在工業控制領域，多種現場總線標準共存的局面從客觀上促進了工業以太網技術的迅速發展，國際上已經出現了HSE、Profinet、Modbus TCP/IP、Ethernet/IP、Ethernet Powerlink、EtherCAT等多種工業以太網協議。將傳統的商用以太網應用于工業控制系統的現場設備層的最大障礙是以太網的非實時性，而實現現場設備間的高精度時鐘同步是保證以太網高實時性的前提和基礎。 IEEE 1588定義了一個能夠在測量和控制系統中實現高精度時鐘同步的協議——精確時間協議(Precision Time Protocol)。PTP協議集成了網絡通訊、局部計算和分布式對象等多項技術，適用于所有通過支持多播的局域網進行通訊的分布式系統，特別適合于以太網，但不局限于以太網。PTP協議能夠使異質系統中各類不同精確度、分辨率和穩定性的時鐘同步起來，占用最少的網絡和局部計算資源，在最好情況下能達到系統級的亞微級的同步精度。 基于PC機軟件的時鐘同步方法，如NTP協議，由于其實現機理的限制，其同步精度最好只能達到毫秒級；基于嵌入式軟件的時鐘同步方法，將時鐘同步模塊放在操作系統的驅動層，其同步精度能夠達到微秒級。現場設備間微秒級的同步精度雖然已經能滿足大多數工業控制系統對設備時鐘同步的要求，但是對于運動控制等需求高精度定時的系統來說，這仍然不夠。基于嵌入式軟件的時鐘同步方法受限于操作系統中斷響應延遲時間不一致、晶振頻率漂移等因素，很難達到亞微秒級的同步精度。 本文設計并實現了一種基于FPGA的時鐘同步方法，以IEEE 1588作為時鐘同步協議，以Ethernet作為底層通訊網絡，以嵌入式軟件形式實現TCP/IP通訊，以數字電路形式實現時鐘同步模塊。這種方法充分利用了FPGA的特點，通過準確捕獲報文時間戳和動態補償晶振頻率漂移等手段，相對于嵌入式軟件時鐘同步方法實現了更高精度的時鐘同步，并通過實驗驗證了在以集線器互連的10Mbps以太網上能夠達到亞微秒級的同步精度。
上傳時間： 2013-08-04
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目前，數字信號處理廣泛應用于通信、雷達、聲納、語音與圖像處理等領域，信號處理算法理論己趨于成熟，但其具體硬件實現方法卻值得探討。FPGA是近年來廣泛應用的超大規模、超高速的可編程邏輯器件，由于其具有高集成度、高速、可編程等優點，大大推動了數字系統設計的單片化、自動化，縮短了單片數字系統的設計周期、提高了設計的靈活性和可靠性，在超高速信號處理和實時測控方面有非常廣泛的應用。本文對FPGA的數據采集與處理技術進行研究，基于FPGA在數據采樣控制和信號處理方面的高性能和單片系統發展的新熱點，把FPGA作為整個數據采集與處理系統的控制核心。主要研究內容如下： FPGA的單片系統研究。針對數據采集與處理，對FPGA進行選型，設計了基于FPGA的單片系統的結構。把整個控制系統分為三個部分：多通道采樣控制模塊，數據處理模塊，存儲控制模塊。 多通道采樣控制模塊的設計。利用4片AD7506和一片AD7862對64路模擬量進行周期采樣，分別設計了通道選擇控制模塊和A/D轉換控制模塊，并進行了仿真，完成了基于FPGA的多通道采樣控制。 數據處理模塊的設計。FFT算法在數字信號處理中占有重要的地位，因此本文研究了FFT的硬件實現結構，提出了用FPGA實現FFT的一種設計思想，給出了總體實現框圖。分別設計了旋轉因子復數乘法器，碟形運算單元，存儲器，控制器，并分別進行了仿真。重點設計實現了FFT算法中的蝶形處理單元，采用了一種高效乘法器算法設計實現了蝶形處理單元中的旋轉因子乘法器，從而提高了蝶形處理器的運算速度，降低了運算復雜度。理論分析和仿真結果表明，狀態機控制器成功地對各個模塊進行了有序、協調的控制。 存儲控制模塊的設計。利用閃存芯片K9K1G08UOA對采集處理后的數據進行存儲，設計了FPGA與閃存的硬件連接，設計了存儲控制模塊。 本文對FFT算法的硬件實現進行了研究，結合單片系統的特點，把整個系統分為多通道采樣控制模塊，數據處理模塊，存儲控制模塊進行設計和仿真。設計采用VHDL編寫程序的源代碼。仿真測試結果表明，此FPGA單片系統可完成對實時信號的高速采集與處理。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著移動終端、多媒體、通信、圖像掃描技術的發展，圖像應用日益廣泛，壓縮編碼技術對圖像處理中大量數據的存儲和傳輸至關重要。同時， FPGA單片規模的不斷擴大，在FPGA芯片內實現復雜的數字信號處理系統也成為現實，因此采用FPGA實現圖像壓縮已成為一種必然趨勢。