近年來，LED(light emitting diode，發(fā)光二極管)電子顯示屏作為一種高科技產(chǎn)品日益引起人們的重視。它可以實時顯示或循環(huán)播放文字、圖形和圖像信息，具有顯示方式豐富、觀賞性強、顯示內(nèi)容修改方便、亮度高、顯示穩(wěn)定且壽命長等多種優(yōu)點，被廣泛應用于商業(yè)廣告、體育比賽、交通信息報導等諸多領域。 LED顯示屏的核心技術主要集中在控制器中。目前，大部分異步顯示屏采用的是8位或16位的微控制器，由于受到微處理器的處理速度、體系架構、尋址范圍、外圍接口資源等諸多限制，已難以在要求顯示較多像素、顯示內(nèi)容幀頻較高、動態(tài)顯示效果復雜的情況下得到良好的動態(tài)視覺效果。 針對以上情況，本文研究開發(fā)了一種全新的，由32位高性能ARM微處理器組成的LED顯示屏控制系統(tǒng)，就控制平臺、硬件結構和軟件開發(fā)實現(xiàn)給出了驅動部分和控制部分的詳細分析與設計。 本文根據(jù)LED顯示屏在列車車廂和火車、汽車車站旅客導向系統(tǒng)中為應用背景，結合LPC2138的功能特點和LED顯示屏的功能需求。詳細介紹了顯示屏控制系統(tǒng)中包括電源模塊、復位模塊、RS485通訊電路等主要模塊的設計。成功實現(xiàn)了數(shù)據(jù)掃描、數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)通訊等LED顯示屏所需的功能。 結合控制系統(tǒng)RS485通訊協(xié)議和系統(tǒng)顯示的要求，分析了LED顯示屏通訊和控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)流程。并詳細分析了顯示屏的靜、動態(tài)圖文顯示軟件流程結構；系統(tǒng)從上位機接受數(shù)據(jù)到信息顯示的整個軟件處理流程。 最后本文分析了LED顯示屏控制系統(tǒng)研發(fā)中所遇到的幾個難點問題，包括：提高RS485總線可靠性和抗干擾問題、系統(tǒng)在頻繁更換內(nèi)容死機的問題、顯示內(nèi)容較多時視覺效果的處理問題，并給出了解決方法。 經(jīng)過實際測試，本文所述LED顯示屏控制系統(tǒng)性能良好，工作穩(wěn)定可靠，易于維護升級，具有很高的性價比。
上傳時間： 2013-05-28
上傳用戶：chongchong2016
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(nèi)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(diào)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： 2013-04-24
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低密度校驗碼（LDPC，Low Density Parity Check Code）是一種性能接近香農(nóng)極限的信道編碼，已被廣泛地采用到各種無線通信領域標準中，包括我國的數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敇藴省W洲第二代衛(wèi)星數(shù)字視頻廣播標準（DVB-S2，Digital Video Broadcasting-Satellite 2）、IEEE 802.11n、IEEE 802.16e等。它是3G乃至將來4G通信系統(tǒng)中的核心技術之一。 當今LDPC碼構造的主流方向有兩個，分別是結合準循環(huán)（QC，Quasi Cyclic）移位結構的單次擴展構造和類似重復累積（RA，Repeat Accumulate）碼構造。相應地，主要的LDPC碼編碼算法有基于生成矩陣的算法和基于迭代譯碼的算法。基于生成矩陣的編碼算法吞吐量高，但是需要較多的寄存器和ROM資源；基于迭代譯碼的編碼算法實現(xiàn)簡單，但是吞吐量不高，且不容易構造高性能的好碼。 