本課題是國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目“微型燃?xì)廨啓C(jī)一高速發(fā)電機(jī)分布式發(fā)電與能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)研究”(50437010)的部分研究內(nèi)容。高速電機(jī)的體積小、功率密度大和效率高，正在成為電機(jī)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。高速電機(jī)的主要特點(diǎn)有兩個：一是轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)，二是定子繞組電流和鐵心中磁通的高頻率，由此決定了不同于普通電機(jī)的高速電機(jī)特有的關(guān)鍵技術(shù)。本文針對高速永磁電機(jī)的機(jī)械與電磁特性及其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入地研究，主要包括以下內(nèi)容： 首先，進(jìn)行了高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)計與強(qiáng)度分析。根據(jù)永磁體抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度的特點(diǎn)，提出了一種采用整體永磁體外加非導(dǎo)磁高強(qiáng)度合金鋼護(hù)套的新型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。永磁體與護(hù)套之間采用過盈配合，用護(hù)套對永磁體施加的靜態(tài)預(yù)壓力抵消高速旋轉(zhuǎn)離心力產(chǎn)生的拉應(yīng)力，使永磁體高速旋轉(zhuǎn)時仍承受一定的壓應(yīng)力，從而保證永磁轉(zhuǎn)子的安全運(yùn)行。基于彈性力學(xué)厚壁筒理論與有限元接觸理論，建立了新型高速永磁轉(zhuǎn)子應(yīng)力計算模型，確定了護(hù)套和永磁體之間的過盈量，計算了永磁體和護(hù)套中的應(yīng)力分布。該種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度計算方法已應(yīng)用于高速永磁電機(jī)的樣機(jī)設(shè)計。 其次，進(jìn)行了高速永磁轉(zhuǎn)子的剛度分析和磁力軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速計算。基于電磁場理論分析了磁力軸承支承的各向同性，利用氣隙靜態(tài)偏置磁通密度計算了磁力軸承的線性支承剛度，在對高速電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)離散化的基礎(chǔ)上建立了磁力軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學(xué)方程，采用有限元法計算了高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。利用該計算方法設(shè)計的1臺采用磁力軸承的高速電機(jī)，已成功實(shí)現(xiàn)60000r/min的運(yùn)行。 再次，進(jìn)行了高速永磁電機(jī)的定子設(shè)計，提出了一種新型環(huán)形繞組結(jié)構(gòu)。環(huán)型繞組線圈的下層邊放在定子鐵心的6個槽中，而上層邊分布在定子鐵心軛部外緣的24個槽中，不但增加了定子表面的通風(fēng)散熱面積，使冷卻氣流直接冷卻定子繞組，更為重要的是，解決了傳統(tǒng)2極電機(jī)繞組端部軸向過長的難題，使轉(zhuǎn)子軸向長度大為縮短，從而增加了高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的剛度。 然后，采用場路耦合以及解析與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，分析計算了高速永磁電機(jī)的損耗和溫升，并對高速永磁發(fā)電機(jī)的電磁特性進(jìn)行了仿真。高速電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是體積小和功率密度大，然而隨之而來的缺點(diǎn)是單位體積的損耗大，以及因散熱面積小造成的散熱困難。損耗和溫升的準(zhǔn)確計算對高速電機(jī)的安全運(yùn)行至關(guān)重要。為了準(zhǔn)確計算高速電機(jī)的高頻鐵耗，對定子鐵心所采用的各向異性冷軋電工鋼片制作的試件，進(jìn)行了不同頻率和不同軋制方向的導(dǎo)磁性能和損耗系數(shù)測定。然后采用場路耦合的方法，分析計算了高速電機(jī)的定子鐵耗和銅耗、轉(zhuǎn)子護(hù)套和永磁體內(nèi)的高頻附加損耗以及轉(zhuǎn)子表面的風(fēng)磨損耗。在損耗分析的基礎(chǔ)上，計算了高速電機(jī)的溫升。最后，設(shè)計制造了一臺額定轉(zhuǎn)速為60000r/min的高速永磁電機(jī)試驗(yàn)樣機(jī)，并進(jìn)行了初步的試驗(yàn)研究。