在測井過程中，由于測井深度直接影響到其它測井信息的準確性，所以精確的測井深度變得越來越重要。本文針對現(xiàn)有絞車系統(tǒng)的不足(CPU為單片機決定其精度不高、缺少完善的深度校正系統(tǒng)等)，首次將DSP與FPGA應用到測井絞車系統(tǒng)中，充分利用FPGA硬件資源豐富、速度快及DSP軟件設計靈活的特點，使系統(tǒng)硬件、軟件結構更加合理，功能得到增強，性價比進一步提高，從而優(yōu)化了整個系統(tǒng)，為今后絞車設計提供了新的方法和途徑。 本文相對其它絞車系統(tǒng)的設計，主要特點有：設計了比較完善的深度校正模塊(深度脈沖校正、根據(jù)磁記號與磁定位信號的校正、由張力等原因引起的電纜形變的校正)。將打標和測量一體化。設計了方便的通信接口(校正后的深度脈沖及DSP通過RS232與主測井儀的通信)。使用DSP作為CPU并且配合FPGA作預處理從而提高了測量深度的準確性。電路采用了可編程邏輯器件，提高了電路工作的可靠性，減小了電路板面積。另外，本文在研究電纜絞車系統(tǒng)的同時，對測井的地面信號處理也進行了初步的研究，主要是對趨膚效應的校正做了初步的研究。 本文所完成的是一個完整的測量與打標系統(tǒng)，通過室內與現(xiàn)場實驗，得出該系統(tǒng)具有高精度、高智能化等優(yōu)點。最后，本文對該系統(tǒng)的發(fā)展方向作了展望。
標簽： FPGA DSP 絞車 系統(tǒng)研究
上傳時間： 2013-07-08
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本文簡單介紹了脈沖式激光測距原理、相位式激光測距的原理及相位測量技術。根據(jù)課題的要求，給出了電路系統(tǒng)設計方案，選擇了合適測相系統(tǒng)電路參數(shù)，分析了調制波的噪聲對系統(tǒng)的影響，計算出能滿足系統(tǒng)精度要求的最低信噪比，對偶然誤差、信號變化幅度大小、零點漂移和電路的相位延遲等原因引起的測量誤差，提出了具體的解決措施，這些措施提高了數(shù)字檢相電路的測相精度和穩(wěn)定性。 根據(jù)電路系統(tǒng)設計方案，著重對混頻電路、整形電路和自動數(shù)字檢相電路進行了較為深入的分析與討論，其中自動數(shù)字檢相電路采用大規(guī)模可編程邏輯器件FPGA實現(xiàn)。 文中述敘了利用FPGA實現(xiàn)自動數(shù)字檢相的原理及方法步驟，分析了FPGA實現(xiàn)鑒相功能的可靠性。根據(jù)設計要求，選擇合適的FPGA邏輯器件和配置器件，使用QuartusⅡ軟件開發(fā)可編程邏輯器件及VHDL編程，給出了用QuartusⅡ軟件進行數(shù)字檢相測量的系統(tǒng)仿真結果和混頻電路、比較電路、數(shù)字檢相電路的實驗結果，對在沒有零角度位置標志信號和沒有允許計數(shù)標志信號條件下的實驗結果的精度進行了分析。根據(jù)誤差結果分析，提出了下一步研究改進的措施和思路。
上傳時間： 2013-04-24
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逆變控制器的發(fā)展經歷從分立元件的模擬電路到以專用微處理芯片（DSP/MCU）為核心的電路系統(tǒng)，并從數(shù)模混合電路過渡到純數(shù)字控制的歷程。但是，通用微處理芯片是為一般目的而設計，存在一定局限。為此，近幾年來逆變器專用控制芯片（ASIC）實現(xiàn)技術的研究越來越受到關注，已成為逆變控制器發(fā)展的新方向之一。本文利用一個成熟的單相電壓型PWM逆變器控制模型，圍繞逆變器專用控制芯片ASIC的實現(xiàn)技術，依次對專用芯片的系統(tǒng)功能劃分，硬件算法，全系統(tǒng)的硬件設計及優(yōu)化，流水線操作和并行化，芯片運行穩(wěn)定性等問題進行了初步研究。首先引述了單相電壓型PWM逆變器連續(xù)時間和離散時間的數(shù)學模型，以及基于極點配置的單相電壓型PWM逆變器電流內環(huán)電壓外環(huán)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的設計過程，同時給出了仿真結果，仿真表明此系統(tǒng)具有很好的動、靜態(tài)性能，并且具有自動限流功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。