本文主要介紹了如何運用可編程邏輯器件(FPGA)實現電機的變頻調速控制系統。 目前，電機控制芯片主要有兩種選擇。一種是專用集成芯片(ASIC)，一種是單片機(MCU)或數字信號處理器(DSP)。而FPGA的數字資源豐富、工作頻率高、可在系統編程等特點使得開發靈活、開發周期相對短，可以取代前二種通用的方式。本文利用80C196KC和FPGA控制感應電機，簡化了硬件和軟件設計，并充分利用了FPGA的快速性，利用FPGA，除本身可以用來控制電機以外：可以制成通用的“IP核”應用到MCU(或DSP)，或是作為片內外設，這樣就節約了片內資源；另外，它還是ASIC設計的驗證的必經階段，這是本文選題和工作的意義。本文設計的FPGA調速控制系統以及2個IP核，下載到芯片，通過驗證。 本文第一章緒論介紹了可編程邏輯器件的發展、應用，以及EDA的發展歷程，還介紹了ASIC等。針對FPGA的快速發展，論述了它在變頻調速技術應用中的優勢。 第二章介紹了交流電動機變頻調速技術及其相關技術的發展和應用情況。著重介紹了電壓空間矢量調制方式，以及矢量控制技術、技術發展。 第三章詳細介紹了SVPWM調速系統整個系統的FPGA設計，給出了設計思路、具體方案、邏輯時序分析；最后給出了軟件仿真結果和實驗波形對照。文中還給出了SVPWM調速系統運用的FPGA設計結果，驅動電機，得到實驗波形。論證了FPGA在調速系統應用中的可行性和意義。 第四章介紹了作者針對課題相關的一些內容所設計出的IP核，給出的實驗結果等。 論文最后，對本課題所做的工作進行了簡單的總結。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著數字信號處理技術應用的不斷深入，數字信號處理系統的實現面臨著很多挑戰，其中面臨的四個主要問題是：速度、設計規模、功耗和開發周期。因此許多數字信號處理的實現方法被提出，其中基于FPGA的實現技術就是其中的重要技術之一。 本文以數字信號處理系統的實現為應用背景，著重研究了基于FPGA的數字濾波器實現技術。本文分為兩個主要部分： 第一部分以Xilinx公司的FPGA為例，總結了FPGA設計的基本方法及設計流程，并在此基礎上介紹了一種用于產品快速開發的設計方式—基于SystemGenerator的設計方式，這種設計方式向數字信號處理系統的設計者提供了自上而下的FPGA解決方案。 第二部分系統地研究了基于FPGA的數字濾波器實現技術。該部分首先研究了三種適合于FPGA的FIR濾波器實現方法，直接結構、轉置結構及分布式算法。其次，討論了針對直接結構FIR濾波器的乘法器優化技術，CSD編碼和系數分解，以及針對轉置結構FIR濾波器的乘法器優化技術，簡化加法器圖，并結合實例給出了它們的優化效果。再次，介紹了直接結構FIR濾波器中常用多操作數加法實現方法，二叉樹和Wallace樹，并在Wallace樹的基礎上提出了一種適合于FPGA的1比特多操作數加法結構，這種實現結構在實現采樣字長與系數字長均為l比特的FIR濾波器時，使FPGA的資源利用率得到明顯提高。最后還給出了三種FIR濾波器實現方法在FPGA中應用的優缺點及其適用性，并給出了一個帶通濾波器的設計實例。 論文的研究成果已應用于“北斗一號”導航定位接收機中。
上傳時間： 2013-08-01
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激光測距技術被廣泛應用于現代工業測量、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脈沖激光測距技術(STPLR)特別是其中的雙自觸發脈沖激光測距技術(BSTPLR)，通過分析發現其核心部件之一就是用于測量激光脈沖飛行時間(周期)的高精度高速計數器，而目前一般的方式是采用昂貴的進口高速計數器或專用集成電路(ASIC)來完成，這使得激光測距儀在研發、系統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，本文研究了采用現場可編程門陣列(FPGA)來實現脈沖激光測距中的高精度高速計數及其他相關功能，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。數據處理模塊則主要由單片機(AT89C51)來實現。系統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： 2013-04-24
