在合成孔徑雷達的研究和研制工作中，合成孔徑雷達模擬技術(shù)具有十分重要的作用。本文以440MHz帶寬線性調(diào)頻信號，采樣頻率500MHz高分辨合成孔徑雷達視頻模擬器為研究對象。首先對模擬器的幾項主要技術(shù)進行分析，在對點目標回波信號模型分析研究的基礎(chǔ)上，對點目標原始回波數(shù)據(jù)進行模擬并做了成像驗證，從而為硬件實現(xiàn)提供了正確的信號模型；針對傳統(tǒng)的“波形存儲直讀法”方案，即在計算機平臺上用模擬軟件產(chǎn)生原始回波數(shù)據(jù)并存儲，再通過計算機接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，最后完成數(shù)模轉(zhuǎn)換產(chǎn)生視頻信號這一過程，分析指出該方案在實現(xiàn)高分辨率時的速度和容量瓶頸。 針對具體的設(shè)計要求，圍繞速度和容量問題，本文著眼于高分辨率SAR模擬器的FPGA實現(xiàn)研究，指出FPGA實時生成點目標原始回波數(shù)據(jù)是其實現(xiàn)的核心；針對這一核心問題，充分利用現(xiàn)代VLSI設(shè)計中的流水線技術(shù)與并行陣列技術(shù)以及FPGA的優(yōu)良性能和豐富資源，在時間上采用同步流水結(jié)構(gòu)、空間上采用并行陣列形式，將速度和容量問題統(tǒng)一為數(shù)據(jù)的高速生成問題；給出了系統(tǒng)總體設(shè)計思想，該方案不需要大容量存儲器單元，大大減少模擬器復(fù)雜度；對原始回波數(shù)據(jù)實時生成模塊的各主要單元給出了結(jié)構(gòu)并進行了仿真，結(jié)果表明FPGA可以滿足課題設(shè)計要求；同時，對該模擬器片上系統(tǒng)的實現(xiàn)、增強人機交互性，給出了人機界面的設(shè)計思路。 分析指出了點目標原始回波數(shù)據(jù)實時生成模塊通過并行擴展即可實現(xiàn)多點目標的原始回波數(shù)據(jù)實時生成；最后對復(fù)雜場景目標模擬器的實現(xiàn)進行了構(gòu)思，指出了傳統(tǒng)方案在改進的基礎(chǔ)上實現(xiàn)高分辨率視頻模擬器的可行性。本文首次提出以FPGA實現(xiàn)高分辨率合成孔徑雷達原始回波數(shù)據(jù)實時生成的思想，為國內(nèi)業(yè)界在此方向做了一些理論和實踐上的有益探索，對于國內(nèi)高分辨率合成孔徑雷達的研制具有一定的實際意義。
標簽： FPGA USB 性能 數(shù)據(jù)采集模塊
上傳時間： 2013-05-26
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頻率合成技術(shù)廣泛應(yīng)用于通信、航空航天、儀器儀表等領(lǐng)域。目前，常用的頻率合成技術(shù)有直接式頻率合成，鎖相頻率合成和直接數(shù)字頻率合成(DDS)。本次設(shè)計是利用FPGA完成一個DDS系統(tǒng)并利用該系統(tǒng)實現(xiàn)模擬信號的數(shù)字化調(diào)頻。 DDS是把一系列數(shù)字量形式的信號通過D/A轉(zhuǎn)換形成模擬量形式的信號的合成技術(shù)。主要是利用高速存儲器作查尋表，然后通過高速D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生已經(jīng)用數(shù)字形式存入的正弦波(或其他任意波形)。一個典型的DDS系統(tǒng)應(yīng)包括：相位累加器，可在時鐘的控制下完成相位的累加；相位碼—幅度碼轉(zhuǎn)換電路，一般由ROM實現(xiàn)；DA轉(zhuǎn)換電路，將數(shù)字形式的幅度碼轉(zhuǎn)換成模擬信號。DDS系統(tǒng)可以很方便地獲得頻率分辨率很精細且相位連續(xù)的信號，也可以通過改變相位字改變信號的相位，因此也廣泛用于數(shù)字調(diào)頻和調(diào)相。本次數(shù)字化調(diào)頻的基本思想是利用AD轉(zhuǎn)換電路將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，同時用該數(shù)字信號與一個固定的頻率字累加，形成一個受模擬信號幅度控制的頻率字，從而獲得一個頻率受模擬信號的幅度控制的正弦波，即實現(xiàn)了調(diào)頻。該DDS數(shù)字化調(diào)頻方案的硬件系統(tǒng)是以FPGA為核心實現(xiàn)的。使用Altera公司的ACEX1K系列FPGA，整個系統(tǒng)由VHDL語言編程，開發(fā)軟件為MAX+PLUSⅡ。經(jīng)過實際測試，該系統(tǒng)在頻率較低時與理論值完全符合，但在高頻時，受器件速度的限制，波形有較大的失真。