測量了電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下空載運(yùn)行時的定、轉(zhuǎn)子溫升及定子繞組的反電動勢波形。通過與仿真結(jié)果的對比，部分驗(yàn)證了高速永磁電機(jī)理論分析和設(shè)計方法的正確性。在此基礎(chǔ)上，提出一種高速永磁電機(jī)的改進(jìn)設(shè)計方案，為進(jìn)一步的研究工作打下了基礎(chǔ)。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著人們生活水平的提高，肥胖逐漸成為一種社會疾病，肥胖容易使人患上阻塞性睡眠呼吸暫停綜合癥，嚴(yán)重影響生活質(zhì)量，嚴(yán)重時甚至危及生命。研制性能良好低成本的呼吸機(jī)有很好的實(shí)際意義。本論文論述了一種基于dsPIC30F3010控制器及無刷直流電機(jī)(BrushlessDirectCurrentMotor，簡稱BLDCM)的呼吸機(jī)控制器，實(shí)現(xiàn)了反電勢法無位置傳感器無刷直流電機(jī)的運(yùn)行控制。 論文從基本電磁定律出發(fā)，分析了無刷直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理，建立了無刷直流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上詳細(xì)分析了“反電勢法”無刷直流電機(jī)控制原理，深入研究了三種反電勢過零檢測方法，并對檢測電路移相產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置誤差進(jìn)行了分析，給出了補(bǔ)償方法。 對無刷直流電動機(jī)無位置傳感器控制中的關(guān)鍵問題——起動方法進(jìn)行研究，介紹了“反電勢法”無刷直流電機(jī)控制常用的起動方法，深入討論了“三段式”起動技術(shù)。針對傳統(tǒng)“三段式”起動的缺點(diǎn)，論文提出了一種新的外同步到自同步的切換方式。 綜合上述，本系統(tǒng)以dsPIC30F3010單片機(jī)為控制器，設(shè)計了“反電勢法”無刷直流電機(jī)無位置傳感器控制系統(tǒng)的硬件電路，詳細(xì)介紹了電路各個組成部分的工作原理，同時介紹了控制系統(tǒng)中采用的硬件抗干擾措施。結(jié)合dsPIC30F3010的特點(diǎn)，充分利用其片內(nèi)的資源，設(shè)計了系統(tǒng)的軟件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明系統(tǒng)能夠控制電機(jī)順利起動，而且實(shí)現(xiàn)了電機(jī)正確的換相和穩(wěn)定的運(yùn)行。
上傳時間： 2013-07-26
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高性能ADC產(chǎn)品的出現(xiàn)，給混合信號測試領(lǐng)域帶來前所未有的挑戰(zhàn)。并行ADC測試方案實(shí)現(xiàn)了多個ADC測試過程的并行化和實(shí)時化，減少了單個ADC的平均測試時間，從而降低ADC測試成本。 本文實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的ADC并行測試方法。在閱讀相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)了常用ADC參數(shù)測試方法和測試流程。使用FPGA實(shí)現(xiàn)時域參數(shù)評估算法和頻域參數(shù)評估算法，并對2個ADC在不同樣本數(shù)條件下進(jìn)行并行測試。 通過在FPGA內(nèi)部實(shí)現(xiàn)ADC測試時域算法和頻域算法相結(jié)合的方法來搭建測試系統(tǒng)，完成音頻編解碼器WM8731L的控制模式接口、音頻數(shù)據(jù)接口、ADC測試時域算法和頻域算法的FPGA實(shí)現(xiàn)。整個測試系統(tǒng)使用Angilent 33220A任意信號發(fā)生器提供模擬激勵信號，共用一個FPGA內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的采樣時鐘控制模塊。并行測試系統(tǒng)將WM8731.L片內(nèi)的兩個獨(dú)立ADC的串行輸出數(shù)據(jù)分流成左右兩通道，并對其進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換。然后對左右兩個通道分別配置一個FFT算法模塊和時域算法模塊，并行地實(shí)現(xiàn)了ADC參數(shù)的評估算法。 在樣本數(shù)分別為128和4096的實(shí)驗(yàn)條件下，對WM8731L片內(nèi)2個被測.ADC并行地進(jìn)行參數(shù)評估，被測參數(shù)包括增益GAIN、偏移量OFFSET、信噪比SNR、信號與噪聲諧波失真比SINAD、總諧波失真THD等5個常用參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過在FPGA內(nèi)配置2個獨(dú)立的參數(shù)計算模塊，可并行地實(shí)現(xiàn)對2個相同ADC的參數(shù)評估，減小單個ADC的平均測試時間。 