在機器人學的研究領(lǐng)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(guān)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(guān)節(jié)實驗室機器人特有的機械結(jié)構(gòu)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(guān)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(guān)節(jié)實驗室機器人的本體結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)：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(guān)節(jié)的高速并行驅(qū)動；第三級CPU為交流伺服驅(qū)動處理器，它實現(xiàn)了機器人關(guān)節(jié)伺服電機的精確三閉環(huán)誤差驅(qū)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(shè)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(qū)動，同時還能夠?qū)崟r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(guān)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(shè)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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LAMOST(Large Sky Area Multi-Obiect Fiber Spectroscopy Telescope，大天區(qū)面積多目標光纖光譜天文望遠鏡)需要對焦而上的4 000個光纖定位單元進行精確定位，一個光纖定位單元需要兩個步進電機來驅(qū)動，即需要對8 000個電機進行驅(qū)動控制。如何對這8 000個電機進行有效的控制，是本文主要的研究內(nèi)容。 本義引入EDA(Electronic Design Automation)，技術(shù)，以FPGA和CAN總線為硬件載體來進行設(shè)計。FPGA相比較于DSP，單片機而言，具有10管腳多，資源豐富，使用靈活等優(yōu)點，可以存片內(nèi)集成多個電機的摔制，這樣對于提高系統(tǒng)的集成度，節(jié)約成本無疑有著很大的幫助。 在電機的控制當中，其失步和過沖會直接影響到系統(tǒng)的精度，所以需要對電機脈沖頻率加以控制，對于在平穩(wěn)狀態(tài)下能正常工作的電機，失步往往發(fā)生在啟動停止等脈沖頻率突然發(fā)生改變的時刻。具體實現(xiàn)方法是通過實驗找出一條理想的加減速曲線，再將曲線離散化，并把離散化后的加減速分頻系數(shù)存儲在FPGA片內(nèi)ROM里而，當電機運行到對應(yīng)的步數(shù)時，取出分頻系數(shù)來獲取對應(yīng)的運行頻率。 在LAMOST觀測中，光纖定位單元的零位是個很重要的基準，在每次觀測之前，電機都要回零，理論上電氣零位和機械零位在同一點上，如果電氣檢測到達零位則認為已經(jīng)到達機械零位位置。但是實際中由于裝配等一些原因，可能會出現(xiàn)零位短路和零位斷路的情況。零位斷路是指電機處于機械零位，但是電氣不能檢測到；零位短路是指電機不在機械零位，但是電氣已經(jīng)檢測到處于零位。這兩種情況會造成越界和機械零位一直被擠壓的后果，有可能會損壞光纖定位單元，為了防止這些情況出現(xiàn)，軟件程序中加入了計數(shù)器，從而從有效地保護了光纖定位單元，同時將這些狀況向上反饋，以便維護和檢修。 在本文完成之時，能夠控制驅(qū)動336個光纖定位單元的小系統(tǒng)已經(jīng)在北京天文臺興隆觀測站實際投入運行，并于2007年5月28日獲得首條光譜，取得了不錯的效果。
標簽： 步進電機控制 驅(qū)動系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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超聲診斷技術(shù)具有安全、無痛苦、無損害、方法簡便、適應(yīng)面廣、直觀、顯像清晰、可重復檢查、對軟組織鑒別能力強、診斷準確性高、靈活以及價廉等優(yōu)點，已經(jīng)成為當代醫(yī)學圖像診斷中的首選技術(shù)。眼科超聲診斷儀是超聲診斷中的一種專科設(shè)備，它可以用來診斷視網(wǎng)膜脫落、眼內(nèi)和眼眶腫瘤、玻璃體混濁、出血、眼底病變及眼內(nèi)異物等疾病。