隨著各種非線性電力電子設備的大量應用，電網中的諧波污染日益嚴重。為了保證電力系統(tǒng)的安全經濟運行，保證電氣設備和用電人員的安全，治理電磁環(huán)境污染、維護綠色環(huán)境，研究實時、準確的電力諧波分析系統(tǒng)，對電網中的諧波進行實時檢測、分析和監(jiān)控，都具有重要的理論和工程實際意義。 目前實際應用的電力諧波分析系統(tǒng)大多是以單片機為核心組成。單片機運行速度慢，實時性較差，不能滿足實際應用中對系統(tǒng)實時性越來越高的要求。另外，單片機的地址線和數據線位數較少，這使得由單片機構成的電力諧波分析系統(tǒng)外圍電路龐大，系統(tǒng)的可靠性和可維護性上都大打折扣。 本文首先研究了電力諧波的產生，危害及國內外研究現(xiàn)狀，對電力諧波檢測中常用的各種算法進行分析和比較；然后介紹了FPGA芯片的特性和SOPC系統(tǒng)的特點，并分析比較了傳統(tǒng)測量諧波裝置和基于FPGA的新型諧波測量儀器的特性。綜述了可編程元器件的發(fā)展過程、主要工藝發(fā)展及目前的應用情況。 然后，對整個諧波處理器系統(tǒng)的框架及結構進行描述，包括系統(tǒng)的功能結構分配，外圍硬件電路的結構及軟件設計流程。其后，針對系統(tǒng)外圍硬件電路、FFTIP核設計和SOPC系統(tǒng)的組建，進行詳細的分析與設計。系統(tǒng)采用NiosⅡ處理器核和FFT運算協(xié)處理器相結合的結構。FFT運算用專門的FFT運算協(xié)處理器核完成，使得系統(tǒng)克服的單片機系統(tǒng)實時性差和速度慢的缺點。FFTIP核采用現(xiàn)在ASIC領域的一種主流硬件描述語言VHDL進行編寫，采用順序的處理結構和IEEE浮點標準運算，具有系統(tǒng)簡單、占用硬件資源少和高運算精度的優(yōu)點。諧波分析儀系統(tǒng)組建采用SOPC系統(tǒng)。SOPC系統(tǒng)具有可對硬件剪裁和添加的特點，使得系統(tǒng)的更簡單，應用面更廣，專用性更強的優(yōu)點。最后，給出了對系統(tǒng)中各模塊進行仿真及系統(tǒng)生成的結果。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著 EDA 技術及微電子技術的飛速發(fā)展，現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，簡稱 FPGA)的性能有了大幅度的提高，F(xiàn)PGA的設計水平也達到了一個新的高度。基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)設計為現(xiàn)代電子產品設計帶來了更大的靈活性，以Nios Ⅱ軟核處理器為核心的SOPC(System on Programmable Chip)系統(tǒng)便是把嵌入式系統(tǒng)應用在FPGA上的典型例子，本文設計的指紋識別模塊就是基于FPGA的Nios Ⅱ處理器為核心的SOPC設計。通過IP核技術和靈活的軟硬件編程，實現(xiàn)Nios Ⅱ對FPGA外圍器件的控制，并對指紋處理算法進行了改進，研究了指紋識別算法到Nios Ⅱ系統(tǒng)的移植。 本文首先闡述了指紋識別模塊的SOPC設計方案，然后是對模塊的詳細設計。在硬件方面，完成了指紋識別模塊的 FPGA 硬件設計，包括 FPGA 內部的Nios Ⅱ系統(tǒng)硬件設計和 FPGA 外圍電路設計。前者利用 SOPC Builder將Nios Ⅱ處理器、指紋讀取接口 UART、鍵盤與LCD顯示接口、FLASH接口、SDRAM控制器構建成NiosⅡ硬件系統(tǒng)，后者是電源和時鐘電路、SDRAM存儲器電路、FLASH存儲器電路、LCD顯示電路、指紋傳感器電路、FPGA 配置電路這些純實物硬件設計，給出了設計方法和電路連接圖。 