FPGA片內(nèi)實(shí)時評估算法的實(shí)現(xiàn)節(jié)省了測試樣本傳輸至自動測試機(jī)PC端的時間。而且只需將HDL代碼多次復(fù)制，就可實(shí)現(xiàn)多個被測ADC在同一時刻并行地被評估，配置靈活。基于FPGA的ADC并行測試方法易于實(shí)現(xiàn)，具有可行性，但由于噪聲的影響，測試精度有待進(jìn)一步提高。該方法可用于自動測試機(jī)的混合信號選項(xiàng)卡或測試子系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞：ADC測試；并行；參數(shù)評估；FPGA；FFT
上傳時間： 2013-07-11
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近年來，以FPGA為代表的數(shù)字系統(tǒng)現(xiàn)場集成技術(shù)取得了快速的發(fā)展，F(xiàn)PGA不但解決了信號處理系統(tǒng)小型化、低功耗、高可靠性等問題，而且基于大規(guī)模FPGA單片系統(tǒng)的片上可編程系統(tǒng)(SOPC)的靈活設(shè)計方式使其越來越多的取代ASIC的市場。傳統(tǒng)的通用信號處理系統(tǒng)使用DSP作為處理核心，系統(tǒng)的可重構(gòu)型不強(qiáng)，F(xiàn)PGA解決了這一問題，并且現(xiàn)有的FPGA中，多數(shù)已集成DSP模塊，結(jié)合FPGA較強(qiáng)的信號并行處理特性使其與DSP信號處理能力差距很小。因此，F(xiàn)PGA作為處理核心的通用信號處理系統(tǒng)具有很強(qiáng)的可實(shí)施性。 @@ 基于上述要求，作者設(shè)計和完成了一個基于多FPGA的通用實(shí)時信號處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用4片XC3SD1800A作為處理核心，使用DDR2 SDRAM高速存儲實(shí)時數(shù)據(jù)。作者通過全面的分析，設(shè)計了核心板、底板和應(yīng)用板分離系統(tǒng)架構(gòu)。該平臺能夠根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活的搭配，核心板之間的數(shù)據(jù)傳輸采用了LVDS(低電壓差分信號)技術(shù)，從而使得數(shù)據(jù)能夠穩(wěn)定的以非常高的速率進(jìn)行傳輸。 @@ 本系統(tǒng)屬于高速數(shù)字電路的設(shè)計范疇，因此必須重視信號完整性的設(shè)計與分析問題，作者根據(jù)高速電路的設(shè)計慣例和軟件輔助設(shè)計的方法，在分析和論證了阻抗控制、PCB堆疊、PCB布局布線等約束的基礎(chǔ)上，順利地完成了PCB繪制與調(diào)試工作。 @@ 作為系統(tǒng)設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，作者還在文中研究了在系統(tǒng)設(shè)計過程中出現(xiàn)的電源完整性問題，并給出了解決辦法。 @@ LVDS高速數(shù)據(jù)通道接口和DDR2存儲器接口設(shè)計決定本系統(tǒng)的使用性能，本文基于所選的FPGA芯片進(jìn)行了詳細(xì)的闡述和驗(yàn)證。并結(jié)合系統(tǒng)的核心板和底板，完成了應(yīng)用板，視頻圖像采集、USB、音頻、LCD和LED矩陣模塊顯示等接口的設(shè)計工作，對其中的部分接口進(jìn)行了邏輯驗(yàn)證。 @@ 經(jīng)過測試，該通用的信號處理平臺具有實(shí)時性好、通用性強(qiáng)、可擴(kuò)展和可重構(gòu)等特點(diǎn)，能夠滿足當(dāng)前一些信號處理系統(tǒng)對高速、實(shí)時處理的要求，可以廣泛應(yīng)用于實(shí)時信號處理領(lǐng)域。通過本平臺的研究和開發(fā)工作，為進(jìn)一步研究和設(shè)計通用、實(shí)時信號處理系統(tǒng)打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。 @@關(guān)鍵詞：通用實(shí)時信號處理；FPGA；信號完整性；DDR2；LVDS
標(biāo)簽： FPGA 實(shí)時信號 處理系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-27
