現場可編程門陣列(FPGA)的發展已經有二十多年，從最初的1200門發展到了目前數百萬門至上千萬門的單片FPGA芯片。現在，FPGA已廣泛地應用于通信、消費類電子和車用電子類等領域，但國內市場基本上是國外品牌的天下。 在高密度FPGA中，芯片上時鐘分布質量變的越來越重要，時鐘延遲和時鐘偏差已成為影響系統性能的重要因素。目前，為了消除FPGA芯片內的時鐘延遲，減小時鐘偏差，主要有利用延時鎖相環(DLL)和鎖相環(PLL)兩種方法，而其各自又分為數字設計和模擬設計。雖然用模擬的方法實現的DLL所占用的芯片面積更小，輸出時鐘的精度更高，但從功耗、鎖定時間、設計難易程度以及可復用性等多方面考慮，我們更愿意采用數字的方法來實現。 本論文是以Xilinx公司Virtex-E系列FPGA為研究基礎，對全數字延時鎖相環(DLL)電路進行分析研究和設計，在此基礎上設計出具有自主知識產權的模塊電路。 本文作者在一年多的時間里，從對電路整體功能分析、邏輯電路設計、晶體管級電路設計和仿真以及最后對設計好的電路仿真分析、電路的優化等做了大量的工作，通過比較DLL與PLL、數字DLL與模擬DLL，深入的分析了全數字DLL模塊電路組成結構和工作原理，設計出了符合指標要求的全數字DLL模塊電路，為開發自我知識產權的FPGA奠定了堅實的基礎。 本文先簡要介紹FPGA及其時鐘管理技術的發展，然后深入分析對比了DLL和PLL兩種時鐘管理方法的優劣。接著詳細論述了DLL模塊及各部分電路的工作原理和電路的設計考慮，給出了全數字DLL整體架構設計。最后對DLL整體電路進行整體仿真分析，驗證電路功能，得出應用參數。在設計中，用Verilog-XL對部分電路進行數字仿真，Spectre對進行部分電路的模擬仿真，而電路的整體仿真工具是HSIM。 本設計采用TSMC0.18μmCMOS工藝庫建模，設計出的DLL工作頻率范圍從25MHz到400MHz，工作電壓為1.8V，工作溫度為-55℃～125℃，最大抖動時間為28ps，在輸入100MHz時鐘時的功耗為200MW，達到了國外同類產品的相應指標。最后完成了輸出電路設計，可以實現時鐘占空比調節，2倍頻，以及1.5、2、2.5、3、4、5、8、16時鐘分頻等時鐘頻率合成功能。
上傳時間： 2013-06-10
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正交頻分復用(OFDM)技術是一種多載波數字調制技術，具有頻譜利用率高、抗多徑干擾能力強、成本低等特點，適合無線通信的高速化、寬帶化及移動化的需求，將成為下一代無線通信系統(4G)的核心調制傳輸技術。 本文首先描述了OFDM技術的基本原理。對OFDM的調制解調以及其中涉及的特性和關鍵技術等做了理論上的分析，指出了OFDM區別于其他調制技術的巨大優勢；然后針對OFDM中的信道估計技術，深入分析了基于FFT級聯的信道估計理論和基于聯合最大似然函數的半盲分組估計理論，在此基礎上詳細研究描述了用于OFDM系統的迭代的最大似然估計算法，并利用Matlab做了相應的仿真比較，驗證了它們的有效性。 而后，在Matlab中應用Simulink工具構建OFDM系統仿真平臺。在此平臺上，對OFDM系統在多徑衰落、高斯白噪聲等多種不同的模型參數下進行了仿真，并給出了數據曲線，通過分析結果可正確評價OFDM系統在多個方面的性能。 在綜合了OFDM的系統架構和仿真分析之后，設計并實現了基于FPGA的OFDM調制解調系統。首先根據802.16協議和OFDM系統的具體要求，設定了合理的參數；然后從調制器和解調器的具體組成模塊入手，對串/并轉換，QPSK映射，過采樣處理，插入導頻，添加循環前綴，IFFT/FFT，幀同步檢測等各個模塊進行硬件設計，詳細介紹了各個模塊的設計和實現過程，并給出了相應的仿真波形和參數說明。其中，針對定點運算的局限性，為系統設計并自定義了24位的浮點運算格式，參與傅立葉反變換和傅立葉變換的運算，在系統參數允許的范圍內，充分利用了有限資源，提高了系統運算精度；然后重點描述了基于FPGA的快速傅立葉變換算法的改進、優化和設計實現，針對原始快速傅立葉變換FPGA實現算法運算空閑時間過多，資源占用較大的問題，提出了帶有流水作業功能、資源占用較少的快速傅立葉變換優化算法設計方案，使之運用于OFDM基帶處理系統當中并加以實現，結果滿足系統參數的需求。最后以理論分析為依據，對整個OFDM的基帶處理系統進行了系統調試與性能分析，證明了設計的可行性。 綜上所述，本文完成了一個基于FPGA的OFDM基帶處理系統的設計、仿真和實現。本設計為OFDM通信系統的進一步改進提供了大量有用的數據。