緊接著分析了FPGA器件的特征和結構。在給出本芯片應用目標的基礎上，制定了FPGA目標器件的選擇原則和芯片的技術規(guī)格，完成了器件選型及相關的開發(fā)環(huán)境和工具的選取。然后系統(tǒng)闡述了復雜FPGA設計的設計方法學，詳細介紹了基于FPGA的ASIC設計流程，概要介紹了僅使用QuartusII的開發(fā)流程，以及Modelsim、SynplifyPro、QuartusII結合使用的開發(fā)流程。在此基礎上，進行了芯片系統(tǒng)功能劃分，針對：DDS標準正弦波發(fā)生器，電壓電流雙環(huán)控制算法單元，硬件PI算法單元，SPWM產生器，三角波發(fā)生器，死區(qū)控制器，數(shù)據(jù)流/控制流模塊等逆變器控制硬件算法/控制單元，研究了它們的硬件算法，完成了模塊化設計。分析了全數(shù)字鎖相環(huán)的結構和模型，以此為基礎，設計了一種應用于逆變器的，用比例積分方法替代傳統(tǒng)鎖相系統(tǒng)中的環(huán)路濾波，用相位累加器實現(xiàn)數(shù)控振蕩器（DCO）功能的高精度二階全數(shù)字鎖相環(huán)（DPLL）。分析了“流水線操作”等設計優(yōu)化問題，并針對逆變器控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)算法呈多層結構，且層與層之間還有數(shù)據(jù)流聯(lián)系，其執(zhí)行順序和數(shù)據(jù)流的走向較為復雜，不利于直接采用流水線技術進行設計的特點，提出一種全新的“分層多級流水線”設計技術，有效地解決了復雜控制系統(tǒng)的流水線優(yōu)化設計問題。本文最后對芯片運行穩(wěn)定性等問題進行了初步研究。指出了設計中的“競爭冒險”和飽受困擾之苦的“亞穩(wěn)態(tài)”問題，分析了產生機理，并給出了常用的解決措施。
上傳時間： 2013-05-28
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激光測距技術被廣泛應用于現(xiàn)代工業(yè)測量、航空與大地的測量、國防及通信等諸多領域。本文從已獲得廣泛應用的脈沖激光測距技術入手，重點分析了近年提出的自觸發(fā)脈沖激光測距技術(STPLR)特別是其中的雙自觸發(fā)脈沖激光測距技術(BSTPLR)，通過分析發(fā)現(xiàn)其核心部件之一就是用于測量激光脈沖飛行時間(周期)的高精度高速計數(shù)器，而目前一般的方式是采用昂貴的進口高速計數(shù)器或專用集成電路(ASIC)來完成，這使得激光測距儀在研發(fā)、系統(tǒng)的改造升級和自主知識產權保護等諸多方面受到制約，同時在其整體性能上特別是在集成化、小型化和高可靠性方面帶來阻礙。為此，本文研究了采用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)來實現(xiàn)脈沖激光測距中的高精度高速計數(shù)及其他相關功能，基本解決了以上存在的問題。 論文通過對雙自觸發(fā)脈沖激光測距的主要技術要求和技術指標進行分析，對其中的信號處理單元采用了FPGA+單片機的設計形式。由FPGA主控芯片(EPF10K20TC144-4)作為周期測量模塊，在整個測距系統(tǒng)中是信號處理的核心部件，借助其用戶可編程特性及很高的內部時鐘頻率，設計了專用于BSTPLR的高速高精度計數(shù)芯片，負責對測距信號產生電路中的時刻鑒別電路輸出信號進行計數(shù)。數(shù)據(jù)處理模塊則主要由單片機(AT89C51)來實現(xiàn)。系統(tǒng)可以通過鍵盤預置門控信號的寬度以均衡測量的精度和速度，測量結果采用7位LED數(shù)碼管顯示。本設計在近距離(大尺寸)范圍內實驗測試時基本滿足設計要求。
上傳時間： 2013-06-02