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隨著社會的發(fā)展，人們對電力需求特別是電能質(zhì)量的要求越來越高。但由于非線性負(fù)荷大量使用，卻帶來了嚴(yán)重的電力諧波污染，給電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行帶來嚴(yán)重影響，給供用電設(shè)備造成危害。如何最大限度的減少諧波造成的危害，是目前電力系統(tǒng)領(lǐng)域極為關(guān)注的問題。諧波檢測是諧波研究中重要分支，是解決其它相關(guān)諧波問題的基礎(chǔ)。因此，對諧波的檢測和研究，具有重要的理論意義和實(shí)用價值。 目前使用的電力系統(tǒng)諧波檢測裝置，大多基于微處理器設(shè)計。微處理器是作為整個系統(tǒng)的核心，它的性能高低直接決定了產(chǎn)品性能的好壞。而這種微處理器為主體構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)，存在效率低、資源利用率低、程序指針易受干擾等缺點(diǎn)。由于微電子技術(shù)的發(fā)展，特別是專用集成電路ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，使得設(shè)計電力系統(tǒng)諧波檢測專用的集成電路成為可能，同時為諧波檢測裝置的硬件設(shè)計提供了一個新的發(fā)展途徑。本文目標(biāo)就是設(shè)計電力系統(tǒng)諧波檢測專用集成電路，從而可以實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)諧波的高精度檢測。采用專用集成電路進(jìn)行諧波檢測裝置的硬件設(shè)計，具有體積小，速度快，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，由于應(yīng)用范圍廣，需求量大，電力系統(tǒng)諧波檢測專用集成電路具有很好的應(yīng)用前景。 本文首先介紹了國內(nèi)外現(xiàn)行諧波檢測標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)研了電力系統(tǒng)諧波檢測的發(fā)展趨勢；隨后根據(jù)裝置的功能需求，特別是依據(jù)其中諧波檢測國標(biāo)參數(shù)的測量算法，為系統(tǒng)選定了基于FPGA的SOPC設(shè)計方案。 本文分析了電力系統(tǒng)諧波檢測專用集成電路的功能模型，對專用集成電路進(jìn)行了模塊劃分。定義了各模塊的功能，并研究了模塊間的連接方式，給出了諧波檢測專用集成電路的并行結(jié)構(gòu)。設(shè)計了基于FPGA的諧波檢測專用集成電路設(shè)計和驗(yàn)證的硬件平臺。配合專用集成電路的電子設(shè)計自動化(EDA)工具構(gòu)建了智能監(jiān)控單元專用集成電路的開發(fā)環(huán)境。 在進(jìn)行FPGA具體設(shè)計時，根據(jù)待實(shí)現(xiàn)功能的不同特點(diǎn)，分為用戶邏輯區(qū)域和Nios處理器模塊兩個部分。用戶邏輯區(qū)域控制A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模擬信號的采樣，并對采樣得到的數(shù)字量進(jìn)行諧波分析等運(yùn)算。然后將結(jié)果存入片內(nèi)的雙口RAM中，等待Nios處理器的訪問。Nios處理器對數(shù)據(jù)處理模塊的結(jié)果進(jìn)一步處理，得到其各自對應(yīng)的最終值，并將結(jié)果通過串行通信接口發(fā)送給上位機(jī)。 最后，對設(shè)計實(shí)體進(jìn)行了整體的編譯、綜合與優(yōu)化工作，并通過邏輯分析儀對設(shè)計進(jìn)行了驗(yàn)證。在實(shí)驗(yàn)室條件下，對監(jiān)測指標(biāo)的運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該監(jiān)測裝置滿足了電力系統(tǒng)諧波檢測的總體要求。
標(biāo)簽： FPGA 電力系統(tǒng) 諧波檢測
上傳時間： 2013-04-24
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隨著計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字視頻在信息社會中發(fā)揮著越來越重要的作用，視頻傳輸系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于交通管理、工業(yè)監(jiān)控、廣播電視、銀行、商場等多個領(lǐng)域。同時，F(xiàn)PGA單片規(guī)模的不斷擴(kuò)大，在FPGA芯片內(nèi)部實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)字信號處理系統(tǒng)也成為現(xiàn)實(shí)，因此采用FPGA實(shí)現(xiàn)視頻壓縮和傳輸已成為一種最佳選擇。 本文將視頻壓縮技術(shù)和光纖傳輸技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計了一種基于無損壓縮算法的多路數(shù)字視頻光纖傳輸系統(tǒng)，系統(tǒng)利用時分復(fù)用和無損壓縮技術(shù)，采用串行數(shù)字視頻傳輸?shù)姆绞剑稍谝桓饫w中同時傳輸8路以上視頻信號。