近年來，隨著數(shù)字信號處理、硬件軟件設(shè)計能力以及材料學等方面的快速發(fā)展，眼科超聲診斷儀在多方面都有了長足的進步。這其中數(shù)字化眼科超聲診斷儀是發(fā)展的重點。 本文從超聲診斷儀原理及設(shè)計入手，著重描述了該系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)，同時對超聲信號進行數(shù)字化處理的各個子模塊進行了介紹，并結(jié)合各種數(shù)字信號處理方法的特點，對現(xiàn)成可編程門陣列的結(jié)構(gòu)特點、編程原理及設(shè)計流程作了簡單介紹。在此基礎(chǔ)上，著重討論了FIR濾波器的設(shè)計并得以在FPGA實現(xiàn)，應(yīng)用于信號處理各子模塊中。最后通過構(gòu)建實驗模型驗證了系統(tǒng)各階段信號處理的有效性。對正常人體眼球田眼眶進行檢測，獲得了很好的回波信號。本設(shè)計對眼科高頻超聲回波信號具有良好的實時處理能力，達到了設(shè)計要求，具有良好的應(yīng)用前景。
上傳時間： 2013-06-05
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在VTS(Vessel Tramc Services船舶交管系統(tǒng))系統(tǒng)中，雷達信號的處理器的能力己成為制約雷達目標錄取、跟蹤處理能力和可靠性以及整個VTS系統(tǒng)工作的主要因素。隨著區(qū)域性VTS的建立，要求將雷達信號以最高的質(zhì)量和最低的代價遠距離傳輸，而達到這一要求的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)一雷達信息的壓縮處理也將受到雷達信號預處理系統(tǒng)的影響。 因此，研究更有效的VTS雷達信號預處理系統(tǒng)是一項很有價值和實際意義的工作。本文是在前人研究成果的基礎(chǔ)上，面向?qū)嶋H應(yīng)用的需求，主要研究VTS雷達信號預處理算法的設(shè)計方法和實現(xiàn)手段，設(shè)計完成了一個數(shù)字化的雷達原始信號實時采集與處理系統(tǒng)。 本設(shè)計主要包括雷達信號的采集、雜波抑制處理以及與DSP芯片的信號傳輸。在硬件結(jié)構(gòu)上，本設(shè)計采用FPGA完成信號的采集、CFAR處理和雷達信號檢測器的設(shè)計，將大量的以前需要由DSP芯片來完成的算法移植到FPGA中實現(xiàn)，大大減輕了DSP芯片的工作壓力，也減小了系統(tǒng)的體積。 在算法研究中，設(shè)計中重點討論了雜波的抑制方法和目標的檢測方法。本文在研究了大量現(xiàn)有的雷達信號雜波抑制及信號檢測的算法的基礎(chǔ)上，比較了各種算法的優(yōu)劣，最終選擇了一種適合本次設(shè)計要求的CFAR算法和雙極點濾波雷達信號檢測器在FPGA中實現(xiàn)。 論文中對設(shè)計中所采用的方法給出了理論分析、試驗仿真結(jié)果和試驗實際調(diào)試結(jié)果。通過本文所述的設(shè)計和實驗，本文設(shè)計的雷達信號預處理系統(tǒng)對雷達視頻信號的采集與傳輸都有很好的效果，所選用的雜波處理算法對雷達雜波、雨雪雜波和陸地回波都具有較好的抑制作用，能有效地處理雷達雜波中的尖峰成分，使信噪比得到較大改善。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量迅速增長，傳統(tǒng)的路由器已經(jīng)無法滿足網(wǎng)絡(luò)的交換和路由需求。當前，新一代路由器普遍利用了交換式路由技術(shù)，通過使用交換背板以充分利用公共通信鏈路，有效的提高了鏈路的利用率，并使各通信節(jié)點的并行通信成為可能。硬件系統(tǒng)設(shè)計中結(jié)合了專用網(wǎng)絡(luò)處理器，可編程器件各自的特點，采用了基于ASIC，F(xiàn)PGA，CPLD硬件結(jié)構(gòu)模塊化的設(shè)計方法?；贏SIC技術(shù)體系的GSR的出現(xiàn)，使得路由器的性能大大提高。但是，這種路由器主要滿足數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)(文字，圖象)的傳送要求，不能解決全業(yè)務(wù)(語音，數(shù)據(jù)，視頻)數(shù)據(jù)傳送的需要。隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大，矛盾越來越突出，而基于網(wǎng)絡(luò)處理器技術(shù)的新一代路由器，從理論上提出了解決GSR所存在問題的解決方案。 基于網(wǎng)絡(luò)路由器技術(shù)實現(xiàn)的路由器，采用交換FPGA芯片硬件實現(xiàn)的方式，對路由器內(nèi)部各種單播、多播數(shù)據(jù)包進行路由轉(zhuǎn)發(fā)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)路由器與外部數(shù)據(jù)收發(fā)芯片的數(shù)據(jù)通信。