本文在研究了上述幾種碼構造和編碼算法之后，結合編譯碼器綜合實現(xiàn)的復雜度考慮，提出了一種切實可行的基于二次擴展（Dex，Duplex Expansion）的QC-LDPC碼構造方法，以實現(xiàn)高吞吐量的LDPC碼收發(fā)端；并且充分利用該類碼校驗矩陣準循環(huán)移位結構的特點，結合RU算法，提出了一種新編碼器的設計方案。 基于二次擴展的QC-LDPC碼構造方法，是通過對母矩陣先后進行亂序擴展（Pex，Permutation Expansion）和循環(huán)移位擴展（CSEx，Cyclic Shift Expansion）實現(xiàn)的。在此基礎上，為了實現(xiàn)可變碼長、可變碼率，一般編譯碼器需同時支持多個亂序擴展和循環(huán)移位擴展的擴展因子。本文所述二次擴展構造方法的特點在于，固定循環(huán)移位擴展的擴展因子大小不變，支持多個亂序擴展的擴展因子，使得譯碼器結構得以精簡；構造得到的碼字具有近似規(guī)則碼的結構，便于硬件實現(xiàn)；（偽）隨機生成的循環(huán)移位系數(shù)能夠提高碼字的誤碼性能，是對硬件實現(xiàn)和誤碼性能的一種折中。 新編碼器在很大程度上考慮了資源的復用，使得實現(xiàn)復雜度近似與碼長成正比。考慮到吞吐量的要求，新編碼器結構完全拋棄了RU算法中串行的前向替換（FS，F(xiàn)orward Substitution）模塊，同時簡化了流水線結構，由原先RU算法的6級降低為4級；為了縮短編碼延時，設計時安排每一級流水線計算所需的時鐘數(shù)大致相同。 這種碼字構造和編碼聯(lián)合設計方案具有以下優(yōu)勢：相比RU算法，新方案對可變碼長、可變碼率的支持更靈活，吞吐量也更大；相比基于生成矩陣的編碼算法，新方案節(jié)省了50％以上的寄存器和ROM資源，單位資源下的吞吐量更大；相比類似重復累積碼結構的基于迭代譯碼的編碼算法，新方案使高性能LDPC碼的構造更為方便。以上結果都在Xilinx Virtex II pro 70 FPGA上得到驗證。 通過在實驗板上實測表明，上述基于二次擴展的QC-LDPC碼構造和相應的編碼方案能夠實現(xiàn)高吞吐量LDPC碼收發(fā)端，在實際應用中具有很高的價值。 目前，LDPC碼正向著非規(guī)則、自適應、信源信道及調(diào)制聯(lián)合編碼方向發(fā)展。跨層聯(lián)合編碼的構造方法，及其對應的編碼算法，也必將成為信道編碼理論未來的研究重點。
上傳時間： 2013-07-26
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GPS（全球定位系統(tǒng)）是美國建立的高精度衛(wèi)星定位導航系統(tǒng)，高動態(tài)GPS接收機可應用于衛(wèi)星、飛機、高速列車等許多場合。高動態(tài)給GPS信號帶來很大的多普勒頻移和多普勒頻移變化率，普通民用接收機無法正常工作。適用于高動態(tài)條件的接收機可以有效消除多普勒頻移及其變化率對信號接收的影響，提高導航定位精度。 本文在深入研究GPS的系統(tǒng)組成、工作原理以及信號格式的基礎上，重點研究高動態(tài)條件下C/A碼和載波的捕獲與跟蹤方案。論文的主要工作如下： 1．深入研究擴頻信號的各種捕獲算法，提出了一種適用于高動態(tài)的基于FFT的C/A碼快速捕獲算法； 2．研究擴頻碼跟蹤和載波跟蹤技術，設計了載波輔助的碼跟蹤環(huán)路——數(shù)字延遲鎖定環(huán)（DLL）及一種叉積自動頻率跟蹤環(huán)（CPAFC）與科斯塔斯（Costas）環(huán)相結合的載波跟蹤方案，并在MATLAB環(huán)境下建立系統(tǒng)模型，對環(huán)路參數(shù)進行了詳細的設計； 3．初步完成了GPS接收機基帶處理模塊核心單元的FPGA設計和功能仿真。
上傳時間： 2013-07-10