系統(tǒng)在總體設(shè)計時，確定了基于FPGA的設(shè)計方案，采用ADI公司的AD9280和AD9708芯片實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換，在FPGA里實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的時分復(fù)用/解復(fù)用、視頻數(shù)據(jù)壓縮/解壓縮和線路碼編解碼，利用光收發(fā)一體模塊實(shí)現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換和光電轉(zhuǎn)換。視頻壓縮采用LZW無損壓縮算法，用Verilog語言設(shè)計了壓縮模塊和解壓縮模塊，利用Xilinx公司的IP核生成工具Core Generator生成FIFO來緩存壓縮/解壓縮單元的輸入輸出數(shù)據(jù)，光纖線路碼采用CIMT碼，設(shè)計了編解碼模塊，解碼過程中，利用數(shù)字鎖相環(huán)來實(shí)現(xiàn)發(fā)射與接收的幀同步，在ISE8.2和Modelsim仿真環(huán)境下對FPGA模塊進(jìn)行了功能仿真和時序仿真，并在Spartan-3E開發(fā)板和視頻擴(kuò)展板上完成了系統(tǒng)的硬件調(diào)試與驗(yàn)證工作，實(shí)驗(yàn)證明，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，圖像清晰，實(shí)時傳輸效果好，可用于交通、安防、工業(yè)監(jiān)控等多個領(lǐng)域。 本文將視頻壓縮和線路碼編解碼在FPGA里實(shí)現(xiàn)，利用FPGA的并行處理優(yōu)勢，大大提高了系統(tǒng)的處理速度，使系統(tǒng)具有集成度高、靈活性強(qiáng)、調(diào)試方便、抗干擾能力強(qiáng)、易于升級等特點(diǎn)。
標(biāo)簽： FPGA 數(shù)字視頻 光纖傳輸系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-27
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目前，數(shù)字信號處理廣泛應(yīng)用于通信、雷達(dá)、聲納、語音與圖像處理等領(lǐng)域，信號處理算法理論己趨于成熟，但其具體硬件實(shí)現(xiàn)方法卻值得探討。FPGA是近年來廣泛應(yīng)用的超大規(guī)模、超高速的可編程邏輯器件，由于其具有高集成度、高速、可編程等優(yōu)點(diǎn)，大大推動了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的單片化、自動化，縮短了單片數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計周期、提高了設(shè)計的靈活性和可靠性，在超高速信號處理和實(shí)時測控方面有非常廣泛的應(yīng)用。本文對FPGA的數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)進(jìn)行研究，基于FPGA在數(shù)據(jù)采樣控制和信號處理方面的高性能和單片系統(tǒng)發(fā)展的新熱點(diǎn)，把FPGA作為整個數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的控制核心。主要研究內(nèi)容如下： FPGA的單片系統(tǒng)研究。針對數(shù)據(jù)采集與處理，對FPGA進(jìn)行選型，設(shè)計了基于FPGA的單片系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。把整個控制系統(tǒng)分為三個部分：多通道采樣控制模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，存儲控制模塊。 多通道采樣控制模塊的設(shè)計。利用4片AD7506和一片AD7862對64路模擬量進(jìn)行周期采樣，分別設(shè)計了通道選擇控制模塊和A/D轉(zhuǎn)換控制模塊，并進(jìn)行了仿真，完成了基于FPGA的多通道采樣控制。 數(shù)據(jù)處理模塊的設(shè)計。FFT算法在數(shù)字信號處理中占有重要的地位，因此本文研究了FFT的硬件實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，提出了用FPGA實(shí)現(xiàn)FFT的一種設(shè)計思想，給出了總體實(shí)現(xiàn)框圖。分別設(shè)計了旋轉(zhuǎn)因子復(fù)數(shù)乘法器，碟形運(yùn)算單元，存儲器，控制器，并分別進(jìn)行了仿真。重點(diǎn)設(shè)計實(shí)現(xiàn)了FFT算法中的蝶形處理單元，采用了一種高效乘法器算法設(shè)計實(shí)現(xiàn)了蝶形處理單元中的旋轉(zhuǎn)因子乘法器，從而提高了蝶形處理器的運(yùn)算速度，降低了運(yùn)算復(fù)雜度。理論分析和仿真結(jié)果表明，狀態(tài)機(jī)控制器成功地對各個模塊進(jìn)行了有序、協(xié)調(diào)的控制。 存儲控制模塊的設(shè)計。