数据的再加工处理能力极为有限等问题，本文根据课题需要提出了一种基于ARM+FPGA架构的高速实时数据采集嵌入式系统方案，应用在小功率半导体测量仪器上。方案采用三星S3C2410的ARM处理器进行管理控制，处理数据，界面显示；Altera公司的Cyclone系列的1C12 FPGA器件用来进行高速数据采集，提高了系统的实时性和集成化程度。 本文首先给出了ARM+FPGA架构的总体设计。硬件方面，简要讨论了ARM处理器的特点和优势，FPGA在高速采集和并行性上的优势，给出了硬件的总体结构和主要部件及相关接口。软件方面，研究了基于嵌入式Linux的嵌入式系统的构建和BootLoader的启动以及内核和根文件系统的结构，构建了嵌入式Linux系统包括建立交叉开发环境，修改移植BootLoader和裁减移植Linux内核，并且根据课题实际需要精简建立了根文件系统。 为了满足测量仪器的实时性，设计了ARM与FPGA的高速数据采集接口。进行了FPGA内部与ARM接口相关部分的硬件电路设计；通过分析ARM与FPGA内部时序的差异，针对ARM与FPGA内部FIFO时序不匹配的问题，解决了测量仪器中高速数据采集与处理速度不匹配的问题。接着，通过研究Linux设备驱动基本原理和驱动程序的开发过程，设计了Linux下的FPGA数据采集接口驱动程序，并且实现了中断传输。使得FPGA芯片通过高效可靠的驱动程序可以很好的与ARM进行通讯。 最后为了方便用户操作，进行了人机交互系统的设计。为了降低成本和提高实用性利用FPGA芯片剩余的资源实现了对PS/2键盘鼠标接口的控制，应用到系统中，大大提高了人机交互能力；通过比较分析目前比较流行的几种嵌入式GUI图形设计工具的优缺点，结合课题的实际情况选择了MiniGUI作为课题图形界面的开发。根据具体要求设计了适合测量仪器方面上使用的人机交互界面，并且移植到了ARM平台上，给测量仪器的使用提供了更好的交互操作。 本课题完成了嵌入式Linux开发环境的建立，针对课题实际硬件电路设计修改移植了bootloader，裁减移植了内核以及根文件系统的建立；设计了FPGA内部硬件电路，解决了接口中ARM与FPGA时序不匹配的问题，实现了ARM与FPGA之间的高速数据采集；设计了高速采集接口在嵌入式Linux下的驱动程序以及中断传输和应用程序；合理设计了适合测量仪器使用的人机交互界面，并巧妙设计了PS/2键盘鼠标接口，进一步提高了交互操作。
上传时间： 2013-06-21
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嵌入式系统在众多工业领域扮演着越来越重要的角色，但是因嵌入式系统的资源受限缘故，导致在嵌入式系统上很难实现复杂计算算法。此外，当前嵌入式系统设计阶段和实现阶段的分离现状，致使嵌入式系统开发耗时且昂贵。为解决这些问题，本书提出了一种低成本、可重复使用且可重构的嵌入式系统设计与实现集成开发环境。为了减少成本，该集成环境全部是采用自由和开放源代码软件，如Linux操作系统和Scilab计算平台等。 本文主要包括以下内容： 1、构建嵌入式Linux开发环境及移植相关软件包到嵌入式ARM平台，首先详细的描述了如何使用Buildroot工具包制作交叉编译器，并描述Minicom、TFTP和NFS等嵌入式开发相关工具，最后详细的描述了如何移植嵌入式图形用户界面TinyX和嵌入式窗口管理器JWM。 2、构建Scilab-EMB嵌入式计算平台，首先介绍了数值计算软件Scilab，然后详细的描述了如何在ARM系统上实现Scilab-EMB嵌入式计算平台。 3、开发Scilab数据采集工具包，实现Scilab与底层设备通讯，该工具包PC版和ARM版均支持串口和以太网接口，且均支持Modbus现场总线。PC版额外支持OPC协议。 4、基于Scilab构建虚拟控制实验室，验证该平台的可行性及性能。 本文创新点： 1、国内外率先提出了一种新的以Scilab为核心的嵌入式计算平台方案，并在国内外首次实现了Scilab到ARM平台的移植； 2、开发了Scilab-DAQ数据采集工具包，有效的实现了Scilab与底层设备的通讯。 通过虚拟实验室的建立，验证了该嵌入式控制平台能够胜任多种复杂算法。 该嵌入式计算平台解决方案和Scilab-DAQ数据采集工具包已经受到国内外同行的关注，并被多家科研机构、学校和公司所采纳和使用。
标签： Scilab-EMB ARM-Linux 嵌入式 计算
上传时间： 2013-05-30
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以电子计算机为中心，以最佳统计理论为方法，将载体上的某些或全部的导航设备综合在一起，形成一个有机的统一整体，提高导航信息精度，扩大单一导航设备或系统的功能，这样的系统通称为组合导航系统。 本文以某校研制的综导显控台为工程背景，在对综导显控台进行需求分析的基础上提出了基于ARM-Linux平台的综导显控台的设计方案。在对系统软硬件平台给出了详细分析的基础上阐述了系统应用软件设计的思想和基本原则，然后对应用软件的任务进行了详细的划分并完成了系统的相关软件设计。研究了基于ARM-Linux平台的综合导航显控台的CAN总线、串口通信、以太网接口通信技术并完成了相应的软件。 本文对嵌入式系统软硬件开发技术作了详细而深入的研究，介绍了嵌入式系统的组成原理及特点。深入研究了嵌入式实时操作系统Linux及linux环境下应用程序的开发，包括linux下设备驱动程序的开发、符合硬件环境的系统引导程序Bootloader和文件系统的、Linux内核的裁剪和移植、嵌入式GUI的开发。依照软件工程学的一般流程对综导显控台从分析、设计、实现进行完整的论述。最后从系统运行的情况来看本论文所设计的基于ARM-Linux的综导显控台基本上满足了用户系统的要求，提高了组合导航系统的实时性。
上传时间： 2013-07-05
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