數字存儲示波器在儀器儀表領域中占有重要的地位,應用范圍相當廣泛,所以對示波器的研制有重要的理論和實際意義。本文針對數字存儲示波器的設計進行了深入的研究,旨在研制出100MHz帶寬的數字存儲示波器。 從各個方面考慮,選用了DSP、FPGA和單片機的方案來設計整個系統。整個系統采用單通道的方式。信號進來首先經過前端的調理電路把信號電壓調整到AD的輸入電壓范圍之內,這里調理電路主要是由信號衰減電路和信號放大電路所組成。調理后的信號再送到AD變換電路里面完成信號的數字化。然后把AD轉換后的數據送到FPGA中,并把數據保存到FPGA中的FIFO中,FPGA中的電路主要包括有FIFO、觸發系統、峰值檢測、時基電路等。 DSP處理器主要是用來從FIFO中提取數據并進行相應的處理。因為DSP運算速度快,所以本文利用DSP來完成濾波和波形重建的時候的插值算法等功能。然后DSP利用其多緩沖串口把數據送到單片機,單片機把從DSP中發送過來的數據顯示到LCD上,同時利用單片機來管理鍵盤等功能。在軟件方面主要完成了程序的一些初始化驅動,比如說是FLASH驅動、LCD驅動、DSP串口初始化、FPGA初始化等相關工作。 由于本文采用FPGA,使得數字存儲示波器的設計比較靈活,容易升級。可以根據自己的需要進行相關的改進,例如對外圍電路做進一步地擴展。
上傳時間: 2013-04-24
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作為電子類專業學生,實驗是提高學生對所學知識的印象以及發現問題和解決問題的能力,增加學生動手能力的必須環節。本設計的目的就是開發一套滿足學生實驗需求的信號源,基于此目的本信號源并不需要突出的性能,但經濟上要求低成本,同時要求操作簡單,能夠輸出多種波形,并且利于學生在此平臺上認識信號源原理,同時方便在此平臺上進行拓展開發。 設計中運用虛擬儀器技術將計算機屏幕作為儀器面板,采用EPP接口,同時在FPGA上開發控制電路,為后續開發留下了空間,同時節省了成本。本設計采用地址線16位,數據線12位的靜態RAM作為信號源的波形存儲器,后端采用兩種濾波類型對需要濾波的信號進行濾波。啟動信號時軟件需要先將波形數據預存在存儲器中便于調用,最后得到的結果基本滿足教學實驗的需求。 本文結構上首先介紹了直接采用DDS芯片制作信號源的利弊,及作者采用這種設計的初衷,然后介紹了信號源的整體結構,總體模塊。以下章節首先介紹FPGA內部設計,包括總體結構和幾大部分模塊,包括:時鐘產生電路,相位累加器,數據輸入控制電路,濾波器控制電路,信號源啟動控制電路。 然后介紹了其他模塊的設計,包括存儲器選擇,幅度控制電路的設計以及濾波器電路的設計,本設計的幅度控制采用兩級DA級聯,以及后端電阻分壓網絡調節的方式進行設計,提高了幅度調節的范圍。對于濾波器的設計,依據不同的信號頻率,分成了4個部分,對于500K以下的信號采用的是二階巴特沃斯有源低通濾波,對于500K以上至5M以下信號采用的五階RC低通濾波器。 在軟件設計部分,分成兩個部分,對于底層驅動程序采用以Labwindows/CVI為平臺進行開發,利用其編譯和執行速度快,并且和LabVIEW能夠很好連接的特性。對于上層控制軟件,采用以LabVIEW為平臺進行開發,充分利用其圖化設計,易于擴展。 論文最后對所做工作進行了總結,提出了進一步改進的方向。
上傳時間: 2013-04-24