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微電子技術的發展，特別是可編程邏輯器件的產生加速了電子設計技術的發展，現代電子設計技術的核心日趨轉向基于計算機的電子設計自動化技術，即EDA技術。EDA技術采用的自頂向下設計流程代替了原有的自下而上設計流程，縮短了集成電路的開發周期，節省了開發費用，促進了集成電路的發展。布局布線是計算機設計自動化的一個重要環節，也是計算機輔助設計的一個重要課題，其性能的好壞直接影響到電子設計自動化技術的可靠性。 本文首先介紹了布局布線前的背景知識，然后對學術上成熟的VPR布局布線工具所采用的算法進行了闡述，分別介紹用于布局的模擬退火算法和布線的A*迭代式迷宮搜索算法，最后重點研究了自動布線算法，并作出了以下改進；根據FPGA布線算法的需要對雙向啟發式搜索算法進行了相應的理論分析及改進；基于VPR實現了網線遞增排序方法，并與網線遞減排序進行了比較；在原有的時序驅動布線啟發式函數中引入了面積約束條件以節約FPGA布線的面積。 通過對測試數據的分析比較，發現：引入雙向啟發式搜索算法能大大增加布線拆線的速度；遞增有序比遞減有序布線減少了運行時間；時序驅動布線算法中引入面積約束后，大大減少了布線面積。
上傳時間： 2013-07-17
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機械手是自動裝配生產線上必不可少的設備，它可以模擬人手臂的部分動作，按預定的程序、軌跡和要求，實現抓取、搬運和裝配等工作。在減輕人的勞動強度、提高裝配質量和提高裝配效率等方面，起到了積極的作用。本文基于ARM和FPGA嵌入式系統，開展了機械手控制系統的研發工作，實現了機械手的自動控制。 嵌入式ARM處理器，具有運行速度快、功耗低、程序設計靈活、外圍硬件資源豐富等優點，但其普通輸入輸出口的高低電平變化周期最快只能到1微妙左右，不適合高速輸入輸出；FPGA芯片高速輸入輸出數據，時間可縮短至幾十納秒。通過ARM處理器和FPGA技術的有機結合，發揮各自的優勢，使系統具有程序設計靈活、以太網通信、大容量存儲、高速數據輸山、低成本等特點，滿足高速機械手自動控制的要求。 本文分析了ARM和FPGA系統，以及機械手控制系統的功能要求；設計硬件模塊、接口電路；闡述了系統軟件的設計過程，包括啟動代碼U—BOOT、操作系統μCLinux的移植；并介紹了如何利用便件描述語言VHDL來實現機械手邏輯控制。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著電子技術的發展,當前數字系統的設計正朝著速度快、容量大、體積小、重量輕的方向發展.FPGA以其功能強大,開發過程投資少、周期短,可反復修改,保密性能好,開發工具智能化等特點成為當今硬件設計的首選方式之一.由于Intel公司的MCS-51系列單片機被公認為8位機的工業標準,因此,使用FPGA模擬實現8051單片機及其外設的功能便成為大規模復雜數字系統設計中的重要課題.該文首先介紹了FPGA及Xilinx公司關于硬件設計開發的工具ISE系統,繼而用VHDL語言編寫了8051單片機功能實現的源代碼,然后為其設計了與部分外設連接的接口模塊,包括8255并行接口、SCI串行接口和KBC鍵盤接口模塊.并將它們封裝到一塊FPGA之中,最終實現了8051單片機的大部分功能.
上傳時間： 2013-07-28
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本文主要介紹了基于FPGA的無線信道盲均衡器的設計與實現,在算法上選擇了比較成熟的DDLMS和CMA相結合的算法,結構上采用四路正交FIR濾波器模型.在設計的過程中我們采取了用MATLAB進行算法仿真,VerilogHDL語言進行FPGA設計的策略.在硬件描述語言的設計流程中,信道盲均衡器運用了Top-Down的模塊化設計方法,大大縮短了設計周期,提高了系統的穩定性和可擴展性.測試結果表明均衡器所有的性能指標均達到預定目標,且工作性能良好,均衡效果較為理想,能夠滿足指標要求.本課題所設計和實現的信道盲均衡器,為FPGA芯片設計技術做了有益的探索性嘗試,對今后無線通信系統中的單芯片可編程系統(SOPC)的設計運用有著積極的借鑒意義.