標簽： FPGA DDS 數(shù)字化 調(diào)頻
上傳時間： 2013-06-14
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數(shù)字超聲診斷設(shè)備在臨床診斷中應(yīng)用十分廣泛，研制全數(shù)字化的醫(yī)療儀器已成為趨勢。盡管很多超聲成像儀器設(shè)計制造中使用了數(shù)字化技術(shù)，但是我們可以說現(xiàn)代VLSI 和EDA 技術(shù)在其中并沒有得到充分有效的應(yīng)用。隨著現(xiàn)代電子信息技術(shù)的發(fā)展，PLD 在很多與B 型超聲成像或多普勒超聲成像有關(guān)的領(lǐng)域都得到了較好的應(yīng)用，例如數(shù)字通信和相控雷達領(lǐng)域。 在研究現(xiàn)代超聲成像原理的基礎(chǔ)上，我們首先介紹了常見的數(shù)字超聲成像儀器的基本結(jié)構(gòu)和模塊功能，同時也介紹了現(xiàn)代FPGA 和EDA 技術(shù)。隨后我們詳細分析討論了B 超中，全數(shù)字化波束合成器的關(guān)鍵技術(shù)和實現(xiàn)手段。我們設(shè)計實現(xiàn)了片內(nèi)高速異步FIFO 以降低采樣率，仿真結(jié)果表明資源使用合理且訪問時間很小。正交檢波方法既能給出灰度超聲成像所需要的回波的幅值信息，也能給出多普勒超聲成像所需要的回波的相移信息。我們設(shè)計實現(xiàn)了基于直接數(shù)字頻率合成原理的數(shù)控振蕩器，能夠給出一對幅值和相位較平衡的正交信號，且在FPGA 片內(nèi)實現(xiàn)方案簡單廉價。數(shù)控振蕩器輸出波形的頻率可動態(tài)控制且精度較高，對于隨著超聲在人體組織深度上的穿透衰減，導(dǎo)致回波中心頻率下移的聲學(xué)物理現(xiàn)象，可視作將回波接收機的中心頻率同步動態(tài)變化進行補償。 還設(shè)計實現(xiàn)了B 型數(shù)字超聲診斷儀前端發(fā)射波束聚焦和掃描控制子系統(tǒng)。在單片F(xiàn)PGA 芯片內(nèi)部設(shè)計實現(xiàn)了聚焦延時、脈寬和重復(fù)頻率可動態(tài)控制的發(fā)射驅(qū)動脈沖產(chǎn)生器、線掃控制、探頭激勵控制、功能碼存儲等功能模塊，功能仿真和時序分析結(jié)果表明該子系統(tǒng)為設(shè)計實現(xiàn)高速度、高精度、高集成度的全數(shù)字化超聲診斷設(shè)備打下了良好的基礎(chǔ)，將加快其研發(fā)和制造進程，為生物醫(yī)學(xué)電子、醫(yī)療設(shè)備和超聲診斷等方面帶來新思路。
標簽： FPGA 全數(shù)字 中的應(yīng)用 超聲診斷儀
上傳時間： 2013-06-18
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針對現(xiàn)代中低壓電網(wǎng)電能質(zhì)量的監(jiān)測及諧波治理的需要，論文綜合運用嵌入式技術(shù)、現(xiàn)代信號處理技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)設(shè)計了一種新型低功耗、集成化的電網(wǎng)參數(shù)監(jiān)測儀。此系統(tǒng)實現(xiàn)了對三相電網(wǎng)相/線電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、電網(wǎng)頻率、功率因數(shù)以及三相電壓、電流的31次以內(nèi)諧波的實時監(jiān)測。 論文分析了基于微處理器的電力系統(tǒng)基本參數(shù)的測量原理；對被測信號的交流參量通過抽樣方法獲得，由多點的抽樣數(shù)據(jù)統(tǒng)計得到的結(jié)果可以減小隨機誤差的影響；基于DFT和FFT的諧波測量原理，將FFT應(yīng)用于諧波分析獲得信號的頻域參數(shù)；針對諧波測量中的混疊誤差設(shè)計了二階抗混疊濾波器；分析了非同步采樣和對非時限信號的截斷造成的頻譜泄露和柵欄效應(yīng)及其對諧波測量精度的影響。