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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近年來，大容量數據存儲設備主要是機械硬盤，機械硬盤采用機械馬達和磁片作為載體，存在抗震性能低、高功耗和速度提升難度大等缺點。固態硬盤是以半導體作為存儲介質及控制載體，無機械裝置，具有抗震、寬溫、無噪、可靠和節能等特點，是目前存儲領域所存在問題的解決方案之一。本文針對這一問題，設計基于FPGA的固態硬盤控制器，實現數據的固態存儲。 文章首先介紹硬盤技術的發展，分析固態硬盤的技術現狀和發展趨勢，闡述課題研究意義，并概述了本文研究的主要內容及所做的工作。然后從分析固態硬盤控制器的關鍵技術入手，研究了SATA接口協議和NANDFLASH芯片特性。整體設計采用SOPC架構，所有功能由單片FPGA完成。移植MicroBlaze嵌入式處理器軟核作為主控制器，利用Verilog HDL語言描述IP核形式設計SATA控制器核和NAND FLASH控制器核。SATA控制器核作為高速串行傳輸接口，實現SATA1.0協議，根據協議劃分四層模型，通過狀態機和邏輯電路實現協議功能。NAND FLASH控制器核管理NANDFLASH芯片陣列，將NAND FLASH接口轉換成通用的SRAM接口，提高訪問效率。控制器完成NAND FLASH存儲管理和糾錯算法，實現數據的存儲和讀取。最后完成固態硬盤控制器的模塊測試和整體測試，介紹了測試方法、測試工具和測試流程，給出測試數據和結果分析，得出了驗證結論。 本文設計的固態硬盤控制器，具有結構簡單和穩定性高的特點，易于升級和二次開發，是實現固態硬盤和固態存儲系統的關鍵技術。
上傳時間： 2013-05-28
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互感器是電力系統中電能計量和繼電保護中的重要設備，其精度和可靠性與電力系統的安全性、可靠性和經濟運行密切相關。隨著電力工業的發展，傳統的電磁式互感器已經暴露出一系列的缺陷，電子式互感器能很好的解決電磁式互感器的缺點，電子式互感器逐步替代電磁式互感器代表著電力工業的發展方向。目前，國產的互感器校驗儀主要是電磁式互感器校驗儀，電子式互感器校驗儀依賴于進口。電子式互感器的發展，使得電子式互感器校驗儀的研制勢在必行。 本課題依據國際標準IEC60044-7、IEC60044-8和國內標準GB20840[1].7-2007、GB20840[1].8-2007，設計了電子式互感器檢驗儀。該校驗儀采用直接法對電子式互感器進行校驗，即同時測試待校驗電子式互感器和標準電磁式互感器二次側的輸出信號，比較兩路信號的參數，根據比較結果完成電子式互感器的校驗工作。論文首先介紹了電子式互感器結構及輸出數字信號的特征，然后詳細論述了電子式互感器校驗儀的硬件及軟件設計方法。硬件主要采用FPGA技術設計以太網控制器RTL8019的控制電路，以實現電子式互感器信號的遠程接收，同時設計A/D芯片MAX125的控制電路，以實現標準電磁式互感器模擬輸出的數字化。軟件主要采用FPGA的SOPC技術，研制了MAX125和RTL8019的IP核，在NiosIIIDE集成開發環境下，完成對硬件電路的底層控制，運用準同步算法和DFT算法開發應用程序實現對數字信號的處理。最終完成電子式互感器校驗儀的設計。 最后進行了相關的實驗，所研制的電子式互感器校驗儀對0.5準確級的電子式電壓互感器和0.5準確級電子式電流互感器分別進行了校驗，對其額定負荷的20％、100％、120％點做為測量點進行測量。經過對實驗數據的處理分析可知，校驗儀對電子式互感器的校驗精度滿足0.5％的比差誤差和20’的相位差。本課題的研究為電子式互感器校驗儀的研制工作提供了理論和實踐依據。