在軟件方面，包括下面兩個內容： 完成 FPGA 外圍器件程序設計，實現(xiàn)對外圍器件的操作。 深入的研究了指紋識別算法。對指紋圖像識別算法中的指紋圖像濾波和匹配算法進行了分析，提出了指紋圖像增強改進算法和匹配改進算法，通過試驗，改進后的指紋圖像濾波算法取得了較好的指紋圖像增強效果。改進后的匹配算法速度較快，誤識率較低。最后研究了指紋識別算法如何在FPGA中的Nios Ⅱ系統(tǒng)的實現(xiàn)。
上傳時間： 2013-06-12
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隨著數字圖像處理的應用領域不斷擴大，實時處理技術成為研究的熱點。VLSI技術的迅猛發(fā)展為數字圖像實時處理技術提供了硬件基礎。其中FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)的特點使其在圖像采集和處理方面的應用顯得更加經濟、靈活、方便。 本文設計了一種以FPGA為工作核心，并實現(xiàn)了PCI接口的圖像采集壓縮系統(tǒng)。整個系統(tǒng)采用了自頂向下的設計方案，先把系統(tǒng)分成了三大塊，即圖像采集、PCI接口和圖像壓縮，然后分別設計各個大模塊中的子模塊。 首先，利用FPGA對專用視頻轉換器SAA7111A進行控制，因為SAA7111A是采用IC總線模塊，從而完成了對SAA7111A的控制，并通過設計圖像采集模塊、讀/寫數據模塊、總線管理模塊等，實現(xiàn)把標準的模擬視頻信號轉換成數字視頻信號并采集的功能。 其次，在了解PCI規(guī)范的前提下，深入地分析了PCI時序和地址配置空間等，設計了簡化邏輯的狀態(tài)機，并用VHDL硬件描述語言設計了程序，完成了簡化邏輯的PCI接口設計在FPGA芯片內部的實現(xiàn)，達到了一33MHz、32位數據寬度、支持猝發(fā)傳輸的PCI從設備模塊的接口功能，與傳統(tǒng)的使用PCI專用接口芯片來實現(xiàn)的PCI接口比較來看，更加節(jié)約了系統(tǒng)的邏輯資源，降低了成本，增加了設計的靈活性。 再次，設計了WINDOWS下對PCI接口的驅動程序。驅動程序可以選擇不同的方法來完成，當然每個方法都有自己的特點，對幾種主要設計驅動程序的方法作以比較之后，本文選擇了使用DRIVER WORKS工具來完成。通過對配置空間的設計、系統(tǒng)端口和內存映射的設計、中斷服務的設計等，用VC++語言編寫了驅動程序。 最后，考慮到增加系統(tǒng)的實用性和完備性，還填加設計了圖像的壓縮部分。這部分需要完成的工作是在上述系統(tǒng)完成后，再額外地把采集來的視頻數據通過另一路數據通道按照一定的格式壓縮后存儲到硬盤中。本系統(tǒng)中，這部分設計是利用Altera公司提供的IP核來完成壓縮的，同時還用VHDL語言在FPGA上設計了IDE硬盤接口，使壓縮后的數據存儲到硬盤中。
上傳時間： 2013-06-01
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8051處理器自誕生起近30年來，一直都是嵌入式應用的主流處理器，不同規(guī)模的805l處理器涵蓋了從低成本到高性能、從低密度到高密度的產品。該處理器極具靈活性，可讓開發(fā)者自行定義部分指令，量身訂制所需的功能模塊和外設接口，而且有標準版和經濟版等多種版本可供選擇，可讓設計人員各取所需，實現(xiàn)更高性價比的結構。如此多的優(yōu)越性使得8051處理器牢固地占據著龐大的應用市場，因此研究和發(fā)展8051及與其兼容的接口具有極大的應用前景。