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自20世紀90年代以來,隨著計算機技術、超大規模集成電路技術和通信及網絡技術的發展,微機保護和測控裝置的性能得到大幅提升,以此為基礎的變電站自動化系統在我國的電力系統中得到長足的發展和廣泛的應用。 @@ 為增加產品的市場競爭力,電力系統二次設備生產廠商緊跟市場需求,將各種具有高性價比的新型處理器芯片和外圍芯片大量應用到變電站自動化系統的保護、測控裝置上,如32位CPU、數字信號處理芯片DSP、高速高精度A/D轉換芯片、大容量Flash存儲芯片、可編程邏輯器件CPLD、FPGA等。這些功能強大的器件的應用使保護測控裝置在外形上趨于小型化集成化,而在功能上則較以前有顯著提升。同時,各種成熟的商用嵌入式實時操作系統的采用使處理器的性能得到充分發揮,裝置通信、數據存儲及處理能力更強,性能大幅提高,程序移植升級更加方便快捷。 @@ 本論文以現階段國內外變電站自動化系統測控技術為參考,根據變電站自動化系統的發展趨勢和要求,研究一種基于ARM和FPGA技術并采用嵌入式實時操作系統的高性能測控裝置,并給出硬軟件設計。 @@ 裝置硬件采用模塊化設計,按照測控裝置基本功能設計插件板。分為主CPU插件、交流采樣插件、遙信采集插件、遙控出口插件、直流采樣及輸出插件。除主CPU插件,其他插件的數量可以根據需要任意增減,滿足不同用戶的需求。 @@ 裝置主CPU采用目前先進的基于ARM技術的微處理器AT91RM9200,通過數據、地址總線和其他插件板連接,構成裝置的整個系統。交流采樣插件采用FPGA技術,利用ALTERA公司的FPGA芯片EP1K10實現交流采樣的控制,降低了CPU的負擔。 @@ 軟件采用Vxworks嵌入式實時操作系統,增加了系統的性能。以任務來管理不同的軟件功能模塊,利于裝置軟件的并行開發和維護。 @@關鍵詞:測控裝置;嵌入式實時操作系統;ARM;現場可編程門陣列
上傳時間: 2013-04-24
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現代通信朝著全網IP化的進程逐步發展,越來越多的通信需要IP路由查找;同時光纖技術的發展,使得比特速率達到了20Gbps,路由技術成了整個通信系統的瓶頸,迫切需要一種具有高查找性能,低成本的路由算法,能夠適應大規模應用。 本文研究了一種高性能、低成本的路由算法。在四分支并行路由查找算法的基礎上,實現了雙分支并行,每個分支流水查找的16-8-8路由算法。該算法由三級表構成,長度小于16的前綴通過擴展成為長度16的前綴存儲在第一級表中;長度小于24位的前綴通過擴展成為長度24的前綴存儲在前兩級表中;長度大于24的前綴則通過專門的存儲空間進行存儲。將IP路由的二維查找轉化為一維精確查找,每次查找最多訪問存儲器3次,就可以查得下一跳的路由信息。使用Verilog語言實現了本文提出的算法,并對算法進行了功能仿真。為了實現低成本,該算法采用了FPGA和SSRAM的硬件結構實現。 功能仿真表明本文設計的算法查找速度能適應20Gbps的接口轉發速率。
上傳時間: 2013-04-24
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溫濕度是影響糧食儲藏的重要參數,兩者之間是相互關聯的,溫濕度控制不好必然引起糧食發熱和霉變,且極易產生連鎖反應,從而造成難以挽回的損失。溫濕度的控制直接影響到糧食存儲系統的性能。岡此,糧食溫濕度測控技術在農業上的應用是十分重要的。本文研究基于FPGA的糧倉溫濕度監制系統。 設計了基于FPGA的糧倉溫濕度監控系統,該系統主要由溫濕度傳感器、控制電路、單片機和上位機構成。單片機主要完成溫度數據的采集和上位機的通訊;控制電路基于FPGA進行設計,主要負責采集濕度信息,計算溫濕度偏差及其變化率,通過調用模糊控制算法對溫濕度進行模糊控制,單片機通過RS485總線和上位機進行串口通信,使上位機能夠實時記錄,顯示溫濕度變化值和控制過程曲線。該系統實現了糧倉內溫濕度的實時監測,使管理人員可以實時掌控糧倉內的溫濕度情況。 采用FPGA設計控制電路簡化了系統的組成和外圍數字電路,易于系統擴展和升級,內部集成了信號處理、控制、檢測電路,減少了系統的體積,縮短了開發周期,大大增強了系統的可靠性;配合功率驅動、電源等外圍電路,完成信號采集、處理和控制等功能,節省了開發成本,使糧倉溫濕度控制系統更加集成化。這也恰恰更加符合當今電子產品高精度,集成化的要求。 系統采用直接輸出數字量的DS1820溫度傳感器和濕度傳感器HS1101并將HS1101與555定時器組成振蕩電路,其輸出為頻率脈沖信號,與濕度值成線性關系,該頻率脈沖信號可直接送入FPGA進行計數,這樣溫濕度傳感器輸出的信號都沒有經過放大、A/D轉換,進一步減少了測量誤差。控制電路采用了VHDL硬件描述語言進行編寫。本裝置已作出實樣,通過了調試,已達到預期效果。