上傳時間： 2013-07-25
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目前，許多高校在機房管理上使用了IC 卡，其中少數機房是使用接觸式IC卡，眾所周知，接觸式IC 卡在可靠性、易用性、安全性、高抗干擾性和工作距離方面不及非接觸式IC 卡，因此很多接觸式IC 卡基本已被非接觸式IC 卡取代。 經過調研發現，使用IC 卡的機房管理系統的基本工作方式是每個機房中配置了1個IC 卡讀寫終端和1 臺監控機。IC 卡讀卡終端只是一個普通的讀卡器，只負責讀取卡內信息，并通過串口等通信方式將IC 卡信息傳輸給監控機，讀卡終端本身沒有信息存儲功能，實際的計費管理完全是通過監控計算機控制，監控計算機向中心服務器端定時或實時傳輸刷卡信息。由于整個系統要占用一臺微機，而且中間的信息傳遞、計費環節都要由它來完成，不僅浪費資源，而且也增加了安全隱患。在這種工作模式下，會出現一些問題和漏洞： 1) 可靠性不高由于讀卡設備與監控計算機之間的信息傳輸只是暫時保存在監控計算機中，如果監控計算機遭到病毒襲擊或者出現硬件故障，將出現無法挽回的后果。而且由于學生信息都保存在監控計算機中，因此存在著人為偽造、篡改和徇私舞弊行為的極大可能。 2) IC卡的特點未完全體現IC卡除了能標識身份外，還有電子錢包功能，能對其進行充值和扣款，但是上述方法基本上IC卡只用做標識身份，實際的每次扣款，都是由監控計算機和中心服務器來完成，基本與讀卡設備無關。 3) 不方便學生上機和收費管理學生每次上機刷卡，都要由監控計算機連接中心服務器端，由中心服務器端讀出學生信息，進行核對，而且對學生的扣款需要額外的計算機軟件來進行計時和計費處理，顯得比較繁瑣。 鑒于以上問題，為提高機房管理效率，降低工作強度，并及時處理機房發生的故障，采用機房計費管理系統勢在必行。如果能在讀卡終端設備中完成計費的大部分功能，并且增加存儲功能，這樣就可以減少監控計算機的負擔，甚至讀卡終端設備可以直接與中心服務器通信，不僅能增加系統的可靠性和安全性而且還充分利用了IC 卡的功能，還降低了財務統計和計算帶來的麻煩。 目前已經應用于機房管理的解決方案主要有3種方式，即:軟硬件結合控制方式、帳號方式和門禁方式。鑒于設計要求，并且考慮到安全、可靠、簡單等因素，如果在軟硬件結合控制方式中，把更多的任務交由讀卡終端，比如由讀卡終端來存儲數據、計費管理，同時如果讀卡終端能實現TCP/IP 通信，那么監控計算機的任務就大大降低，甚至可以由讀卡終端直接與中心服務器通信。就減少了一些不必要的麻煩和安全風險。本論文的設計就是基于這一點來進行的。 本系統要求數據傳輸穩定可靠，實時性要好，另外考慮到性價比等因素，綜合考慮選擇將μC/OS-II 操作系統移植到ARM7 上作為開發平臺。在此平臺基礎上，考慮到TCP/IP協議棧的實現與要采用的硬件的性能以及實現的成本有關。從解決這一技術問題出發，結合本論文研究的應用對象，決定使用嵌入式操作系統，此種方案可以描述為嵌入式TCP/IP協議棧＋嵌入式操作系統＋微控制器。 本文介紹了一種基于ARM7的IC 卡機房管理終端的設計方案。該系統在ARM7的基礎上實現了μC/OS-Ⅱ操作系統的移植和TCP/IP協議棧的嵌入，能夠正確讀寫IC 卡信息，增加了SD 卡存儲功能，完成計費操作，實現液晶顯示功能，能夠通過以太網或串口直接與服務器通信。 本文詳細介紹了整個機房管理系統終端的硬軟件設計，給出了嵌入式操作系統μC/OS-Ⅱ在ARM7 處理器上的詳細移植過程，介紹了一種TCP/IP協議棧和基于套接字的編程方法，同時也提供了一種多卡操作的防沖突機制。 