討論了常用的幾種窗函數(shù)對頻譜泄漏的抑制作用，在此基礎(chǔ)上選擇加海明窗對采樣信號進行處理；針對DDS具有高精度頻率合成的特點，將其應(yīng)用到電網(wǎng)信號的采樣上，提高了采樣的同步性，使得測量精度滿足了系統(tǒng)的要求。上述方法需要大量快速的迭代運算，系統(tǒng)微處理器選用了32位ARM芯片LPC2132，提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力和實時性。系統(tǒng)供電電源采用了開關(guān)電源、減小了體積，提高了效率；完成了下位機數(shù)據(jù)采集部分、二階抗混疊濾波器、測頻電路及通信模塊電路的設(shè)計；最后介紹了軟件設(shè)計部分，主要包含了數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)過程，F(xiàn)FT程序的設(shè)計，給出了各部分程序的流程圖；系統(tǒng)上位機軟件設(shè)計了電網(wǎng)數(shù)據(jù)處理程序，該軟件以LabWindows/CVI6.0為開發(fā)平臺，利用CVI豐富的庫函數(shù)，完成對數(shù)據(jù)的處理、顯示和記錄等工作，并采用雙線程運行模式，在數(shù)據(jù)采集和處理的同時完成了顯示、命令的發(fā)送和運行曲線等功能。 按上述方案設(shè)計的樣機經(jīng)過三次電路制作與軟件調(diào)試，主要技術(shù)參數(shù)達到了設(shè)計要求，通過了實驗室測試，目前正在電力系統(tǒng)諧波治理系統(tǒng)中進行工業(yè)實驗。
標簽： ARM 電網(wǎng)參數(shù) 儀的研制 監(jiān)測
上傳時間： 2013-04-24
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單相交流串勵電動機由于啟動轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)速高、體積小等一系列的特點，在電動工具、家用電器，尤其是小家電和吸塵器上獲得了十分廣泛的應(yīng)用。論文對單相交流串勵電動機的發(fā)熱和振動特性進行研究。 在第二章，通過討論電機的發(fā)熱理論及其影響因素，結(jié)合實際建立了數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)得出一個工程上比較實用的公式，用來計算馬達堵轉(zhuǎn)時的溫升，還編寫了一個電腦程序來仿真計算馬達堵轉(zhuǎn)時的溫升。 在第三章，討論了電機轉(zhuǎn)子和支撐組成的振動系統(tǒng)在多自由度和各種情況下的振動。應(yīng)用杜哈梅積分式和傅立葉分析法將機械振動和電磁干擾聯(lián)系起來，將機械振動問題轉(zhuǎn)化為二階電路的問題來進行處理。并且提出觀點：1.先測量出機械振動的頻譜圖或電磁噪音的Db-Freq頻譜圖，再用反傅立葉分解的方法將它們合成，得到周期性的激勵的形狀。2.由激勵(力信號或電信號)所產(chǎn)生的波在弦內(nèi)進行傳播，信號經(jīng)過衰減，輻射，在邊界處反射，然后跟下一列波迭加，直到成為穩(wěn)定的干擾信號。 在第四章，對樣機進行測試，并和電腦仿真結(jié)果進行了比較。結(jié)果表明二者的偏差在2.5％以內(nèi)。
上傳時間： 2013-07-31
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頻率直接數(shù)字合成芯片，有C51和AVR單片機的控制程序
上傳時間： 2013-06-17
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DDS（Direct Digital Synthesis直接數(shù)字頻率合成技術(shù)）是廣泛應(yīng)用的信號生成方法，其優(yōu)點是易于程控，輸出頻率分辨率高，同時芯片的集成度高，適合于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計。針對現(xiàn)有的壓電陶瓷電源輸出波形頻率、相位等不能程控、電路集成度不高、體積和功耗較大等問題，本文以ARM作為控制電路核心，引入DDS技術(shù)產(chǎn)生輸出的波形信號，并由集成高壓運放將波形信號提高至輸出級的電壓和功率。 在壓電陶瓷電源硬件電路中采用了模塊化設(shè)計，主要分為ARM控制電路、DDS系統(tǒng)驅(qū)動電路和波形調(diào)理電路、高壓運放電路等幾個部分。