上傳時間： 2013-04-24
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可配置端口電路是FPGA芯片與外圍電路連接關鍵的樞紐，它有諸多功能：芯片與芯片在數據上的傳遞(包括對輸入信號的采集和輸出信號輸出)，電壓之間的轉換，對外圍芯片的驅動，完成對芯片的測試功能以及對芯片電路保護等。 本文采用了自頂向下和自下向上的設計方法，依據可配置端口電路能實現的功能和工作原理，運用Cadence的設計軟件，結合華潤上華0.5μm的工藝庫，設計了一款性能、時序、功耗在整體上不亞于xilinx4006e[8]的端口電路。主要研究以下幾個方面的內容： 1.基于端口電路信號寄存器的采集和輸出方式，本論文設計的端口電路可以通過配置將它設置成單沿或者雙沿的觸發方式[7]，并完成了Verilog XL和Hspiee的功能和時序仿真，且建立時間小于5ns和保持時間在0ns左右。和xilinx4006e[8]相比較滿足設計的要求。 2.基于TAP Controller的工作原理及它對16種狀態機轉換的控制，對16種狀態機的轉換完成了行為級描述和實現了捕獲、移位、輸出、更新等主要功能仿真。 3.基于邊界掃描電路是對觸發器級聯的構架這一特點，設計了一款邊界掃描電路，并運用Verilog XL和Hspiee對它進行了功能和時序的仿真。達到對芯片電路測試設計的要求。 4.對于端口電路來講，有時需要將從CLB中的輸出數據實現異或、同或、與以及或的功能，為此本文采用二次函數輸出的電路結構來實現以上的功能，并運用Verilog XL和Hspiee對它進行了功能和時序的仿真。滿足設計要求。 5.對于0.5μm的工藝而言，輸入端口的電壓通常是3.3V和5V，為此根據設置不同的上、下MOS管尺寸來調整電路的中點電壓，將端口電路設計成3.3V和5V兼容的電路，通過仿真性能上已完全達到這一要求。此外，在輸入端口處加上擴散電阻R和電容C組成噪聲濾波電路，這個電路能有效地抑制加到輸入端上的白噪聲型噪聲電壓[2]。 6.在噪聲和延時不影響電路正常工作的范圍內，具有三態控制和驅動大負載的功能。通過對管子尺寸的大小設置和驅動大小的仿真表明：在實現TTL高電平輸出時，最大的驅動電流達到170mA，而對應的xilinx4006e的TTL高電平最大驅動電流為140mA[8]；同樣，在實現CMOS高電平最大驅動電流達到200mA,而xilinx4006e的CMOS驅動電流達到170[8]mA。 7.與xilinx4006e端口電路相比，在延時和面積以及功耗略大的情況下，本論文研究設計的端口電路增加了雙沿觸發、將輸出數據實現二次函數的輸出方式、通過添加譯碼器將配置端口的數目減少的新的功能，且驅動能力更加強大。
上傳時間： 2013-07-20
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ARM嵌入式技術在工業和生活中正得到越來越廣泛的應用，為了適應技術的發展和社會的需求，滿足為社會培養創新型人才的需要，高校通信類和電子類專業開設ARM嵌入式技術相關課程及其實驗課程將成為趨勢。在課程中設置合理實驗，可以有效提高學生的動手能力和培養創新性思維，幫助學生更快、更好地掌握理論和應用技術。 論文設計的ARM嵌入式教學實驗系統包括一塊適合普通高校嵌入式技術實驗課程教學的實驗開發板及其配套的實驗。該實驗系統針對一般高校所開設的ARM嵌入式技術相關課程的要求而設計，配套實驗符合教學大綱及實驗課時的要求。 論文設計的實驗開發板主要組成模塊有：最小系統，包括控制器模塊、電源模塊、復位模塊、Flash ROM模塊、SDRAM模塊、JTAG接口等；擴展接口，包括LED、鍵盤、RS232串口、I2C接口、液晶模塊、以太網模塊等。