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糾錯碼技術是一種通過增加一定冗余信息來提高信息傳輸可靠性的有效方法。RS碼是一種典型的糾錯碼，在線性分組碼中，它具有最強的糾錯能力，既能糾正隨機錯誤，也能糾正突發(fā)錯誤，在深空通信、移動通信、磁盤陣列、光存儲及數(shù)字視頻廣播(DVB)等系統(tǒng)中具有廣泛的應用。 DVD是一種高容量的存儲媒質。DVD技術的應用很廣泛，在數(shù)字技術中占有重要地位。DVD系統(tǒng)中采用里德-所羅門乘積碼(RS-PC：Reed-Solomon ProductCode)進行糾錯，RS碼譯碼器在伺服芯片中具有重要作用。 FPGA在開發(fā)階段具有安全、方便、可隨時修改設計等不可替代的優(yōu)點，在電子系統(tǒng)中采用FPGA可以極大的提升硬件系統(tǒng)設計的靈活性，可靠性，同時提高硬件開發(fā)的速度和降低系統(tǒng)的成本。FPGA的固有優(yōu)點使其得到越來越廣泛的應用，F(xiàn)PGA設計技術也被越來越多的設計人員所掌握。 本文首先介紹了編碼理論和常用的RS編譯碼算法，提出RS編碼器實現(xiàn)方案，詳細分析了譯碼器的ME算法和改進BM算法的實現(xiàn)，針對ME算法提出了一種流水線結構的糾刪糾錯RS譯碼器實現(xiàn)方案，在譯碼器復雜度和延時上作了折衷，降低了譯碼器的復雜度并提高了最高工作頻率，利用有限域乘法器的特性對編譯碼電路進行優(yōu)化。這些技術的采用大大的提高了RS編譯碼器的效率，節(jié)省了RS編譯碼器占用的資源。在Xilinx公司的Virtex-II系列FPGA上設計并成功實現(xiàn)了RS(208，192)編譯碼器。
上傳時間： 2013-07-20
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在傳統(tǒng)的電力電子電路中，DC/DC變換器通常采用模擬電路實現(xiàn)電壓或電流的控制。數(shù)字控制與模擬控制相比，有著顯著的優(yōu)點，數(shù)字控制可以實現(xiàn)復雜的控制策略，同時大大提高系統(tǒng)的可靠性和靈活性，并易于實現(xiàn)系統(tǒng)的智能化。但目前數(shù)字控制基本上限于電力傳動領域，DC/DC變換器由于其開關頻率較高，一般其外圍功能由DSP或微處理器完成，而控制的核心，如PWM發(fā)生等大多采用專用控制芯片實現(xiàn)。FPGA由于其快速性、靈活性及保密性等優(yōu)點，近年來在數(shù)字控制領域受到越來越多的關注。基于FPGA的DC/DC變換器是電力電子領域重要的研究方向之一。本文研究了同步Buck變換器的建模、設計及仿真，采用Xinlix的VIRTEX-Ⅱ PRO FPGA開發(fā)板實現(xiàn)了Buck變換器的全數(shù)字控制。 論文首先從Buck變換器的理論分析入手，根據(jù)它的物理特性，研究了該變換器的狀態(tài)空間平均模型和小信號分析。為了獲得高性能的開關電源，提出并分析了混雜模型設計方案，然后進行了控制器設計。并采用MATLAB/SIMULINK建立了同步Buck電路的仿真模型，并進行仿真研究。浮點仿真的運算精度與溢出問題，影響了仿真的精度。為了克服這些不足，作者采用了定點仿真方法，得到了滿意的仿真結果。論文還著重論述了開關電源的數(shù)字控制器部分，數(shù)字控制器一般由三個主要功能模塊組成：模數(shù)轉換器、數(shù)字脈寬調(diào)制器(Digital PulseWidth Modulation：DPWM)和數(shù)字補償器。文中重點研究了DPWM和數(shù)字補償器，闡述了目前高頻數(shù)字控制變換器中存在的主要問題，特別是高頻狀態(tài)下DPWM分辨率較低，影響控制精度，甚至引起極限環(huán)(Limit Cycling)現(xiàn)象，對DPWM分辨率的提高與系統(tǒng)硬件工作頻率之間的矛盾、DPWM分辨率與A/D分辨率之間的關系等問題作了全面深入的分析。論文提出了一種新的提高DPWM分辨率的方法，該方法在不提高系統(tǒng)硬件頻率的前提下，采用軟件使DPWM的分辨率大大提高。作者還設計了兩種數(shù)字補償器，并進行了分析比較，選擇了合適的補償算法，達到了改善系統(tǒng)性能的目的。 設計完成后，作者使用ISE 9.1i軟件進行了FPGA實現(xiàn)的前、后仿真，驗證了所提出理論及控制算法的正確性。作者完成了Buck電路的硬件制作及基于FPGA的軟件設計，采用32MHz的硬件晶振實現(xiàn)了11-bit的DPWM分辨率，開關頻率達到1MHz，得到了滿意的系統(tǒng)性能，論文最后給出了仿真和實驗結果。