在眾多8051的外設接口中，I2C總線接口扮演著重要的角色。通用的12C接口器件，如帶12C總線的RAM，ROM，AD／DA，LCD驅動器等，越來越多地應用于計算機及自動控制系統(tǒng)中。因此，本論文的根本目的就是針對如何在8051內核上擴展I2C外設接口進行較深入的研究。 本課題項目采用可編程技術來開發(fā)805l核以及12C接口。由于8051內核指令集相容，我們能借助在現(xiàn)有架構方面的經驗，發(fā)揮現(xiàn)有的大量代碼和工具的優(yōu)勢，較快地完成設計。在8051核模塊里，我們主要實現(xiàn)中央處理器、程序存儲器、數據存儲器、定時／計數器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等七大單元及數據總線、地址總線和控制總線等三大總線，這些都是標準8051核所具有的模塊。在其之上我們再嵌入12C的串行通信模塊，采用自下而上的方法，逐次實現(xiàn)一位的收發(fā)、一個字節(jié)的收發(fā)、一個命令的收發(fā)，直至實現(xiàn)I2C的整個通信協(xié)議。 8051核及I2C總線的研究通過可編程邏輯器件和一塊外圍I2C從設備TMPl01來驗證。本課題的最終目的是可編程邏輯器件實現(xiàn)的8051核成功并高效地控制擴展的12C接口與從設備TMPl01通信。 用EP2C35F672C6芯片開發(fā)的12C接口，數據的傳輸速率由該芯片嵌入8051微處理的時鐘頻率決定。經測試其傳輸速率可達普通速率和快速速率。 目前集成了該12C接口的8051核已經在工作中投入使用，主要用于POS設備的用戶數據加密及對設備溫度的實時控制。雖然該設備尚未大批量投產，但它已成功通過PCI(PaymentCardIndustry)協(xié)會認證。
上傳時間： 2013-06-18
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GPS全球定位系統(tǒng)是美國國防部為軍事目的而建立的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，其主要目的是解決海上、陸地和空中運載工具的導航定位問題。GPS作為新一代衛(wèi)星導航系統(tǒng)，不僅具有全球、全天候、連續(xù)、高精度導航與定位能力，而且具有優(yōu)良的抗干擾性和保密性。因此，發(fā)展全球定位系統(tǒng)是當今導航技術現(xiàn)代化的一個重要標志。在GPS接收機中，為了得到導航電文并對其進行解算，要完成復雜的信號處理過程。其中，怎樣捕獲到衛(wèi)星信號，并對C/A碼進行跟蹤是研制GPS接收機的重要問題之一。本文在對GPS信號的結構進行深入的分析后，結合FPGA的特點，對算法進行設計及優(yōu)化后，給出了相應的仿真。內容主要包括以下幾個方面： 1.對GPS信號結構的產生原理進行了深入地分析，并對GPS信號的調制機理進行詳細地闡述。 2.在GPS信號的捕獲方面，采用了基于FFT頻域的快速捕獲的方法，即將接收到的GPS信號先利用快速傅立葉變換(FFT)變換到頻域，在頻域完成相應的運算后，再利用傅立葉反變換(IFFT)變換到時域。從而大大減少了計算量，加快了信號捕獲的速度，提高了捕獲性能。 3.在C/A碼跟蹤部分，本文采用了非相干延遲鎖定環(huán)對C/A碼進行跟蹤。來自載波跟蹤環(huán)路的本地載波將輸入的信號變成基帶信號，然后分別和本地碼的三個不同相位序列進行相乘，將相乘結果進行累加，經過處理將得到碼相位和當前的載波頻率送到載波跟蹤環(huán)路。 4.載波跟蹤環(huán)，本文采用的是科斯塔斯環(huán)。載波跟蹤環(huán)和碼跟蹤環(huán)在結構上相似，故本文只對關鍵的載波NCO進行了仿真。 本文的創(chuàng)新點主要是使用FPGA對整個GPS信號的捕獲及C/A碼的跟蹤進行設計。此外，根據FPGA的特點，在不改變外部硬件設計的前提下，改變相應的IP核或相關的VHDL程序就可對系統(tǒng)進行各種優(yōu)化設計，以適應不同類型的GPS接收機的不同功能。