上傳時間： 2013-05-28
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現場可編程邏輯門陣列(FPGA)具有開發周期短、成本小、風險低和現場可靈活配置等優點,可以在更短的時間實現更復雜的功能,使得基于FPGA的開發平臺的研究成為工業界和學術界日益關注的問題.基于FPGA的高集成度、高可靠性,可將整個設計系統下載于同一芯片中,實現片上系統,從而大大縮小其體積,因此以FPGA為代表的可編程邏輯器件應用日益廣泛.在國外,FPGA技術發展與應用已達到相當高的程度;而在國內,FPGA技術發展仍處在起步階段,與國外相比還存在較大的差距.本文提出了一種FPGA通用接口開發平臺的設計思路,研制了一種FPGA快速實驗開發裝置,對研制過程中遇到的軟、硬件問題加以歸納總結,提高了系統運行效率.分別研究了基于FPGA器件Altera公司的FLEX6000的字符型LCD、PC機ISA總線,基于FLEX10K的圖像點陣型LCD、PC機PCI總線接口中.最后通過一個通用實驗裝置系統的設計和實現,綜合上述應用,介紹了FPGA實驗系統的軟件開發環境,實現了基于FGPA的交通信號燈邏輯控制和電子鐘,研究了FPGA技術在通用接口控制器設計中的應用.
上傳時間： 2013-04-24
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隨著信息技術的發展，系統級芯片SoC(System on a Chip)成為集成電路發展的主流。SoC技術以其成本低、功耗小、集成度高的優勢正廣泛地應用于嵌入式系統中。通過對8位增強型CPU內核的研究及其在FPGA(Field Programmable Gate Arrav)上的實現，對SoC設計作了初步研究。 在對Intel MCS-8051的匯編指令集進行了深入地分析的基礎上，按照至頂向下的模塊化的高層次設計流程，對8位CPU進行了頂層功能和結構的定義與劃分，并逐步細化了各個層次的模塊設計，建立了具有CPU及定時器，中斷，串行等外部接口的模型。 利用5種尋址方式完成了8位CPU的數據通路的設計規劃。利用有限狀態機及微程序的思想完成了控制通路的各個層次模塊的設計規劃。利用組合電路與時序電路相結合的思想完成了定時器，中斷以及串行接口的規劃。采用邊沿觸發使得一個機器周期對應一個時鐘周期，執行效率提高。使用硬件描述語言實現了各個模塊的設計。借助EDA工具ISE集成開發環境完成了各個模塊的編程、調試和面向FPGA的布局布線；在Synplify pro綜合工具中完成了綜合；使用Modelsim SE仿真工具對其進行了完整的功能仿真和時序仿真。 設計了一個通用的擴展接口控制器對原有的8位處理器進行擴展，加入高速DI，DO以及SPI接口，增強了8位處理器的功能，可以用于現有單片機進行升級和擴展。 本設計的CPU全面兼容MCS-51匯編指令集全部的111條指令，在時鐘頻率和指令的執行效率指標上均優于傳統的MCS-51內核。本設計以硬件描述語言代碼形式存在可與任何綜合庫、工藝庫以及FPGA結合開發出用戶需要的固核和硬核，可讀性好，易于擴展使用，易于升級，比較有實用價值。本設計通過FPGA驗證。
上傳時間： 2013-04-24
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傳感器是測控系統的重要組成部分，但有些傳感器，如增量式或絕對式旋轉編碼器，因無配套的二次儀表，給使用帶來不便。有些傳感器雖然可以買到配套的儀表，但價格昂貴，功能單一且功能無法擴展。為此，本課題以設計一種通用性強，功能擴展方便的測量儀表為目的，將計算機技術與嵌入式微處理器技術用于測量儀表當中，設計一種基于ARM的嵌入式智能儀表。課題主要研究工作包括： 1.在分析比較各種二次儀表功能的基礎上，提出了基于ARM的嵌入式智能儀表設計方案。搭建了儀表的硬件平臺。 2.軟件設計實現了μC/OS-Ⅱ嵌入式系統在ARM7微控制器上的移植。在此基礎上，對嵌入式系統進行了一定的擴展，編寫了LCD驅動程序，調用了串口通信，A/D轉換等模塊的API函數，建立了多任務環境，使儀表兼具PWM脈寬調制功能、數據采集、顯示和傳輸功能。 3.通過增量式、絕對式旋轉編碼器實驗、轉矩轉速傳感器實驗、輸出模擬信號的角度傳感器實驗和PWM輸出實驗驗證儀表的功能。 RTOS平臺的構建，降低了軟件設計的復雜度，提高了系統的實時性和靈活性，縮短了開發周期。經過實驗驗證，該儀表能夠準確測定頻率信號、模擬信號及數字信號。
上傳時間： 2013-04-24
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