上傳時間： 2013-07-23
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在航空航天，遙感測量，安全防衛(wèi)以及家用影視娛樂等領域，要求能及時保存高清晰度的視頻信號供后期分析、處理、研究和欣賞。因此，研究一套處理速度快，性能可靠，使用方便，符合行業(yè)相關規(guī)范的高清視頻編解碼系統(tǒng)是十分必要的。 本文首先介紹了高清視頻的發(fā)展歷史。并就當前相關領域的發(fā)展闡述了高清視頻編解碼系統(tǒng)的設計思路，提出了可行的系統(tǒng)設計方案。基于H.264的高清視頻編碼系統(tǒng)對處理器的要求非常高，一般的DSP和通用處理器難以達到性能要求。本系統(tǒng)選擇富士通公司最新的專用視頻編解碼芯片MB86H51，實時編解碼分辨率達到1080p的高清視頻。芯片具有壓縮率高，功耗低，體積小等優(yōu)點。系統(tǒng)的控制設備由三塊FPGA芯片和ARM控制器共同完成。FPGA芯片分別負責視頻輸入輸出，碼流輸入輸出和主編解碼芯片的控制。ARM作為上層人機交互的控制器，向系統(tǒng)使用者提供操作界面，并與主控FPGA相連。方案實現(xiàn)了高清視頻的輸入，實時編碼和碼流存儲輸出等功能于一體，能夠編碼1080p的高清視頻并存儲在硬盤中。系統(tǒng)開發(fā)的工作難點在于FPGA的程序設計與調(diào)試工作。其次，詳細介紹了FPGA在系統(tǒng)中的功能實現(xiàn)，使用的方法和程序設計。使用VHDL語言編程實現(xiàn)I2C總線接口和接口控制功能，利用stratix系列FPGA內(nèi)置的M4K快速存儲單元實現(xiàn)128K的命令存儲ROM，并對設計元件模塊化，方便今后的功能擴展。編程實現(xiàn)了PIO模式的硬盤讀寫和SDRAM接口控制功能，實現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)存儲功能。利用時序狀態(tài)機編程實現(xiàn)主芯片編解碼控制功能，完成編解碼命令的發(fā)送和狀態(tài)讀取，并對設計思路，調(diào)試結果和FPGA資源使用情況進行分析。著重介紹設計中用到的最新芯片及其工作方式，分析設計過程中使用的最新技術和方法。有很強的實用價值。最后，論文對系統(tǒng)就不同的使用情況提出了可供改進的方案，并對與高清視頻相關的關鍵技術作了分析和展望。
標簽： 高清視頻 編解碼 系統(tǒng)控制 模塊設計
上傳時間： 2013-07-26
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本文介紹了一種基于現(xiàn)場可編程門陣列FPGA器件的電子密碼鎖的設計方法。重點闡述了紅外遙控電子密碼鎖的整體架構設計；介紹了一種由PT2248作為發(fā)送器，MIM-R1AA 38KHZ紅外一體化接收解調(diào)器作為接收器的紅外遙控系統(tǒng)的構建方法；詳細說明了如何運用EDA技術自頂向下的設計方法，來實現(xiàn)基于XILINX公司出品的Spartan-3E系列FPGA芯片的紅外遙控解碼、密碼鎖的解鎖、密碼修改、報警提示及液晶顯示等功能。在分析紅外遙控電子密碼鎖各功能模塊時，本論文詳細闡述了各模塊的功能及外部接口信號，給出了各模塊的仿真波形以及整個系統(tǒng)的測試流程和測試結果。本論文在介紹Spartan-3E系列FPGA芯片的特點和性能的同時，利用Spartan-3E系列的XC3S500芯片中的KCPSM3和自行設計完成的狀態(tài)機控制器分別實現(xiàn)液晶顯示控制器，通過比較分析得知KCPSM3實現(xiàn)的控制器，在對FPGA的資源利用方面更加合理，實現(xiàn)更加便捷。 本論文利用紅外遙控技術解鎖，大大提高了電子密碼鎖的安全性能；采用FPGA開發(fā)設計，所有算法完全由硬件電路來實現(xiàn)，使得系統(tǒng)的工作可靠性大為提高，同時由于FPGA具有在系統(tǒng)可編程功能，當設計需要更改時，只需更改FPGA中的控制和接口電路，利用EDA工具將更新后的設計下載到FPGA中即可，無需更改外部電路的設計，大大提高了設計的效率。因此，采用FPGA開發(fā)的數(shù)字系統(tǒng)，不僅具有很高的工作可靠性，其升級與改進也極其方便。