上傳時間： 2013-06-27
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JPEG是聯(lián)合圖像專家組(Joint Picture Expert Group)的英文縮寫，是國際標準化組織(ISO)和CCITT聯(lián)合制定的靜態(tài)圖像壓縮編碼標準。JPEG的基于DCT變換有損壓縮具有高壓縮比特點，被廣泛應用在數據量極大的多媒體以及帶寬資源寶貴的網絡程序中。 動態(tài)圖像的JPEG編解碼處理要求圖像恢復質量高、實時性強，本課題就是針對這兩個方面的要求展開的研究。該系統(tǒng)由圖像編碼服務器端和圖像解碼客戶端組成。其中，服務器端實時采集攝像頭傳送的動態(tài)圖像，進行JPEG編碼，通過網絡傳送碼流到客戶端；客戶端接收碼流，經過JPEG解碼，恢復出原始圖像送VGA顯示。設計結果完全達到了實時性的要求。 本文從系統(tǒng)實現(xiàn)的角度出發(fā)，首先分析了系統(tǒng)開發(fā)平臺，介紹FPGA的結構特點以及它的設計流程和指導原則；然后從JPEG圖像壓縮技術發(fā)展的歷程出發(fā)，分析JPEG標準實現(xiàn)高壓縮比高質量圖像處理的原理；針對FPGA在算法實現(xiàn)上的特點，以及JPEG算法處理的原理，按照編碼和解碼順序，研究設計了基于改進的DA算法的FDCT和IDCT變換，以及按發(fā)生頻率進行優(yōu)化的霍夫曼查找表結構，并且從系統(tǒng)整體上對JPEG編解碼進行簡化，以提高系統(tǒng)的處理性能。最后，通過分析Nios嵌入式微處理器可定制特性，根據SOPC Builder中Avalon總線的要求，把圖像采集，JPEG圖像壓縮和網絡傳輸轉變成用戶自定義模塊，在SOPC Builder下把用戶自定義模塊添加到系統(tǒng)中，由Nios嵌入式軟核的控制下運行，在FPGA芯片上實現(xiàn)整個JPEG實時圖像編解碼系統(tǒng)(soc)。 在FPGA上實現(xiàn)硬件模塊化的JPEG算法，具有造價低功耗低，性能穩(wěn)定，圖像恢復后質量高等優(yōu)點，適用于精度要求高且需要對圖像進行逐幀處理的遠程微小目標識別和跟蹤系統(tǒng)中以及廣電系統(tǒng)中前期的非線性編輯工作以及數字電影的動畫特技制作，對降低成本和提高圖像處理速度兩方面都有非常重大的現(xiàn)實意義。通過在FPGA上實現(xiàn)JPEG編解碼，進一步探索FPGA在數字圖像處理上的優(yōu)勢所在，深入了解進行此類硬件模塊設計的技術特點，是本課題的重要學術意義所在。
上傳時間： 2013-04-24
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本文以研究嵌入式微處理器為主，自主地設計了能夠運行MCS-51系列單片機指令的MCU系統(tǒng)。系統(tǒng)采用了VHDL 語言與原理框圖的綜合設計方法，并且在Altera公司的FPGA上通過驗證。論文深入地研究了微處理器的指令系統(tǒng)和數據地址通路，采用VHDL 語言完成了取指單元，指令譯碼器單元，存儲器單元和邏輯運算單元的電路模塊的設計與實現(xiàn)；研究了控制單元的實現(xiàn)方法和基于全局狀態(tài)機的設計理論，采用硬件描述語言完成了對各個控制線的相關設計與實現(xiàn)。