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隨著圖像處理和模式識別技術的進步，基于生物特征的識別技術成為蓬勃發(fā)展的高技術之一，根據(jù)IBG(InternationalBiometricGroup)組織對生物特征市場的統(tǒng)計和預測，該領域的收入的年增長率30-50％，到2008年，全球總收入將達到46.39億美元。而基于指紋特征的識別技術由于其獨特的可靠性，穩(wěn)定性，方便快捷的特點，恰好符合了市場的需求。目前指紋識別技術是生物識別領域中應用最廣泛的識別技術，也是研究與應用的一個熱點。 SOPC片上可編程系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)是當前電子設計領域中最熱門的概念。NiosⅡ是Altera公司開發(fā)的一種采用流水線技術、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入FPGA內部，與用戶自定義邏輯結合構成一個基于FPGA的片上系統(tǒng)。與嵌入式硬核相比較，嵌入式軟核具有更大的靈活性。而FPGA的高速性、恰恰滿足了指紋識別系統(tǒng)對速度的要求。 本文對指紋識別技術中各個環(huán)節(jié)的算法進行了較為深入的研究，結合NiosⅡ嵌入式處理器的特點，對算法進行了合理的選擇與優(yōu)化，形成了一套完整的指紋識別算法，并提出了一種基于FPGA的指紋識別系統(tǒng)硬件設計方案。 論文的內容主要包括以下幾個方面： 1、對指紋圖像預處理、后處理和匹配算法進行了改進，提高了算法的性能；設計了一種適用于快速匹配的指紋特征數(shù)據(jù)結構；提出了一套基于特征點匹配的指紋識別算法。實驗結果表明該算法速度快、誤識率較低、可靠性較高，可以滿足實用的要求。 2、本著增加系統(tǒng)集成度、減小系統(tǒng)體積、提高便攜性、降低功耗和成本，同時提升系統(tǒng)的性能的原則，使用Altera公司提供的外圍設備IP核配合NiosⅡ處理器軟核搭建了一個單片嵌入式系統(tǒng)，然后以內嵌NiosⅡ軟核的FPGA和FPS200指紋采集器為核心芯片，外配片外RAM和Flash存儲器以及小鍵盤和LCD顯示屏等器件，設計了一個便攜式指紋識別系統(tǒng)，提出了一套基于FPGA的硬件設計方案。 3、利用NiosⅡ開發(fā)板對硬件設計方案進行了初步的驗證，實現(xiàn)了指紋采集芯片F(xiàn)PS200與FPGA的接口，并進行了算法的移植。 實驗結果表明本文所提出的系統(tǒng)設計方案是可行的。基于FPGA的自動指紋識別系統(tǒng)在速度、功耗、體積、擴展性方面有著獨特的優(yōu)勢，具有廣闊的發(fā)展空間。最后提出了對這一設計繼續(xù)改進的思路和下一步研究的內容。
標簽： FPGA 指紋識別 法的研究 硬件實現(xiàn)
上傳時間： 2013-06-07
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在機器人學的研究領域中，如何有效地提高機器人控制系統(tǒng)的控制性能始終是研究學者十分關注的一個重要內容。在分析了工業(yè)機器人的發(fā)展歷程和機器人控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀后，本論文的主要目標是針對四關節(jié)實驗室機器人特有的機械結構和數(shù)學模型，建立一個新型全數(shù)字的基于DSP和FPGA的機器人位置伺服控制系統(tǒng)的軟、硬件平臺，實現(xiàn)對四關節(jié)實驗室機器人的精確控制。 本論文從實際情況出發(fā)，首先分析了所研究的四關節(jié)實驗室機器人的本體結構，并對其抽象簡化得到了它的運動學數(shù)學模型。在明確了實現(xiàn)機器人精確位置伺服控制的控制原理后，我們對機器人控制系統(tǒng)的諸多可行性方案進行了充分論證，并最終決定采用了三級CPU控制的控制體系結構：第一級CPU為上位計算機，它實現(xiàn)對機器人的系統(tǒng)管理、協(xié)調控制以及完成機器人實時軌跡規(guī)劃等控制算法的運算；第二級CPU為高性能的DSP處理器，它輔之以具有高速并行處理能力的FPGA芯片，實現(xiàn)了對機器人多個關節(jié)的高速并行驅動；第三級CPU為交流伺服驅動處理器，它實現(xiàn)了機器人關節(jié)伺服電機的精確三閉環(huán)誤差驅動控制，以及電機的故障診斷和自動保護等功能。此外，我們采用比普通UART速度快得多的USB來實現(xiàn)上位計算機．與下位控制器之間的數(shù)據(jù)通信，這樣既保證了兩者之間連接方便，又有效的提高了控制系統(tǒng)的通信速度和可靠性。 