電源控制電路以三星公司的S3C2440控制器為核心，以觸摸屏作為人機輸入界面；DDS芯片選用ADI公司的AD9851，設(shè)計了DDS系統(tǒng)外圍驅(qū)動電路，濾波和信號調(diào)理電路，并應(yīng)用了將DDS與鎖相環(huán)技術(shù)相結(jié)合的雜散問題解決方案；高壓運放電路由兩級運放電路組成，采用了電壓控制型驅(qū)動原理，放大電路的核心是PA92集成高壓運放，加入了補償電路以提高系統(tǒng)的響應(yīng)帶寬，并在電源輸出設(shè)置了過電流保護和快速放電的放電回路。 電源軟件部分采用WINCE嵌入式系統(tǒng)，根據(jù)WINCE系統(tǒng)驅(qū)動架構(gòu)設(shè)計DDS芯片的流接口程序，編寫了流接口函數(shù)和配置文件，并將流驅(qū)動程序集成入WINCE系統(tǒng)；編寫了基于EVC的觸摸屏人機界面主程序，由主程序?qū)⒂脩糨斎雲(yún)?shù)轉(zhuǎn)換為DDS芯片的控制字，并采用動態(tài)加載流驅(qū)動方式將控制字送入DDS芯片實現(xiàn)了對其輸出的控制。 對電源進行了不同典型波形輸出的測試實驗。在實驗中，測試了DDS信號波形輸出的精度和分辨率、電源動態(tài)輸出精度和對信號波形的跟隨性和響應(yīng)性能。實驗表明，壓電陶瓷電源輸出信號波形精度較高，對波形、頻率等參數(shù)改變的響應(yīng)速度快，達到電源輸出穩(wěn)定性要求。
上傳時間： 2013-04-24
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地鐵信號設(shè)備中輸入輸出設(shè)備是信號邏輯和現(xiàn)場設(shè)備之間的接口，有著四高（高安全，高可靠，高可維護，高可用）要求，目前信號系統(tǒng)廠家的傳統(tǒng)做法是整個信號系統(tǒng)產(chǎn)品由一家公司來完成，可是隨著技算機技術(shù)的快速發(fā)展，邏輯部份目前已可以采用通用COTS產(chǎn)品，而輸入輸出部分還是需要各個信號廠家自己設(shè)計和生產(chǎn)，因此設(shè)計出一款通用型的輸入輸出控制器已成地鐵行業(yè)的發(fā)展方向。 為了滿足以上要求，本文從實際應(yīng)用角度出發(fā)，使信號系統(tǒng)的產(chǎn)品更加的開放透明，設(shè)計出基于ARM的地鐵用安全型的智能I/O，從而使信號系統(tǒng)設(shè)計可以方便地和現(xiàn)場信號設(shè)備接口。 在硬件上采用冗余設(shè)計，以ARM為主處理器，整個系統(tǒng)無單點硬件故障，采集部分采用動態(tài)異或輸入設(shè)計，驅(qū)動部分采用安全驅(qū)動設(shè)計。 基于ARM的地鐵用安全智能I/O嚴格遵循歐洲鐵路信號產(chǎn)品的標準，使系統(tǒng)的安全性，可靠性，可用性和可維護性有了充分的保障。 本文主要介紹了地鐵用安全型智能I/O控制器的設(shè)計和實現(xiàn)，包括設(shè)計思想，具體實施，硬件和軟件的設(shè)計等。
上傳時間： 2013-06-12
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經(jīng)濟的快速發(fā)展使得人們越來越注重生活質(zhì)量，對于有害氣體的檢測成為人們的迫切要求，我國氣敏傳感器發(fā)展迅速，但由于氣敏傳感器的高阻值特性及接口電路復(fù)雜等原因，氣敏傳感器測量裝置發(fā)展緩慢。在了解氣敏傳感器的氣敏機理及氣敏傳感器的工作原理的前提下，設(shè)計了一種新型的氣體濃度測量裝置，并將采集到的信號處理后通過無線傳輸設(shè)備傳送。該裝置以ARM7為內(nèi)核的LPC2131 作為微處理器，利用其強大的數(shù)據(jù)計算處理能力及控制能力,設(shè)計出了顯示氣體濃度值的測量電路。此外由于因LPC2131 內(nèi)部集成了多種硬件電路接口，有效地降低了成本，減小了裝置體積。 在無線傳輸部分，采用挪威Nordic公司的單片射頻收發(fā)器nRF403，nRF403工作在433或315MHz國際上通用的ISM頻段,雙工作頻段可以自由切換,FSK 調(diào)制解調(diào),采用直接數(shù)字合成DSS和鎖相環(huán)穩(wěn)頻PLL 進行頻率合成,頻率穩(wěn)定性好,發(fā)射數(shù)據(jù)時無方向性要求,在高速移動和振動等情況有抗干擾能力。本測量裝置的設(shè)計主要包括硬件和軟件兩大部分。硬件部分由四部分組成：數(shù)據(jù)采集電路、ARM系統(tǒng)模塊電路設(shè)計、無線收發(fā)電路模塊、顯示模塊組成。軟件部分的設(shè)計包括：通道選擇程序設(shè)計、A/D轉(zhuǎn)換程序設(shè)計、信號處理程序（算法）、無線收發(fā)程序、液晶模塊程序設(shè)計、以及PC端應(yīng)用程序設(shè)計。經(jīng)過實際的測量，本裝置可對外界氣體濃度進行準確的測量，精度保持誤差在1.5％以內(nèi)。本裝置具有高靈敏度、小型、簡單、低耗等優(yōu)點。