本文主要針對路由器內(nèi)部交換FPGA芯片數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)流程的特點，分析研究了傳統(tǒng)交換FPGA所采用的交換算法，針對簡單FIFO算法所產(chǎn)生的線頭阻塞現(xiàn)象，結(jié)合虛擬輸出隊列(VOQ)機制及隊列仲裁算法(RRM)的特點，并根據(jù)實際設(shè)計中各外圍接口芯片，給出了一種消除數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程中出現(xiàn)的線頭阻塞的iSLIP改進算法。針對實際網(wǎng)絡(luò)單播、多播數(shù)據(jù)包在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)處理過程的不同，給出了實際的解決方案。并對FPGA外部SSRAM包緩存帶寬的利用，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的包亂序現(xiàn)象及FPGA內(nèi)部環(huán)回數(shù)據(jù)包的處理流程作了分析并提出了解決方案，有效的提高了路由器數(shù)據(jù)交換性能。 根據(jù)設(shè)計方案所采用的算法的實現(xiàn)方式，結(jié)合FPGA內(nèi)部部分關(guān)鍵模塊的功能特點及性能要求，給出了交換FPGA內(nèi)部可用BlockRam資源合理的分配方案及部分模塊的設(shè)計實現(xiàn)，滿足了實際的設(shè)計要求。所有處理模塊均在xilinx公司的FPGA芯片中實現(xiàn)。
標簽： 網(wǎng)絡(luò) 報文交換 算法 路由器
上傳時間： 2013-04-24
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在船舶交管系統(tǒng)中，雷達信息處理是最重要的組成部分。視頻回波處理中的雜波處理要求實時性很高，大約要在一個距離單元的時間(0.05-0.1us)內(nèi)完成。雜波處理如恒虛警處理本身比較復雜，這類處理過程又要求快速，圖像顯示系統(tǒng)要求及時的把接收到的雷達方位數(shù)據(jù)從極坐標轉(zhuǎn)換成直角坐標。在軟件上實現(xiàn)這些算法雖然精度可以達到，但是實時性問題不能滿足。因此這類問題多采用高速專用數(shù)字設(shè)備來實現(xiàn)。FPGA在數(shù)字信號處理領(lǐng)域有非常廣闊的應(yīng)用前景，以其優(yōu)良的性能在數(shù)字信號處理中發(fā)揮了重大的作用。CORDIC算法可以在硬件上以很高的精度實現(xiàn)一些函數(shù)和運算。針對以上幾點，本文提出了利用CORDIC算法，基于FPGA來實現(xiàn)雷達信號處理和圖像顯示的算法研究，用硬件來實現(xiàn)正弦、余弦、正切、乘法、除法、指數(shù)和對數(shù)等基本函數(shù)和運算，把他們設(shè)計成為可重用的IP core，這樣可以滿足實時性和精度的問題。從而在將來的算法研究中方便的調(diào)用，這樣在算法研究中可以節(jié)約大量的時間，在一定程度上降低研究的難度。 圍繞雷達信號處理和圖像顯示，本次課題設(shè)計主要做了如下工作： 1．對CORDIC算法進行分析和研究，以及它在雷達信號處理和圖像顯示中的影響。 2．成功用硬件描述語言在Xilinx公司軟件ISE的環(huán)境下編寫代碼，在Synplify和Modelsim上做了綜合和仿真。 3．對實驗結(jié)果進行精度和速度分析。 4．對雷達信號處理和圖像顯示的相關(guān)算法進行分析和研究。 5．從實例分析IP core的特點，對算法研究的影響和IP core在雷達信號處理和圖像顯示中的應(yīng)用。 最終在實踐環(huán)節(jié)，成功利用CORDIC算法，在FPGA上實現(xiàn)可重用的IP core，這些IP core能夠以很高的精度實現(xiàn)一些基本函數(shù)和運算，在雷達信號處理與圖像顯示中起到很大的作用。
上傳時間： 2013-07-16
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多相濾波器主要應(yīng)用于脈沖多普勒雷達、通信寬帶數(shù)字接收機、雷達自適應(yīng)波束形成等信號處理領(lǐng)域。在多普勒雷達信號處理中國內(nèi)外關(guān)于FIR濾波器設(shè)計研究的報道較多，而對于IIR濾波器的設(shè)計研究相對較少，原因是IIR多相濾波器的設(shè)計復雜性，使得IIR濾波器在多普勒雷達數(shù)字信號處理中難以發(fā)揮重要作用。本文以脈沖多普勒雷達信號處理為背景，主要研究數(shù)字多相濾波器的特點和設(shè)計方法；進而研究數(shù)字多相濾波器的數(shù)字仿真方法與FPGA實現(xiàn)技術(shù)。