實驗開發板采用S3C4510B網絡控制芯片用作控制和信號處理，使用網絡接口芯片DM9161和隔離變壓器H1102完成網絡接入，使用AM29LV160和HY57V641620HG構建16位存儲單元，使用AT24C01和PCF8583來構建I2C接口，使用MAX232完成TTL電平轉換以擴展RS232串口，并擴展鍵盤和LCD實現人機交互。實驗開發板的硬件設計充分考慮了一般高校實驗室的條件和需求，能夠較好地將成本控制在150元左右，有利于在有限的條件下為每個學生盡可能的創造動手制作PCB的實驗條件。實驗板的接口設計能夠讓學生較為方便地開展實驗，并考慮了實驗板擴展和二次開發的需要。 論文設計的實驗系統配套實驗主要有基礎實驗、擴展實驗和設計實驗。基礎實驗主要幫助學生熟悉嵌入式系統的片內資源和特殊功能寄存器的配置方法，對整個嵌入式系統的架構有一定的理解，能編程完成一些簡單的控制功能；擴展實驗主要幫助學生建立嵌入式系統開發和設計的基本理念，能夠設計和實現常見的外設驅動程序，能夠進行操作系統的配置和移植，能夠自行對實驗板進行一定程度的擴展；設計實驗能夠幫助學生提高嵌入式系統的設計開發能力，使學生能根據需要設計出實現一定功能的擴展模塊，從而使實驗板擴展成實現具體功能的工業產品。基礎實驗包括ADS集成環境實驗、鍵盤實驗（GPIO輸入）、LED實驗（GPIO輸出）、定時器實驗、外部中斷實驗、UART串口通信實驗、I2C接口實驗、液晶顯示實驗；擴展實驗包括建立交叉編譯環境實驗、操作系統編譯實驗、操作系統移植實驗、以太網通信實驗、TFTP實驗、WEB訪問實驗；設計實驗包括TCP/IP協議棧實驗、Web服務器實驗。學生通過完成基礎實驗、擴展實驗和設計實驗來達到教學大綱的要求，并可以在此基礎上進行更深入的創新性開發實驗，可以滿足一般高校嵌入式技術實驗課程教學的需要。 論文介紹了嵌入式交叉編譯環境的建立以及實驗開發板設計完成后進行的調試。實驗開發板移植的嵌入式操作系統為uClinux，采用的Bootloader為U-boot。論文還簡單介紹了實驗系統的擴展方案和二次開發方案，并對嵌入式新技術的發展做了粗淺的探討。 論文所做的工作以科學發展觀為指導，是對普通高校ARM嵌入式技術實驗課程設計的一次有益探索。
上傳時間： 2013-04-24
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21世紀是“信息世紀”，隨著人們生活水平的不斷進步，對于家居環境要求也日益增高。如何將信息產業的最新成果，應用于構建一個舒適和諧的家居環境，已日益引起人們的關注和重視。傳統的家庭電子電器類產品具有單個控制的特點，無法進一步構成網絡，和外界進行信息交互。“智能家居”概念的提出，改變了這種這種狀況。智能家居系統可以將相對獨立的電器產品“智能”地連接在一起，提供全方位信息交換功能，幫助家庭內部及外部實現信息暢通，從而優化生活環境，提高生活質量。 本文提出了一種基于GPRS網絡的以ARM和嵌入式Linux操作系統為基礎的家庭網關無線接入方案，能通過手機短信息對控制節點進行遠程控制，實時獲得當前圖像信息和家居環境的各項物理參數。 本文所做的主要工作為： 1．調研了國內外智能化家居系統的研究現狀和發展趨勢，并結合目前國內智能家居的發展特點，設計了基于嵌入式系統的智能家居監控系統。在設計中選用了ARM9 S3C2440處理器和嵌入式Linux操作系統，主要由基于ARM的主控模塊、GPRS短信發送模塊、基于nRF2401的無線（分）節點通信模塊幾個部分組成。 2．建立了嵌入式系統的平臺和開發環境。主要包括嵌入式Linux的裁減、設備驅動程序的編寫，交叉編譯和串口驅動的編寫，完成了USB驅動的移植。 3．在組網方式上選擇了nRF2401無線射頻模塊和GPRS模塊，完成了周邊器件的電路設計，實現了無線模塊的相互通信和信息傳輸。 4．實現了XMODOM協議，將圖片和物理信息傳送至GPRS模塊，并實現了彩信的MMS發送。 本文完成了智能家居監控系統的硬件設計和軟件設計，并進行了調試，驗證了所設計系統的有效性和實用性。實驗結果表明提出的監控系統設計方法是可行的，且整個系統具有良好的通用性和可擴展性。由于采用Linux作為嵌入式操作系統，符合嵌入式的發展潮流，方便了在該設計的基礎上進行二次開發和擴展。