同目前大多數機房管理系統相比，該系統有如下特點： 1) 由于使用了嵌入式操作系統μC/OS-Ⅱ，提高了系統的實時性和反應時間，任務管理和調度更加方便有效。 2) 由讀卡終端來進行計費操作，降低了服務器端的工作壓力，同時降低了安全風險。 3) 增加了數據存儲功能，提高了系統的可靠性，有利于數據的查詢和故障的恢復。 4) 增加了對無效卡、注銷卡和欠費卡的判斷與處理，對惡意操作或者有意或者無意的逃費操作采取了積極有效的措施。 5) 以太網通信克服了以往串口通信的傳輸距離短、傳輸速率慢等缺點，使得通信更加方便、高效，并且可以進行遠距離傳輸和控制。
上傳時間： 2013-07-09
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無刷直流電機具有輸出轉矩大、調速性能好、運行可靠等一系列優點，具有廣泛的應用前景，其傳統的理論分析及設計方法已經比較成熟。它的進一步推廣和應用，在很大程度上有賴于對其控制策略的研究。本文主要研究了無刷直流電機的速度控制問題。 無刷直流電機是一種多變量和非線性的控制系統，傳統的控制方法很難滿足對它的精確控制。近代模糊控制理論在無刷直流電機的控制中得到了廣泛的應用，提高了控制系統的性能。但是，在模糊控制器控制規則優化和參數在線調整方面還存在著許多不足。針對這些問題，本文提出了一種使用遺傳算法優化的模糊控制器，并且應用到無刷直流電機的控制中。系統采用雙閉環控制，內環采用電流負反饋對電機轉矩進行調節；外環應用模糊控制器進行速度控制，通過遺傳算法離線優化模糊控制規則和在線調節模糊控制器的參數以提高系統的動態性能。同時本文使用Matlab和電機仿真軟件VisSim對無刷直流電機的速度控制進行了軟件仿真。 數字信號處理器(DSP)是一種高速的信號處理芯片，近幾年在電機控制領域得到了廣泛的應用。本文以TI公司的TMS320LF2407控制器為基礎，介紹了DSP在無刷直流電機控制中常用的應用技術。同時為了降低系統開發設計的復雜性，提高控制系統的可靠性以及軟件開發的快速性，本文將嵌入式操作系統移植到DSP中，并在該操作平臺上開發出高效的控制算法。 實驗結果表明，通過遺傳算法優化的模糊控制器對無刷直流電機模型的不確定性和負載變化具有較強的適應性和魯棒性，而且控制系統具有較好的動態性能。
上傳時間： 2013-06-12
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本文介紹一種多通道的 12 位串行A/D 轉換器TLV2543 的功能特點和工作過程，討論了軟件編程輸入數據對器件工作方式的選擇，簡要敘述了器件時的工作時序，并給出TLV2543 與8
上傳時間： 2013-07-23
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表面粗糙度是機械加工中描述工件表面微觀形狀重要的參數。在機械零件切削的過程中，刀具或砂輪遺留的刀痕，切屑分離時的塑性變形和機床振動等因素，會使零件的表面形成微小的蜂谷。這些微小峰谷的高低程度和間距狀況就叫做表面粗糙度，也稱為微觀不平度。表面粗糙度的測量是幾何測量中的一個重要部分，它對于現代制造業的發展起了重要的推動作用。世界各國競相進行粗糙度測量儀的研制，隨著科學技術的發展，各種各樣的粗糙度測量系統也競相問世。對于粗糙度的測量，隨著技術的更新，國家標準也一直在變更。最新執行的國家標準(GB/T6062-2002)，規定了粗糙度測量的參數，以及制定了觸針式測量粗糙度的儀器標準[1]。 隨著新國家標準的執行，許多陳舊的粗糙度測量儀已經無法符合新標準的要求。而且生產工藝的提高使得原有方案的采集精度和采集速度，滿足不了現代測量技術的需要。目前，各高校公差實驗室及大多數企業的計量部門所使用的計量儀器(如光切顯微鏡、表面粗糙度檢查儀等)只能測量單項參數，而能進行多參數測量的光電儀器價格較貴，一般實驗室和計量室難以購置。