利用閃存芯片K9K1G08UOA對采集處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，設(shè)計了FPGA與閃存的硬件連接，設(shè)計了存儲控制模塊。 本文對FFT算法的硬件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究，結(jié)合單片系統(tǒng)的特點(diǎn)，把整個系統(tǒng)分為多通道采樣控制模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，存儲控制模塊進(jìn)行設(shè)計和仿真。設(shè)計采用VHDL編寫程序的源代碼。仿真測試結(jié)果表明，此FPGA單片系統(tǒng)可完成對實(shí)時信號的高速采集與處理。
標(biāo)簽： FPGA 數(shù)據(jù)采集 處理技術(shù)
上傳時間： 2013-04-24
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隨著移動終端、多媒體、通信、圖像掃描技術(shù)的發(fā)展，圖像應(yīng)用日益廣泛，壓縮編碼技術(shù)對圖像處理中大量數(shù)據(jù)的存儲和傳輸至關(guān)重要。同時， FPGA單片規(guī)模的不斷擴(kuò)大，在FPGA芯片內(nèi)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)字信號處理系統(tǒng)也成為現(xiàn)實(shí)，因此采用FPGA實(shí)現(xiàn)圖像壓縮已成為一種必然趨勢。JPEG靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用非常廣泛，是圖像壓縮中主要的標(biāo)準(zhǔn)之一。研究JPEG圖像壓縮在FPGA上的實(shí)現(xiàn)，具有廣闊的應(yīng)用背景。 論文從實(shí)際工程應(yīng)用出發(fā)，通過設(shè)計圖像壓縮的IP核，完成JPEG壓縮算法在FPGA上的實(shí)現(xiàn)。首先闡述JPEG基本模式的壓縮編碼的標(biāo)準(zhǔn)，然后在設(shè)計規(guī)劃過程中，采用SOC的設(shè)計思想，給出整個系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、層次劃分，對各個模塊的HDL實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)的描述，最后完成整體驗(yàn)證。方案采用了IP核復(fù)用的設(shè)計技術(shù)，基于Xilinx公司本身的IP核，進(jìn)行了再次開發(fā)。在研究JPEG標(biāo)準(zhǔn)的核心算法DCT的基礎(chǔ)上，加以改進(jìn)，設(shè)計了適合器件結(jié)構(gòu)的基于DA算法的DCT變換的IP核。通過結(jié)構(gòu)和算法的優(yōu)化，提高了速度，減少占用過多的片內(nèi)資源。 設(shè)計基于Xilinx的Virtex- II系列的FPGA的硬件平臺,在ISE7.1中編譯綜合，最后通過Modelsim仿真驗(yàn)證。分辨率為352×288大小的源圖像，在不同的壓縮等級設(shè)置下，均測試通過。仿真驗(yàn)證的結(jié)果表明：基于FPGA的JPEG壓縮編碼占用較少的硬件資源，可在較高的工作頻率下運(yùn)行，設(shè)計在速度和資源利用率方面達(dá)到了較優(yōu)的狀態(tài)，能夠滿足一般圖像壓縮的要求。 整個設(shè)計可以作為單獨(dú)的JPEG編碼芯片也可以作為IP核添加到其他系統(tǒng)中去，具有一定的使用價值。
上傳時間： 2013-04-24
上傳用戶：nairui21
本課題完成了基于FPGA的數(shù)據(jù)采集器以及IIC總線的模數(shù)轉(zhuǎn)換器部分、通訊部分的電路設(shè)計。其中FPGA采用Xilinx公司Spartan-Ⅱ系列的XC2S100芯片，在芯片中嵌入32位軟處理器MicroBlaze;ⅡC總線的模數(shù)轉(zhuǎn)換采用Microchip公司的MCP3221芯片，通訊部分則在FPGA片內(nèi)用VHDL語言實(shí)現(xiàn)。通過上述設(shè)計實(shí)現(xiàn)了“準(zhǔn)單片化”的模擬量和數(shù)字量的數(shù)據(jù)采集和處理。 所設(shè)計的數(shù)據(jù)采集器可以和結(jié)構(gòu)類似的上位機(jī)通訊，本課題完成了在上位機(jī)中用VHDL語言實(shí)現(xiàn)的通信電路模塊。通過上述兩部分工作，將微處理器、數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器等數(shù)字邏輯電路均集成在同一個FPGA內(nèi)部，形成一個可編程的片上系統(tǒng)。FPGA片外僅為模擬器件和開關(guān)量驅(qū)動芯片。FPGA內(nèi)部的硬件電路采用VHDL語言編寫；MCU軟核工作所需要的程序采用C語言編寫。多臺數(shù)據(jù)采集器與服務(wù)器構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。服務(wù)器端軟件用VB開發(fā)，既可以將實(shí)時采集的數(shù)據(jù)以數(shù)字方式顯示，也可以用更加直觀的曲線方式顯示。 由于數(shù)據(jù)采集器是所有自控類系統(tǒng)所必需的電路模塊，所以一個通用的片上系統(tǒng)設(shè)計可以解決各類系統(tǒng)的應(yīng)用問題，達(dá)到“設(shè)計復(fù)用”(DesignReuse)的目的。采用基于FPGA的SOPC設(shè)計的更加突出的優(yōu)點(diǎn)是不必更換芯片就可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計的改進(jìn)和升級，同時也可以降低成本和提高可靠性。