上傳時間： 2013-04-24
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瞬變電磁法作為一種重要的地球物理探測方法，由于它在時間和空間上的可分性，使得這種方法簡單易行，信息豐富，精度較高，低成本，見效快，從而在礦藏勘探、鉆井和海洋勘探等領域得到了廣泛的應用。隨著接收儀器的數字化和智能化，發射功率的增大，數字模型計算正反演的應用，解釋水平的提高，瞬變電磁法可解決的地質問題不斷擴大，幾乎涉及了物探工作的各個領域：礦產勘探，構造探測，水文與工程、地質調查，環境調查與監測以及考古等。近年來，在找水、市政工程、土壤鹽堿化和污染調查、淺層石油構造填圖，以及礦井突水預測等領域都取得了良好效果。 瞬變電磁法探測系統包括發射機和接收機兩部分。接收機用作在噪聲中提取由發射機發射的一次場信號在地下導體中感應出的二次場信息，其信息反映了地下導體的電阻率差異，通過對該信息數據的處理了解探測目標的特性從而達到探測的目的。 瞬變電磁信號具有早期信號幅度大、衰減快，而中晚期信號幅度小、衰減慢的大動態范圍的特點。因此，必須設計出能適應這種瞬時變化快、動態范圍大數據信號要求的高性能數據采集系統。同時，瞬變電磁探測系統的工作環境大都是在野外，因此，為適應野外工作的需要，數據采集卡尤其要有較低的功耗。 本論文在總結其他數據采集系統設計的基礎上，提高采樣速率和采樣精度、采用分段放大技術避免放大飽和和實現對小信號的有效識別、改用ARM作為核心處理器實現對接收機的有效控制、改進USB2.0的實際傳輸速度、改用自適應濾波法等噪聲抑制方法組合實現抗干擾和噪聲濾除設計，成功設計和實現了一套基于ARM和USB2.0的瞬變電磁數據采集系統，該系統具有高性能，低功耗，抗干擾能力強，低成本的特點，已成功應用于瞬變電磁探測實踐，并取得良好效果，極大的滿足了瞬變電磁探測系統的需要。同時，該系統對于其他數據采集系統的設計具有一定的借鑒意義。
上傳時間： 2013-06-21
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目前運動控制主要有兩種實現方式,一是使用PLC加運動控制模塊來實現：二是使用PC加運動控制卡來實現。兩者各有優缺點,但兩者有以下共同的缺點：一是由于它們兒乎都是采用通用微控制器(MCU和DSP)來實現電機控制,由于受CPU速度的限制,以及CPU的多個進程同時處理,故無法在控制精度和控制速度比較高的場合中應用。二是它們的設計只是把運動控制部件當作系統的一個部分,如果要完成一個機械設備的完整控制,還需要輔助有其他的數字量/模擬量控制設備。這樣在提高了系統成本的同時,也降低了系統的可靠性。 論文設計了一種基于ARM+CPLD的高速運動控制器,該控制器采用高速的CPLD處理器來完成電機的閉環控制,輔助以NXP的32位ARM7TDMI處理器LPC231X來實現復雜的運動規劃,使得運動控制精度更高、速度更快、運動更加平穩；同時為系統擴展了常規運動控制卡不具備的通用I/O接口,除開4軸運動控制所需要的8點高速脈沖輸入和8點高速脈沖輸出外,系統具有24點數字量輸入(可選共陰或共陽),25點繼電器輸出,僅一臺這樣的專用設備就可以完成4軸運動控制和設備上其它開關量控制。 系統采用可移植的軟、硬件設計。硬件上以運動控制部件為核心,可以方便的在ARM處理器預留的資源上擴展出數字輸入,數字輸出,AD輸入,DA輸出等常用功能模塊。系統軟件構架如下：在最上層,系統采用μC/OS-Ⅱ操作系統來完成系統任務調度；在底層,將底層設備的操作打包編寫成底層驅動的形式,可直接供用戶程序調用；在中間層,可根據不同的用戶要求編寫用戶程序,再將其傳遞給μC/OS-Ⅱ來調度該用戶程序。 將該運動控制器應用于工業應用中的套標機,在對套標機進行運動分解之后,結合套標機的電氣特性,很好的實現了運動控制器在套標機上的二次開發,滿足了套標機在現場中的應用。