因此如何利用現有的技術，結含現代測控技術的發展，職制出性能可靠的粗糙度測量儀，能有效地降低實驗室測量儀器的成本，具有很好的實用價值和研究意義。 基于上述現狀，本文在參考舊的觸針式表面粗糙度測量儀技術方案的基礎上，提出了一種基于ARM嵌入式系統的粗糙度測量儀的設計。這種測量儀采用了先進的傳感器技術，保證了測量的范圍和精度；采用了集成的信號調理電路，降低了信號在調制、檢波、和放大的過程中的失真；采用了ARM處理器，快速的采集和控制測量儀系統；采用了強大的PC機人機交互功能，快速的計算粗糙度的相關參數和直觀的顯示粗糙度的特性曲線。 論文主要做了如下工作：首先，論文分析了觸針式粗糙度測量儀的發展以及現狀；然后，詳細敘述了系統的硬件構成和設計，包括傳感器的原理和結構分析、信號調理電路的設計、A/D轉換電路的設計、微處理器系統電路以及與上位機接口電路的設計。同時，還對系統的數據采集進行了研究，開發了相應的固件程序及接口程序，完成數據采集軟件的編寫，并且對表面粗糙度參數的算法進行程序的實現。編寫了控制應用程序，完成控制界面的設計。最終設計出一套多功能、多參數、高性能、高可靠、操作方便的表面粗糙度測量系統。
上傳時間： 2013-04-24
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正交頻分復用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技術是一種多載波傳輸技術，它的基本思想是在頻域內將給定信道劃分成幾個相互正交的子信道，每個子信道使用一個子載波進行調制，各子載波并行傳輸。該技術可以有效提高頻譜利用率，能夠對抗多徑效應產生的頻率選擇性衰弱和載波間干擾，在時變、頻變、多徑干擾嚴重的水聲信道中具有較強的優勢。 隨著計算機和多媒體通信技術的發展，嵌入式系統在各個領域的應用不斷深入。其中，基于ARM技術知識產權(IP)核的微處理器依靠其高性能、低功耗和易擴展的特點，在工業控制、無線通信、消費電子等多個領域得到廣泛的應用；隨著嵌入式系統復雜度的提高，操作系統已成為嵌入式系統不可缺少的一部分。其中，嵌入式Linux憑借免費開源、功能強大、成熟穩定等特點，目前已成為主要的嵌入式操作系統之一。 數字信號處理器(Digital Signal Processor，DSP)具有很強的數字信號處理能力，可以滿足各種高實時要求，但其尋址范圍小，I/O功能較差。ARM+DSP雙處理器的結構可以充分利用ARM和DSP各自的優勢實現協同工作。 本論文的主要工作是研究和實現一個基于OFDM技術的由ARM+DSP硬件平臺實現的能夠完成水下聲信道圖像傳輸的系統。主要研究內容包括OFDM系統的基本原理、ARM+DSP底層硬件的驅動和控制，Linux操作系統的移植、MiniGUI人機界面的設計、相關應用軟件的編寫以及在TMS320VC5502上初步實現OFDM的調制解調，以期對今后水下圖像傳輸系統的實現能具有較大的參考價值。
上傳時間： 2013-05-20
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CAN-bus(Corltroller Area Network)即控制器局域網，是國際上應用最廣泛的現場總線之一。它是一種多主方式的串行通訊總線，在工業控制通訊方面擁有高位速率，高抗電磁干擾性，而且能夠檢測出產生的任何錯誤。作為一種靈活，可靠的通訊系統，CAN總線已被廣泛運用于各個工業控制現場。 基于FPGA+DSP的CAN總線通訊系統設計主要目標是完成CAN總線的多節點可靠高速性傳輸，通過各節點之間的數據通信以及結點處理單元內部對數據的處理實現整個通信系統間各個單元的協同工作。 本論文中的 CAN 總線通訊系統是完成紅外目標探測系統和控制系統與圖像處理系統的實時通信，其硬件部分采用 DSP+FPGA 作為核心通訊處理單元，通過對 DSP硬件編程和FPGA邏輯模塊的設計實現了在處理單元外部CAN總線多節點之間的信息可靠性傳輸以及處理單元內部DSP和FPGA基于SPI的串行通信，從而完成了在FPGA中對CAN總線數據的處理和運用。