上傳時間: 2013-06-16
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本項目完成的是基于中國“數字電視地面廣播傳輸系統幀結構、信道編碼和調制”國家標準的發射端系統FPGA設計與實現。在本設計中,系統采用了Stratix系列的EP1S80F1020C5 FPGA為基礎構建的主硬件處理平臺。對于發射端系統,數據處理部分的擾碼器(隨機化)、前向糾錯編碼(FEC)、符號星座映射、符號交織、系統信息復用、頻域交織、幀體數據處理(OFDM調制)、同步PN頭插入、以及信號成形4倍插值滾降濾波器(SRRC)等各模塊都是基于FPGA硬件設計實現的。其中關鍵技術:TDS-OFDM技術及其和絕對時間同步的復幀結構、信號幀的頭和幀體保護技術、低密度校驗糾錯碼(LDPC)等,體現了國標的自主創新特點,為數字電視領域首次采用。其硬件實現,亦尚未有具體產品參考。 本文首先介紹了當今國內外數字電視的發展現狀,中國數字電視地面廣播傳輸國家標準的頒布背景。并對國標系統技術原理框架,發端系統的整體結構以及FPGA設計的相關知識進行了簡要介紹。在此基礎上,第三章重點、詳細地介紹了基于FPGA實現的發射端系統各主要功能模塊的具體結構設計,論述了系統中各功能模塊的FPGA設計和實現,包括設計方案、算法和結構的選取、FPGA實現、仿真分析等。第四章介紹了對整個系統的級連調試過程中,對系統結構進行的優化調整,并對級連后的整個系統的性能進行了仿真、分析和驗證。作者在項目中完成的工作主要有: 1.閱讀相關資料,了解并分析國標系統的技術結構和原理,分解其功能模塊。 2.制定了基于國標的發端系統FPGA實現的框架及各模塊的接口定義。 3.調整和改進了3780點IFFT OFDM調制模塊及滾降濾波器模塊的FPGA設計并驗證。 4.完成了擾碼器、前向糾錯編碼、符號星座映射、符號交織、系統信息復用、頻域交織、幀體數據處理、同步PN頭插入、以及信號成形4倍插值滾降濾波器等功能模塊的FPGA設計和驗證。 5.在系統級連調試中,利用各模塊數據結構特點,優化系統模塊結構。 6.完成了整個發射端系統FPGA部分的調試、分析和驗證。
上傳時間: 2013-04-24
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隨著圖像處理技術和投影技術的不斷發展,人們對高沉浸感的虛擬現實場景提出了更高的要求,這種虛擬顯示的場景往往由多通道的投影儀器同時在屏幕上投影出多幅高清晰的圖像,再把這些單獨的圖像拼接在一起組成一幅大場景的圖像。而為了給人以逼真的效果,投影的屏幕往往被設計為柱面屏幕,甚至是球面屏幕。當圖像投影在柱面屏幕的時候就會發生幾何形狀的變化,而避免這種幾何變形的就是圖像拼接過程中的幾何校正和邊緣融合技術。 一個大場景可視化系統由投影機、投影屏幕、圖像融合機等主要模塊組成。在虛擬現實應用系統中,要實現高臨感的多屏幕無縫拼接以及曲面組合顯示,顯示系統還需要運用幾何數字變形及邊緣融合等圖像處理技術,實現諸如在平面、柱面、球面等投影顯示面上顯示圖像。而關鍵設備在于圖像融合機,它實時采集圖形服務器,或者PC的圖像信號,通過圖像處理模塊對圖像信息進行幾何校正和邊緣融合,在處理完成后再送到顯示設備。 本課題提出了一種基于FPGA技術的圖像處理系統。該系統實現圖像數據的AiD采集、圖像數據在SRAM以及SDRAM中的存取、圖像在FPGA內部的DSP運算以及圖像數據的D/A輸出。系統設計的核心部分在于系統的控制以及數字信號的處理。