論文通過原理示意圖和示例代碼的演示，著重介紹了指令譯碼器的實現(xiàn)方式，基于此種方式形成的譯碼電路還能夠實現(xiàn)更為復雜的CISC指令。 本系統(tǒng)采用分模塊的設計方式，把具有相同功能的邏輯電路集中到一個框圖里，使得系統(tǒng)的可移植性大大地提高。系統(tǒng)還采用層次框圖的設計方式，把明顯地具有主從關系的電路放在不同的層次里，這也使得系統(tǒng)模塊功能的可擴展性大大地增強。內部邏輯共分為數據存儲器模塊；程序存儲器模塊；時序控制模塊；特殊功能寄存器模塊和Core核心模塊這五個部分，文中對各個模塊的設計作了詳細的介紹。本文在最后對已實現(xiàn)的部分典型指令進行了邏輯仿真測試，測試結果表明，本文所設計的MCU系統(tǒng)能夠如預期地執(zhí)行相應的指令。在指令執(zhí)行的過程中，相應寄存器和總線上的值也均符合設計要求，實現(xiàn)了設計目標。
上傳時間： 2013-06-05
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在數字電視系統(tǒng)中，MPEG-2編碼復用器是系統(tǒng)傳輸的核心環(huán)節(jié)，所有的節(jié)目、數據以及各種增值服務都是通過復用打包成傳輸流傳輸出去。目前，只有少數公司掌握復用器的核心算法技術，能夠采用MPEG-2可變碼率統(tǒng)計復用方法提高帶寬利用率，保證高質量圖像傳輸。由于目前正處廣播電視全面向數字化過渡期間，市場潛力巨大，因此對復用器的研究開發(fā)非常重要。本文針對復用器及其接口技術進行研究并設計出成形產品。 文中首先對MPEG-2標準及NIOS Ⅱ軟核進行分析。重點研究了復用器中的部分關鍵技術：PSI信息提取及重構算法、PID映射方法、PCR校正及CRC校驗算法，給出了實現(xiàn)方法，并通過了硬件驗證。然后對復用器中主要用到的AsI接口和DS3接口進行了分析與研究，給出了設計方法，并通過了硬件驗證。 本文的主要工作如下： ●首先對復用器整體功能進行詳細分析，并劃分軟硬件各自需要完成的功能。給出復用器的整體方案以及ASI接口和DS3接口設計方案。 ●在FPGA上采用c語言實現(xiàn)了PSI信息提取與重構算法。 ●給出了實現(xiàn)快速的PID映射方法，并根據FPGA特點給出一種新的PID映射方法，減少了邏輯資源的使用，提高了穩(wěn)定性。 ●采用Verilog設計了SI信息提取與重構的硬件平臺，并用c語言實現(xiàn)了SDT表的提取與重構算法，在FPGA中成功實現(xiàn)了動態(tài)分配內存空間。 ●在FPGA上實現(xiàn)了．ASI接口，主要分析了位同步的實現(xiàn)過程，實現(xiàn)了一種新的快速實現(xiàn)字節(jié)同步的設計。 ●在FPGA上實現(xiàn)了DS3接口，提出并實現(xiàn)了一種兼容式DS3接口設計。并對幀同步設計進行改進。 ●完成部分PCB版圖設計，并進行調試監(jiān)測。 本復用器設計最大特點是將軟件設計和硬件設計進行合理劃分，硬件平臺及接口采用Verilog語言實現(xiàn)，PSI信息算法主要采用c語言實現(xiàn)。這種軟硬件的劃分使系統(tǒng)設計更加靈活，且軟件設計與硬件設計可同時進行，極大的提高了工作效率。 整個項目設計采用verilog和c兩種語言完成，采用Altera公司的FPGA芯片EP1C20，在Quartus和NIOS IDE兩種設計平臺下設計實現(xiàn)。根據此方案已經開發(fā)出兩臺帶有ASI和DS3接口的數字電視TS流復用器，經測試達到了預期的性能和技術指標。
上傳時間： 2013-06-10