機器人系統(tǒng)的軟件設計包括兩個部分：一是采用VC++實現(xiàn)的上位監(jiān)控軟件系統(tǒng)，它主要負責機器人實時軌跡規(guī)劃等控制算法的運算，同時完成用戶與機器人系統(tǒng)之間的信息交互；二是采用C語言實現(xiàn)的下位DSP控制程序，它主要負責接收上位監(jiān)控系統(tǒng)或者下位控制箱發(fā)送的控制信號，實現(xiàn)對機器人的實時驅動，同時還能夠實時的向上位監(jiān)控系統(tǒng)或者下位控制箱反饋機器人的當前狀態(tài)信息。 研究開發(fā)出來的四關節(jié)實驗室機器人控制器具有控制實時性好、定位精度高、運行穩(wěn)定可靠的特點，它允許用戶通過上位控制計算機實現(xiàn)對機器人的各種設定作業(yè)的控制，也可以讓用戶通過機器人控制箱現(xiàn)場對機器人進行回零、示教等各項操作。
上傳時間： 2013-06-11
上傳用戶：edisonfather
本文結合工程需要詳細論述了一種數(shù)字相位計的實現(xiàn)方法，該方法是基于FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)芯片運用FFT(快速傅立葉變換)算法完成的。首先，從相位測量的原理出發(fā)，分析了傳統(tǒng)相位計的缺點，給出了一種高可靠性的相位檢測實用算法，其算法核心是對采集信號進行FFT變換，通過頻譜分析，實現(xiàn)對參考信號和測量信號初相位的檢測，并同時闡述了FPGA在實現(xiàn)數(shù)字相位計核心FFT算法中的優(yōu)勢。在優(yōu)化的硬件結構中，利用多個乘法器并行運算的方式加快了蝶形運算單元的運算速度；內置雙端口RAM、旋轉因子ROM使數(shù)據(jù)存儲的速度得到提高；采用了流水線的工作方式使數(shù)據(jù)的存儲、運算在時間上達到匹配。整個設計采用VHDL(超高速硬件描述語言)語言作為系統(tǒng)內部硬件結構的描述手段，在Altera的QuartusⅡ軟件支持下完成。仿真結果表明，基于FPGA實現(xiàn)的FFT算法無論在速度和精度上都滿足了相位測量的需要，其運算64點數(shù)據(jù)僅需27.5us，最大誤差在1％之內。
上傳時間： 2013-06-04
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Turbo碼是一類并行級聯(lián)的系統(tǒng)卷積碼，它是在綜合級聯(lián)碼、最大后驗概率(MAP)譯碼、軟輸入軟輸出及迭代譯碼等理論基礎上的一種創(chuàng)新。Turbo碼的基本原理是通過對編碼器結構的巧妙設計，多個子碼通過交織器隔離進行并行級聯(lián)編碼輸出，增大了碼距。譯碼器則以類似內燃機引擎廢氣反復利用的機理進行迭代譯碼以反復利用有效信息流，從而獲得卓越的糾錯能力。計算機仿真表明，Turbo碼不但在加性高斯噪聲信道下性能優(yōu)越，而且具有很強的抗衰落、抗干擾能力，當交織長度足夠長時，其糾錯性能接近香農極限。 FPGA(FieldProgrammableGateArray)，即現(xiàn)場可編程門陣列，是在PAL、GAL、EPLD等可編程器件的基礎上進一步發(fā)展的產物。FPGA技術具有大規(guī)模、高集成度、高可靠性、設計周期短、投資小、靈活性強等優(yōu)點，逐步成為復雜數(shù)字硬件電路設計的理想選擇。 本論文以東南大學移動通信實驗室B3G課題組提出的“支持多天線的廣義多載波無線傳輸技術”(MIMO-GMC)為背景，分析了Turbo譯碼算法，并針對MIMO-GMC系統(tǒng)的迭代接收機中所采用的外信息保留和聯(lián)合檢測譯碼迭代的特點，完成了采用滑動窗Log-MAP算法的軟輸入、軟輸出的Turbo譯碼器的設計。整個譯碼器模塊的設計采用Verilog語言描述，并在VirtexⅡPro系列FPGA芯片上實現(xiàn)。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著我國工農業(yè)生產的發(fā)展和人民生活水平的提高，作為國民經濟基礎之一的電力行業(yè)取得了迅猛的發(fā)展，電力系統(tǒng)輸配電的安全性和可靠性也越來越受到電力系統(tǒng)運行、管理和科研人員的關注。輸電線路的各種事故是影響電力線路安全運行的重要因素之一。本文正是在這一前提下，在參考國內外大量文獻及研究成果的基礎上，設計實現(xiàn)了一套輸電線路綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)。 