對于自主研究、設(shè)計和實現(xiàn)雷達信號處理的各種結(jié)構(gòu)的濾波器具有重要的意義。 本文討論了FIR數(shù)字濾波器和IIR數(shù)字濾波器的特點和區(qū)別。對IIR濾波器的多相結(jié)構(gòu)進行了理論分析，重點研究了IIR多相濾波器的設(shè)計原理。根據(jù)此原理進行IIR濾波器的多相設(shè)計并擴展到多通道和多級結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)本文研究的多普勒雷達回波信號需要四通道處理的要求搭建軟件仿真模型，對所設(shè)計的2級4通道IIR多相濾波器組進行了仿真實驗，給出仿真結(jié)果，并進行了討論。 在完成2級4通道IIR多相濾波器組的軟件仿真后，利用FPGA設(shè)計平臺，對該IIR多相濾波器組進行了設(shè)計仿真和綜合實現(xiàn)。在實現(xiàn)過程中進行了功能仿真和時序仿真兩級仿真驗證，結(jié)果表明在模擬硬件環(huán)境中所設(shè)計的2級4通道IIR多相濾波器組能夠較好地實現(xiàn)多普勒雷達回波信號多通道的劃分和濾波功能要求，驗證了設(shè)計思路和方法的正確性和可行性。
上傳時間： 2013-04-24
上傳用戶：gongxinshiwo@163.com
RFID技術(shù)是一種新興的自動識別技術(shù),具有信息量大、讀取距離遠、可同時讀取多張卡片等特點,被廣泛應(yīng)用于門禁、物流、管理等領(lǐng)域. 虛擬儀器是現(xiàn)代計算機技術(shù)和儀器技術(shù)深層次結(jié)合的產(chǎn)物.虛擬儀器充分利用了計算機的運算、存儲、回放顯示及文件管理等智能化功能,同時把傳統(tǒng)儀器的專業(yè)化功能和面板控件軟件化,使之與計算機結(jié)合構(gòu)成一臺功能完全與傳統(tǒng)硬件儀器相同,同時又充分享用了計算機軟硬件資源的全新虛擬儀器系統(tǒng). Wiegand協(xié)議和ABA協(xié)議作為一種常用的通訊協(xié)議被廣泛的應(yīng)用于RFID讀卡器與上位機之間的通訊以及RFID讀卡器與控制器之間的通訊.本設(shè)計的目的是檢測Wiegand協(xié)議和ABA協(xié)議的數(shù)據(jù)通信是否符合協(xié)議規(guī)定,主要包括脈沖寬度、脈沖間隔等.本設(shè)計包含F(xiàn)PGA和上位機軟件兩部分,FPGA上完成對信號的采樣和對采樣數(shù)據(jù)的儲存和緩沖,上位機完成對采樣數(shù)據(jù)的處理,以及波形的顯示.FPGA上的設(shè)計應(yīng)用Verilog語言在Altera公司的Max+PlusII平臺上進行開發(fā).上位機軟件設(shè)計基于NI公司的圖形化編程軟件LabVIEW.
上傳時間： 2013-05-20
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本文的研究內(nèi)容是在激光測距項目基礎(chǔ)上進行的，分析了各種激光測距方法的利弊，最終選用脈沖激光測距的實現(xiàn)方式，并且對脈沖激光測距系統(tǒng)做了深入研究。 本文設(shè)計了以FPGA為核心的信號處理模塊，實現(xiàn)了對激光信號的編碼和譯碼、對激光發(fā)射控制時鐘的分頻、和內(nèi)部PLL倍頻實現(xiàn)內(nèi)部高頻計時時鐘等，提高了系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。使用并行脈沖計數(shù)法，提高了計時精度，分析了可能產(chǎn)生誤差的原因，并且對結(jié)果做了相應(yīng)的修正，減小了激光測距系統(tǒng)的誤差。并且制定了四種工作模式，可以根據(jù)不同的實際環(huán)境選擇相應(yīng)的測距模式，以達到最好的測量效果。 在接收方面突破以往普通的被動接收方式，提出了利用窗函數(shù)接收回波的主動接收方式，結(jié)合窄帶濾光片的濾光效果，提高了系統(tǒng)的抗干擾性能。從課題要求出發(fā)，本激光測距系統(tǒng)實現(xiàn)了體積小、功耗低的特點，測量距離相對較近(0.5-50米)，屬于近距測量系統(tǒng)。
標簽： FPGA 激光測距 系統(tǒng)研究
上傳時間： 2013-04-24
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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，導致回波中心頻率下移的聲學物理現(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)學電子、醫(yī)療設(shè)備和超聲診斷等方面帶來新思路。
標簽： 全數(shù)字 中的應(yīng)用 超聲診斷儀
上傳時間： 2013-05-30
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