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該論文基于NIOS Ⅱ軟核處理器和Altera的FPGA技術，設計了一種便攜式的振動頻譜分析儀，用于旋轉機械的故障監(jiān)測和診斷。以SOPC技術為手段，將信號采集和信號處理電路通過可編程片上系統(tǒng)來實現(xiàn)，其特點是將對ADC的控制、數字信號的濾波、快速傅立葉變換的設計，通過FPGA芯片集成在一起，以NIOS Ⅱ來完成32位CPU的狀態(tài)控制功能。工程機械、汽車車輛中都存在諸如發(fā)動機類的旋轉機械，這類設備的異常振動往往會影響正常工作，嚴重時還會出現(xiàn)各種重大事故，該分析儀可以實時地或定期地對發(fā)動機、齒輪箱等旋轉機械進行振動頻譜分析和監(jiān)測，運用于民用機械能產生非常好的經濟效益。 該論文從四個方面進行了研究工作。其一，利用FPGA對ADC芯片的工作進行控制，使其在規(guī)定的時間內與DSP模塊進行數據交換，并對ADC各引腳時序進行控制，使兩者協(xié)調同步工作，編制了相應的VHDL語言程序。其二，采用SOPC Builder設計開發(fā)，實現(xiàn)了基于NIOS Ⅱ的32位CPU軟核，創(chuàng)建了相應的C/C++和匯編的宏代碼，使得軟件可以訪問用戶自定義邏輯。對頂層設計產生的VHDL的RTL代碼和仿真文件進行了綜合、編譯適配以及仿真。其三，配合Matlab和DSP Builder的強大功能進行DSP模塊設計，開發(fā)出了FIR和FFT等功能模塊，并且添加到SOPC系統(tǒng)中，使其可以由NIOS Ⅱ很容易的調用。其四，在NIOS Ⅱ系統(tǒng)中添加了uC/OS Ⅱ操作系統(tǒng)，提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并且降低了開發(fā)難度，提高了系統(tǒng)升級的能力。由于整個設計是基于FPGA開發(fā)的，所以該系統(tǒng)包括了所有FPGA系統(tǒng)的特點，包括并行的DSP處理、在系統(tǒng)可編程、升級簡單等特點，極易使設計產品化。
上傳時間： 2013-04-24
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電梯群控系統(tǒng)是一種控制三臺或以上電梯的控制系統(tǒng)，旨在提高對電梯乘客的服務質量并減少成本，如：電梯的功耗。目前大多數的電梯群控系統(tǒng)采用的是“大廳呼叫指派”的方法來指派電梯去響應乘客的呼梯。在這種方法中，電梯群控系統(tǒng)將根據目前建筑內的客流量來選擇最合適的電梯。在充分研究了當前普遍應用的電梯群控算法后，本文提出了一種基于模糊算法的電梯群控算法，該算法可根據不同的客流量模式對整個建筑中的電梯群進行派梯策略的調整，并在此基礎上，加入了經驗調整參數，使該算法增加了記憶調整功能。 本文在Matlab上對改進的算法進行了相關建模驗證。驗證結果表明，相比只是應用類似模糊算法的電梯群控算法，本算法對于客流量模式相對穩(wěn)定的大型寫字樓等對群控系統(tǒng)要求比較嚴格的樓宇更為適用，即擁有更好的應用前景。 本文還對所提出的算法在工程上采用FPGA進行應用做了一定的研究。在用C程序建立該算法的基礎上采用了在Xilinx VirtexII Pro開發(fā)板上運行MicroBlaze軟IP核的方法對該算法進行了調試并運行成功。得到的運行結果與用Matlab驗證的結果一致。證明了該算法在工程上的可應用性。
標簽： FPGA 電梯群控系統(tǒng) 分
上傳時間： 2013-07-02
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