本文研制的輸電線路在線監(jiān)測終端通過測量線路的泄漏電流、分布電壓、氣候參數(shù)以及圖像信息，并將數(shù)據(jù)進行采集、處理后，將數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺監(jiān)控中心，達到對輸電線路運行狀況進行實時監(jiān)測的目的，并以此為依據(jù)給出線路的評估信息提供給電力部門作為其安排檢修的依據(jù)，可以大大減少電力部門的工作量并預防線路事故的發(fā)生。 針對本系統(tǒng)功能豐富、監(jiān)測參數(shù)眾多的特點，作者設計了基于ARM的數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)。通過對ARM資源的合理分配，實現(xiàn)了監(jiān)測終端的數(shù)據(jù)采集處理功能。終端的數(shù)據(jù)傳輸功能由ARM和無線傳輸模塊配合完成，實現(xiàn)了GPRS和GSM SMS兩種數(shù)據(jù)傳輸方式。 本文是對輸電線路綜合在線監(jiān)測終端數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)設計和研究工作的總結，本文內容主要偏重于監(jiān)測終端硬件和軟件的研究設計。論文在最后一部分對運行得到的數(shù)據(jù)也進行了分析、總結。 本文研制的輸電線路綜合監(jiān)測終端已在在幾條高壓輸電線路上掛網(wǎng)運行，運行結果表明系統(tǒng)各方面性能良好，滿足設計要求。
標簽： ARM 輸電線路 在線監(jiān)測 傳輸系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-20
上傳用戶：古谷仁美
隨著當今生產力的發(fā)展和技術的進步，生產設備的自動化程度越來越高，傳統(tǒng)的監(jiān)控手段已不能滿足生產自動化、智能化和網(wǎng)絡化的需求。智能巡檢終端作為生產安全的重要輔助設備，能在復雜環(huán)境下實現(xiàn)對多設備多信號量的實時采集和處理，可以作為解決生產設備安全運行的主要手段之一。近來年嵌入式技術以其強大的處理能力、高度的可靠性在微控制領域的應用越來越廣泛。無線通信技術，特別是GPRS無線網(wǎng)絡技術的快速發(fā)展。使互聯(lián)網(wǎng)等寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)絡與無線通信網(wǎng)絡實現(xiàn)互聯(lián)，能夠大大提高無線監(jiān)控效率。在分析研究了當前國內、外設備巡檢系統(tǒng)研究現(xiàn)狀，并結合嵌入式技術和GPRS無線網(wǎng)絡通訊技術的基礎上，根據(jù)實際項目企業(yè)的具體生產要求，論文提出了一種基于GPRS無線通信技術與嵌入式技術的無線智能設備巡檢系統(tǒng)。 本系統(tǒng)采用三星公司的ARM920TS3C2410芯片作為系統(tǒng)處理器，處理器從外部傳感器采集到的相關數(shù)據(jù)，如：溫度、濕度、壓力等，通過SIM—300GRPS無線通訊模塊的AT命令將數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡傳送到移動運營商GPRS網(wǎng)絡中，然后將數(shù)據(jù)傳送到生產監(jiān)控中心(指定IP地址或域名)監(jiān)控中心，監(jiān)控中心可以通過專門軟件對從各監(jiān)控點傳遞的數(shù)據(jù)作出分析處理，并通過GPRS網(wǎng)絡將相關控制命令反饋給各個監(jiān)控點。 本課題主要工作集中在兩個方面：一方面是GPRS無線收發(fā)設備硬件實現(xiàn)，在這一部分涉及到模塊硬件功能設計、無線模塊、嵌入式處理器的選型；另一方面是軟件設計，給出了系統(tǒng)軟件開發(fā)流程，完成了各模塊的開發(fā)工作。研究和試驗表明，該系統(tǒng)具有價格低廉、穩(wěn)定可靠的特點，能滿足遠程無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶嶋H需求。
上傳時間： 2013-06-01
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