標(biāo)簽： FPGA SOPC 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-12
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本文研究基于ARM與FPGA的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)技術(shù)。論文完成了ARM+FPGA結(jié)構(gòu)的共享存儲器結(jié)構(gòu)設(shè)計，實(shí)現(xiàn)了ARMLinux系統(tǒng)的軟件設(shè)計，包括觸摸屏控制、LCD顯示、正弦插值算法設(shè)計以及各種顯示算法設(shè)計等。同時進(jìn)行了信號的高速采集和處理的實(shí)際測試，對實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。 論文分別從軟件和硬件兩方面入手，闡述了基于ARM處理器和FPGA芯片的高速數(shù)據(jù)采集的硬件系統(tǒng)設(shè)計方法，以及基于ARMLinux操作系統(tǒng)的設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)計和應(yīng)用程序設(shè)計。 硬件方面，在FPGA平臺上，我們首先利用乒乓操作的方式將一路高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成頻率為原來頻率1/4的4路低速數(shù)據(jù)信號，再將這四路數(shù)據(jù)分別存儲到4個FIFO中，然后再對這4個FIFO中的數(shù)據(jù)拼接并存儲在FPGA片上的雙端口雙時鐘RAM中，最后將FPGA的雙端口雙時鐘RAM掛載到ARM系統(tǒng)的總線上，實(shí)現(xiàn)了ARM和FPGA共享存儲器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使ARM處理器可以直接讀取這個雙端口雙時鐘的RAM中的數(shù)據(jù)，從而大大提高了數(shù)據(jù)采集與處理的效率。在采樣頻率控制電路設(shè)計方面，我們通過使FIFO的數(shù)據(jù)存儲時鐘降低為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的1/n實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集頻率降為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的1/n，從而實(shí)現(xiàn)了由FPGA控制的可變頻率的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 軟件方面，為了更有效地管理和拓展系統(tǒng)功能，我們移植了ARMLinux操作系統(tǒng)，并在S3C2410平臺上設(shè)計實(shí)現(xiàn)了基于Linux操作系統(tǒng)的觸摸屏驅(qū)動程序設(shè)計、LCD驅(qū)動程序移植、自定義的FPGA模塊驅(qū)動程序設(shè)計、LCD顯示程序設(shè)計、多線程的應(yīng)用程序設(shè)計。應(yīng)用程序能夠控制FPGA數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作。 在前端采樣頻率為125MHz情況下，系統(tǒng)可以正常工作。能夠?qū)崿F(xiàn)對頻率在5MHz以下的信號波形的直接顯示；對5MHz至40MHz的信號，使用正弦插值算法進(jìn)行處理，顯示效果良好。同時這種硬件結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展性強(qiáng)，可以在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)8路甚至16路緩沖的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可以使系統(tǒng)支持更高的采樣頻率。
標(biāo)簽： FPGA ARM 高速數(shù)據(jù) 采集
上傳時間： 2013-07-04
上傳用戶：林魚2016
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