上傳時間： 2013-04-24
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嵌入式網絡視頻監控系統是一種以嵌入式技術、視頻編碼技術和網絡傳輸技術為核心的新型視頻監控系統，它在穩定性、實時性、處理速度、功能、價格、擴展性等方面和傳統的視頻監控系統相比有著突出的優勢，同時也代表著目前視頻監控系統研究和發展的方向。 本文研究并實現了以微處理器S3C2440和嵌入式Linux操作系統為核心的嵌入式網絡視頻監控系統。論文首先介紹了嵌入式視頻監控技術的發展趨勢和研究現狀，而后闡述了該系統硬件總體設計方案，討論了基于嵌入式Linux操作系統的開發平臺的構建，詳細論述了視頻采集、編碼、存儲、傳輸等單元的軟硬件設計，重點論述了基于AL9V576的視頻編碼模塊和基于TW2835的視頻處理模塊的設計。 本文研究的主要內容如下： 1、研究視頻采集單元的優化方法，設計采用音視頻控制器TW2835采集四路模擬視頻輸入信號并疊加OSD環境信息顯示，提高了視頻處理的功能和視頻質量； 2、研究雙核構架，采用混合信號系統級芯片C8051F340控制TW2835、采集環境信息并與S3C2440串口通信，使視頻采集單元模塊化設計，增加了產品設計的靈活性，減小了主控芯片的負擔和軟件設計的復雜性，便于產品功能的擴展和二次開發； 3、研究并分析了MPEG-4的硬件實現方式，采用高品質、高性能、低功率視頻壓縮芯片AL9V576進行MPEG-4編碼，大幅提升了壓縮效率，另外還設計了SRAM主機接口與主控芯片通信，突破了傳統芯片大多采用的PCI接口的限制，方便模塊的組合； 4、研究并設計了CF卡存儲方案，實現了一種在嵌入式視頻服務器上的視頻檢索和存儲方法。
上傳時間： 2013-05-16
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根據機械電子工程類專業測控實驗教學平臺數據采集的需要，在綜合考慮成本和性能基礎上，提出以為主處理芯片的數據采集卡設計方案。 該方案的主要特點是，使用基于ARM7TDMI內核的，工作主頻最高可達44MHz；內置高性能的ADC和DAC模塊，采樣速度最高可達1MSPS，采樣精度為12位；模擬信號輸入通道最多可達16路，模擬信號輸出通道最高可達4路；具有豐富的外設資源可以使用，GPIO口數目最高可達40個。 在設計中采用了模塊化思想，將系統分為四個功能模塊：主模塊的功能是控制ADC進行信號采集和DAC進行模擬信號輸出；模擬信號模塊的作用是對傳感器輸入信號和DAC輸出波形進行簡單的調理；數字信號模塊引出32路數字I/O口，可用于需要采集數字量的場合；JTAG模塊可進行程序的調試和下載，對于數據采集卡的二次開發有很大的作用。 在本數據采集卡上，嘗試進行了μC/OSⅡ操作系統的移植，成功實現了四個任務的管理。在實際應用中，工作數小時仍可保持正常的運行。 為檢驗數據采集卡的串口通訊能力，利用LabVIEW程序讀取下位機串口發送的已采集到的數據，進行波形圖繪制。 為檢驗本數據采集卡的ADC和DAC精度，設計實驗利用DAC輸出波形，并利用ADC將采集到的波形通過LabVIEW顯示，測量結果顯示兩者電壓值誤差均在可允許的3LSB（Least Significant Bit）范圍內，表明本數據采集卡已基本實現預期設計指標。
上傳時間： 2013-04-24
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