JPEG靜態圖像壓縮標準應用非常廣泛，是圖像壓縮中主要的標準之一。研究JPEG圖像壓縮在FPGA上的實現，具有廣闊的應用背景。 論文從實際工程應用出發，通過設計圖像壓縮的IP核，完成JPEG壓縮算法在FPGA上的實現。首先闡述JPEG基本模式的壓縮編碼的標準，然后在設計規劃過程中，采用SOC的設計思想，給出整個系統的內部結構、層次劃分，對各個模塊的HDL實現進行詳細的描述，最后完成整體驗證。方案采用了IP核復用的設計技術，基于Xilinx公司本身的IP核，進行了再次開發。在研究JPEG標準的核心算法DCT的基礎上，加以改進，設計了適合器件結構的基于DA算法的DCT變換的IP核。通過結構和算法的優化，提高了速度，減少占用過多的片內資源。 設計基于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仿真驗證。分辨率為352×288大小的源圖像，在不同的壓縮等級設置下，均測試通過。仿真驗證的結果表明：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行，設計在速度和資源利用率方面達到了較優的狀態，能夠滿足一般圖像壓縮的要求。 整個設計可以作為單獨的JPEG編碼芯片也可以作為IP核添加到其他系統中去，具有一定的使用價值。
上傳時間： 2013-04-24
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當前我國正處在從模擬電視系統向數字電視系統的轉型期，數字電視用戶數量激增，其趨勢是在未來的幾年內數字電視將迅速普及。在應用逐漸廣泛的數字電視系統中，監控數字電視服務正成為一種越來越迫切的需要。然而，目前對于數字電視并沒有合適的監測儀器，因此無法及時方便地診斷出現問題的信號以及隔離需要維修的數字化設備。通常只有當電視屏幕上的圖像消失時我們才知道數字信號系統出了問題。幾乎沒有任何線索可以用來找到問題的所在或原因，碼流分析儀器在這種情況下應運而生。目前在數字電視系統的前端，通過監控了解數字視頻廣播(DVB)信號和服務的狀況從而采取措施比通過觀眾的反映而采取措施要主動和及時得多。傳輸流(TS)的測試設備可使技術人員分析碼流的內部情況，它們在決定未來服務質量和客戶滿意度方面將扮演更重要的角色。 本文著重研究了在DVB廣播電視系統中，DVB-ASI信號的解碼、MPEG-2TS的實時檢錯原理和基于現場可編輯門陣列(FPGA)的實現方法。文章首先闡述了數字電視系統的一些基本概念，介紹了MPEG-2/DVB標準、ETR101 290標準、異步串行接口(ASI)。然后介紹了FPGA的基本概念與開發FPGA所使用的軟件工具。最后根據DVB-ASI接收系統的解碼規則與MPEG-2TS碼流的結構提出了一套基于FPGA的MPEG-2TS碼流實時分析與檢測系統設計方案并予以了實現。 在本系統中，FPGA起著核心的作用，主要完成DVB-ASI的解碼、MPEG-2TS碼流檢錯、以及數字電視節目專有信息(PSI)提取等功能。本文實現的系統與傳統的碼流分析儀相比具有集成度較高、易擴展、便于攜帶、穩定性好、性價比高等優點。
上傳時間： 2013-06-04
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交流電源供電方式正在由集中式向分布式、全功能式發展，而實現分布式電源的核心就是模塊的并聯技術。多臺逆變器并聯可以實現大容量供電和冗余供電，可大大提高系統的靈活性，使電源系統的體積重量大為降低，同時其主開關器件的電流應力也可大大減少，從根本上提高了可靠性、降低成本和提高功率密度。本文主要研究逆變器并聯技術。 本文首先對電壓、電流雙閉環逆變器控制系統進行了研究。通過對傳遞函數的分析，得到了基于等效輸出阻抗的雙閉環控制的逆變器并聯系統模型。在分析逆變器模型的基礎上設計了各控制器參數，并通過MATLAB仿真進行了驗證。根據上述模型，分析了逆變器并聯的環流特性，以及基于有功和無功功率的并聯控制方案。 隨著電子技術的不斷發展，FPGA技術正在越來越多地用于工程實踐中。本文在研究SPWM控制技術的基礎上，應用FPGA芯片EP1C12Q240C8實現了SPWM數字控制器，用于多模塊逆變器并聯控制系統。文中給出了仿真結果和芯片的測試結果。 基于FPGA的三相逆變器并聯數字控制器的研究具有現實意義，設計具有創新性。仿真和芯片的初步測試結果表明：本文設計的基于FPGA的逆變器并聯數字控制器能夠滿足逆變器并聯系統的要求。
上傳時間： 2013-08-05