上傳時間： 2013-05-23
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正交頻分復用(OFDM)技術是一種多載波數字調制技術，它具有頻譜利用率高、抗多徑能力強等特點，在寬帶無線多媒體通信領域中受到了廣泛的關注。 OFDM系統可分為連續工作模式和突發工作模式。在IEEE802.11a、HiperLANType2等無線局域網標準中采用了OFDM的突發工作模式，該模式下的接收機首先對符合某種特定格式的幀做出檢測。本文介紹了一種基于最小錯誤概率準則的幀檢測算法，提出了該算法的FPGA實現方案。 同步技術是OFDM最關鍵的技術之一，它包括載波頻率同步和符號同步。載波頻率同步是為了糾正接收端相對于發送端的載波頻率偏移，以保證子載波間的正交性；符號同步確定OFDM符號有用數據信息的開始時刻，也就是確定FFT窗的開始時刻。本文首先介紹了一種基于自相關的載波頻率同步算法，給出了它的FPGA實現方案，重點講述了其中用到的Cordic算法及其實現；然后介紹了分別基于互相關和自相關的兩種符號同步算法，給出了各自的FPGA實現方案，從實現的角度比較了兩種算法的優缺點，并且在FPGA設計中體現了面積復用和流水線操作的設計思想。 文章最后介紹了系統調試的情況，總結出一種ChipScopePro與Matlab相結合的調試方法，該方法在FPGA調試方面具有一定的通用性。
上傳時間： 2013-07-16
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正交頻分復用(OFDM)技術是一種多載波數字調制技術，具有頻譜利用率高、抗多徑干擾能力強、成本低等特點，適合無線通信的高速化、寬帶化及移動化的需求，將成為下一代無線通信系統(4G)的核心調制傳輸技術。 本文首先描述了OFDM技術的基本原理。對OFDM的調制解調以及其中涉及的特性和關鍵技術等做了理論上的分析，指出了OFDM區別于其他調制技術的巨大優勢；然后針對OFDM中的信道估計技術，深入分析了基于FFT級聯的信道估計理論和基于聯合最大似然函數的半盲分組估計理論，在此基礎上詳細研究描述了用于OFDM系統的迭代的最大似然估計算法，并利用Matlab做了相應的仿真比較，驗證了它們的有效性。 而后，在Matlab中應用Simulink工具構建OFDM系統仿真平臺。在此平臺上，對OFDM系統在多徑衰落、高斯白噪聲等多種不同的模型參數下進行了仿真，并給出了數據曲線，通過分析結果可正確評價OFDM系統在多個方面的性能。 在綜合了OFDM的系統架構和仿真分析之后，設計并實現了基于FPGA的OFDM調制解調系統。首先根據802.16協議和OFDM系統的具體要求，設定了合理的參數；然后從調制器和解調器的具體組成模塊入手，對串/并轉換，QPSK映射，過采樣處理，插入導頻，添加循環前綴，IFFT/FFT，幀同步檢測等各個模塊進行硬件設計，詳細介紹了各個模塊的設計和實現過程，并給出了相應的仿真波形和參數說明。其中，針對定點運算的局限性，為系統設計并自定義了24位的浮點運算格式，參與傅立葉反變換和傅立葉變換的運算，在系統參數允許的范圍內，充分利用了有限資源，提高了系統運算精度；然后重點描述了基于FPGA的快速傅立葉變換算法的改進、優化和設計實現，針對原始快速傅立葉變換FPGA實現算法運算空閑時間過多，資源占用較大的問題，提出了帶有流水作業功能、資源占用較少的快速傅立葉變換優化算法設計方案，使之運用于OFDM基帶處理系統當中并加以實現，結果滿足系統參數的需求。最后以理論分析為依據，對整個OFDM的基帶處理系統進行了系統調試與性能分析，證明了設計的可行性。 綜上所述，本文完成了一個基于FPGA的OFDM基帶處理系統的設計、仿真和實現。本設計為OFDM通信系統的進一步改進提供了大量有用的數據。
上傳時間： 2013-04-24
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