本課題采用XilinxVirtex4系列FPGA作為主處理芯片,并利用VerilogHDL硬件描述語言在FPGA內部設計了A/D模塊、D/A模塊、SRAM、SDRAM以及ARM處理器的控制器邏輯。 本課題在FPGA圖像處理系統中設計了一個ARM處理器模塊,用于上電時對系統在圖像變化處理時所需參數進行傳遞,并能實時從上位機更新參數。該設計在提高了系統性能的同時也便于系統擴展。 本文首先介紹了圖像處理過程中的幾何變化和圖像融合的算法,接著提出了系統的設計方案及模塊劃分,然后圍繞FPGA的設計介紹了SDRAM控制器的設計方法,最后介紹了ARM處理器的接口及外圍電路的設計。
上傳時間: 2013-04-24
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文章開篇提出了開發背景。認為現在所廣泛應用的開關電源都是基于傳統的分立元件組成的。它的特點是頻率范圍窄、電力小、功能少、器件多、成本較高、精度低,對不同的客戶要求來“量身定做”不同的產品,同時幾乎沒有通用性和可移植性。在電子技術飛速發展的今天,這種傳統的模擬開關電源已經很難跟上時代的發展步伐。 隨著DSP、ASIC等電子器件的小型化、高速化,開關電源的控制部分正在向數字化方向發展。由于數字化,使開關電源的控制部分的智能化、零件的共通化、電源的動作狀態的遠距離監測成為了可能,同時由于它的智能化、零件的共通化使得它能夠靈活地應對不同客戶的需求,這就降低了開發周期和成本。依靠現代數字化控制和數字信號處理新技術,數字化開關電源有著廣闊的發展空間。 在數字化領域的今天,最后一個沒有數字化的堡壘就是電源領域。近年來,數字電源的研究勢頭與日俱增,成果也越來越多。雖然目前中國制造的開關電源占了世界市場的80%以上,但都是傳統的比較低端的模擬電源。高端市場上幾乎沒有我們份額。 本論文研究的主要內容是在傳統開關電源模擬調節器的基礎上,提出了一種新的數字化調節器方案,即基于DSP和FPGA的數字化PID調節器。論文對系統方案和電路進行了較為具體的設計,并通過測試取得了預期結果。測試證明該方案能夠適合本行業時代發展的步伐,使系統電路更簡單,精度更高,通用性更強。同時該方案也可用于相關領域。 本文首先分析了國內外開關電源發展的現狀,以及研究數字化開關電源的意義。然后提出了數字化開關電源的總體設計框圖和實現方案,并與傳統的開關電源做了較為詳細的比較。本論文的設計方案是采用DSP技術和FPGA技術來做數字化PID調節,通過數字化PID算法產生PWM波來控制斬波器,控制主回路。從而取代傳統的模擬PID調節器,使電路更簡單,精度更高,通用性更強。傳統的模擬開關電源是將電流電壓反饋信號做PID調節后--分立元器件構成,采用專用脈寬調制芯片實現PWM控制。電流反饋信號來自主回路的電流取樣,電壓反饋信號來自主回路的電壓采樣。再將這兩個信號分別送至電流調節器和電壓調節器的反相輸入端,用來實現閉環控制。同時用來保證系統的穩定性及實現系統的過流過壓保護、電流和電壓值的顯示。電壓、電流的給定信號則由單片機或電位器提供。再次,文章對各個模塊從理論和實際的上都做了仔細的分析和設計,并給出了具體的電路圖,同時寫出了軟件流程圖以及設計中應該注意的地方。整個系統由DSP板和ADC板組成。DSP板完成PWM生成、PID運算、環境開關量檢測、環境開關量生成以及本地控制。ADC板主要完成前饋電壓信號采集、負載電壓信號采集、負載電流信號采集、以及對信號的一階數字低通濾波。由于整個系統是閉環控制系統,要求采樣速率相當高。本系統采用FPGA來控制ADC,這樣就避免了高速采樣占用系統資源的問題,減輕了DSP的負擔。DSP可以將讀到的ADC信號做PID調節,從而產生PWM波來控制逆變橋的開關速率,從而達到閉環控制的目的。 最后,對數字化開關電源和模擬開關電源做了對比測試,得出了預期結論。同時也提出了一些需要改進的地方,認為該方案在其他相關行業中可以廣泛地應用。模擬控制電路因為使用許多零件而需要很大空間,這些零件的參數值還會隨著使用時間、溫度和其它環境條件的改變而變動并對系統穩定性和響應能力造成負面影響。