上傳時間： 2013-06-19
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信號發(fā)生器是控制系統(tǒng)的重要組成部分。研制出較高精度、可靠性、可調(diào)參數(shù)的數(shù)字量信號發(fā)生器，對于促進我國航空、航天、國防以及工業(yè)自動化等領域的發(fā)展均有重要意義。本文以直接頻率合成和偽隨機碼的設計與實現(xiàn)為中心，對擴頻通信的基本理論、信號源的結構、載波調(diào)制等問題進行了深入的分析和研究，并給出了模塊的硬件實現(xiàn)方案。 現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)設計靈活、速度快，在數(shù)字專用集成電路的設計中得到了廣泛的應用。論文介紹了FPGA技術的發(fā)展和應用，包括VHDL語言的基本語法結構和FPGA器件的開發(fā)設計流程等等。詳細地分析了各類頻率合成器的基礎上提出采用直接數(shù)字式頻率合成原理(DDS)實現(xiàn)低相位噪聲、高分辨率、高精度和高穩(wěn)定度的信號源。研究了測距偽隨機碼的原理，確定選用移位序列作為系統(tǒng)的擴頻碼序列，并選取了符合本系統(tǒng)使用的移位序列擴頻碼。分別給出并分析了相應的FPGA硬件實現(xiàn)電路。 對于載波調(diào)制這一關鍵技術，提出了采用二進制相移鍵控相位選擇法并相應作了硬件實現(xiàn)。最后給出具體設計實現(xiàn)了的信號發(fā)生器的輸出波形。經(jīng)實驗室測試，設計的信號發(fā)生器滿足要求，且結構簡單、工作可靠、重量輕、體積小，具有良好的應用前景。
上傳時間： 2013-04-24
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擴頻通信技術是信息時代的三大高技術通信傳輸方式之一，與常規(guī)的通信技術相比。具有低截獲率、強抗噪聲、抗干擾性，具有信息隱蔽和多址通信等特點，目前已從軍事領域向民用領域迅速發(fā)展。在民用化之后，它被迅速推廣到各種公用和專用通信網(wǎng)絡之中，如衛(wèi)星通信、數(shù)據(jù)傳輸、定位、測距等系統(tǒng)中。 擴頻通信技術中，最常見的是直接序列擴頻通信(DSSS)系統(tǒng)，然而目前專用擴頻芯片大部分功能都已固化。缺少產(chǎn)品開發(fā)的靈活性。其次，目前用FPGA與DSP相結合實現(xiàn)的直接序列擴頻的收發(fā)系統(tǒng)比較多，系統(tǒng)復雜且成本高。另外，現(xiàn)代擴頻通信系統(tǒng)在接收和發(fā)送端需要完成許多快速復雜的信號處理，這對電路的可靠性和處理速度提出了更高的要求。因此，設計一個全部用FPGA技術實現(xiàn)的擴頻通信收、發(fā)系統(tǒng)具有較強的實際應用價值。 根據(jù)FPGA的高速并行處理能力和全硬件實現(xiàn)的特點，采用直接序列擴頻技術，借助QuartusⅡ6.0及Protel99se工具，完成了系統(tǒng)的軟件仿真和硬件電路設計。實驗結果表明，比用傳統(tǒng)的FPGA與DSP相結合實現(xiàn)方式，提高了處理速度，減少了硬件延時。同時采用了流水線技術，提高了系統(tǒng)并行處理的能力。并且系統(tǒng)功能可以通過程序來修改和升級，與專用擴頻芯片相比，具有很大的靈活性。所有模塊都集成在一個芯片中，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
上傳時間： 2013-05-18
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