標簽： ARM 氣敏傳感器 無線傳輸系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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視頻監(jiān)控以其直觀方便、準確、信息內(nèi)容豐富而廣泛應(yīng)用于許多場合，已經(jīng)滲透到交通、城市治安、國防等多種領(lǐng)域，甚至家庭安防，在人們的日常生活中扮演著越來越重要的作用。 由于傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、穩(wěn)定性可靠性不高、價格昂貴而且傳輸距離明顯受限的缺點。近年來，隨著計算機、網(wǎng)絡(luò)、電子與通信、圖像處理等技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用而生。 本文針對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實際需求，結(jié)合嵌入式技術(shù)、圖像處理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，設(shè)計并實現(xiàn)了一種實時性好、可靠性高、成本低的嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)以ARM9微處理器作為硬件平臺，以具有開發(fā)資源豐富、免費等優(yōu)勢的Linux操作系統(tǒng)作為軟件開發(fā)平臺。該系統(tǒng)采用以太網(wǎng)作為網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)，并使用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。視頻數(shù)據(jù)的傳輸協(xié)議選擇了支持組播技術(shù)的RTP/RTCP傳輸協(xié)議，客戶端在Linux下實現(xiàn)了基于SDL庫視頻顯示。 論文首先描述了嵌入式系統(tǒng)與視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展及相關(guān)技術(shù)，分析了國內(nèi)外視頻監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，對視頻監(jiān)控系統(tǒng)研究的背景和意義進行了闡述，并討論了幾種常見的視頻監(jiān)控解決方案，對幾種目前流行的視頻壓縮算法進行了對比；然后，提出了嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的軟、硬件總體架構(gòu)，并逐步對硬件平臺和軟件模塊設(shè)計進行了選擇和細化。其中，硬件平臺根據(jù)視頻數(shù)據(jù)采集以及處理需要選擇了攝像頭和存儲器；軟件設(shè)計中，首先完成了嵌入式系統(tǒng)的交叉開發(fā)環(huán)境搭建，針對ARM-Linux特性，完成了在開發(fā)板上操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)等移植，最后完成了Linux下V4L視頻采集、JPEG圖像壓縮、RTP/RTCP網(wǎng)絡(luò)傳輸、SDL庫視頻顯示以及avi格式視頻文件保存等。 此外，對系統(tǒng)構(gòu)建過程中所用到的某些關(guān)鍵技木進行了較為詳盡的探討和研究，這對于從事相關(guān)科研工作的同仁們具有一定的參考價值。
標簽： ARM 嵌入式 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控 系統(tǒng)設(shè)計
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