數字電源則剛好相反,同時數字控制還能讓硬件頻繁重復使用、加快上市時間以及減少開發成本與風險。在當前對產品要求體積小、智能化、共通化、精度高和穩定度好等前提條件下,數字化開關電源有著廣闊的發展空間。本系統來基本上達到了設計要求。能夠滿足較高精度的設計要求。但對于高精度數字化電源,系統還有值得改進的地方,比如改進主控器,提高參考電壓的精度,提高采樣器件的精度等,都可以提高系統的精度。 本系統涉及電子、通信和測控等技術領域,將數字PID算法與電力電子技術、通信技術等有機地結合了起來。本系統的設計方案不僅可以用在電源控制器上,只要是相關的領域都可以采用。
上傳時間: 2013-06-29
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軟件無線電(Software Radio)具有高度靈活性、開放性,很容易實現與現有和未來多種電臺的兼容,能最大限度的滿足了互聯互通的要求。而基于多相濾波器組的信道化軟件無線電接收技術以其固有的全概率接收、降采樣速率以及其大幅提高運算速率的能力越來越受到重視。本文主要研究了基于現場可編程門陣列(FPGA)的軟件無線電信道化中頻接收技術設計與實現。 首先介紹了軟件無線電的基本概念以及其發展狀況,深入討論了軟件無線電的基本理論,主要介紹了設計中所用到的帶通采樣技術、信號的抽取技術與多相濾波技術。 然后簡要介紹了信道化中頻接收機的射頻(Radio Frequency,RF)前端接收技術,設置寬中頻超外差接收機射頻前端的設計指標,給出了改進的實信號濾波器組低通型實現結構,并依此推導和建立了實信號多相濾波器組信道化中頻接收機的數學模型。 最后基于EP1S80開發平臺實現了實信號多相濾波器組信道化的中頻接收機。給出了多相濾波器、抽取運算、FFT運算、信道劃分以及復乘運算的設計方案。仿真結果表明,該接收機能夠實現對中頻信號的正確接收,驗證了系統設計的可行性。
上傳時間: 2013-05-24
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本文研究的視頻處理系統是上海市科委技術攻關基金項目“計算機視覺及其芯片化實現”的一部分,主要完成計算機視覺系統的一些基本工作,即視頻圖像的采集、預處理和顯示等。 視頻圖像采集和預處理系統以Xilinx公司Virtex-ⅡPro系列的FPGA為核心控制器件,結合視頻模數轉換芯片和VGA顯示器,完成視頻圖像的實時采集、預處理和顯示。采集和顯示部分作為同外界交流信息的渠道,是構成計算機視覺系統必不可少的一部分;圖像預處理則是計算機視覺系統進行高層處理的基礎,優秀的預處理算法能有效改善圖像質量,提高系統分析判斷的準確性。 本文在介紹基于FPGA的視頻采集、預處理系統整體架構的基礎上,圍繞以下四個方面展開了工作: 1.研究并給出了兩種基于FPGA的設計方案用于實現YCrCb色度空間到RGB色度空間的轉換; 2.針對采集的視頻圖像,根據VGA顯示的要求,給出了一種實現圖像去隔行的方案; 3.分析了一系列圖像濾波的預處理算法,如均值濾波、中值濾波和自適應濾波等,在比較和總結各算法特點的基礎上,提出了一種新的適用于處理混合噪聲的濾波算法:混合自適應濾波法; 4.根據算法特點設計了多種采用FPGA實現的圖像濾波算法,并對硬件算法進行RTL級的功能仿真和驗證,還給出了各種濾波算法的實驗結果,在此基礎上對各種算法的效果進行直觀的比較。 文中,預處理算法的實現充分利用了FPGA的片內資源,體現了FPGA在圖像處理方面的特點及優勢。同時,視頻采集和顯示的控制模塊也由同一FPGA芯片實現,從而簡化了系統整體結構。視頻采集和預處理系統在FPGA上的成功實現為“計算機視覺及其芯片化實現”奠定了必要的基礎、提供了一定理論依據。
上傳時間: 2013-07-26
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