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正交頻分復用(OFDM)技術是一種多載波數字調制技術，具有頻譜利用率高、抗多徑干擾能力強、成本低等特點，適合無線通信的高速化、寬帶化及移動化的需求，將成為下一代無線通信系統(4G)的核心調制傳輸技術。 本文首先描述了OFDM技術的基本原理。對OFDM的調制解調以及其中涉及的特性和關鍵技術等做了理論上的分析，指出了OFDM區別于其他調制技術的巨大優勢；然后針對OFDM中的信道估計技術，深入分析了基于FFT級聯的信道估計理論和基于聯合最大似然函數的半盲分組估計理論，在此基礎上詳細研究描述了用于OFDM系統的迭代的最大似然估計算法，并利用Matlab做了相應的仿真比較，驗證了它們的有效性。 而后，在Matlab中應用Simulink工具構建OFDM系統仿真平臺。在此平臺上，對OFDM系統在多徑衰落、高斯白噪聲等多種不同的模型參數下進行了仿真，并給出了數據曲線，通過分析結果可正確評價OFDM系統在多個方面的性能。 在綜合了OFDM的系統架構和仿真分析之后，設計并實現了基于FPGA的OFDM調制解調系統。首先根據802.16協議和OFDM系統的具體要求，設定了合理的參數；然后從調制器和解調器的具體組成模塊入手，對串/并轉換，QPSK映射，過采樣處理，插入導頻，添加循環前綴，IFFT/FFT，幀同步檢測等各個模塊進行硬件設計，詳細介紹了各個模塊的設計和實現過程，并給出了相應的仿真波形和參數說明。其中，針對定點運算的局限性，為系統設計并自定義了24位的浮點運算格式，參與傅立葉反變換和傅立葉變換的運算，在系統參數允許的范圍內，充分利用了有限資源，提高了系統運算精度；然后重點描述了基于FPGA的快速傅立葉變換算法的改進、優化和設計實現，針對原始快速傅立葉變換FPGA實現算法運算空閑時間過多，資源占用較大的問題，提出了帶有流水作業功能、資源占用較少的快速傅立葉變換優化算法設計方案，使之運用于OFDM基帶處理系統當中并加以實現，結果滿足系統參數的需求。最后以理論分析為依據，對整個OFDM的基帶處理系統進行了系統調試與性能分析，證明了設計的可行性。 綜上所述，本文完成了一個基于FPGA的OFDM基帶處理系統的設計、仿真和實現。本設計為OFDM通信系統的進一步改進提供了大量有用的數據。
上傳時間： 2013-07-25
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眾所周知，信息傳輸的核心問題是有效性和可靠性，調制解調技術的發展正是體現了這一思想。從最早的模擬調幅調頻技術的日益完善，到現在數字調制技術的廣泛運用，使得信息的傳輸更為有效和可靠。QAM調制作為一種新的調制技術，因其具有很高的頻帶利用率而得到了廣泛的應用。 本文對基于FPGA的16QAM調制解調進行了討論和研究。首先對16QAM調制解調原理進行了闡述，建立了16QAM調制解調系統的數學模型，然后通過分析提出了基于FPGA的16QAM調制解調系統的設計方案。最后編寫Verilog代碼實現了算法仿真。 FPGA芯片采用的是Altera公司的大規模集成電路芯片Cyclone系列的EPlC20F32417，并通過軟件編程對其進行了相關調試。文中詳細介紹了基帶成形濾波器、載波恢復和定時同步的基本原理及其設計方法。首先用Matlab對整個16QAM系統進行了軟件仿真；然后用硬件描述語言Verilog HDL在QuartusⅡ環境下完成了系統關鍵算法的編寫、行為仿真和綜合，最后詳細闡述了異步串口(UART)的FPGA實現，把我們編寫的Verilog程序下載到EPlC20F32417芯片上效果很好。
上傳時間： 2013-04-24
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本文對基于FPGA的液晶顯示控制系統的設計與實現進行了研究。設計中從LCD技術參數著手，通過對顯示驅動系統結構與工作原理的研究，設計出顯示控制系統的框圖及各功能模塊的VHDL程序，通過單片機系統配置FPGA芯片，控制LCD顯示相應的漢字和圖形。LCD顯示控制系統由顯示控制電路、顯示驅動電路和相關外圍輔助電路組成。顯示控制電路從電路中各個功能模塊所需要的控制時序信號出發，通過對其工作過程的研究，設計出控制器、RAM控制器等各功能模塊。顯示驅動電路從LCD工作所需要的掃描時序信號出發，設計出時序發生電路等各功能模塊。所有的VHDL程序通過了MAX+PLUS—II軟件實現編譯及仿真后，在實際的硬件中調試通過。
上傳時間： 2013-04-24
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偏移正交相移鍵控(OQPSK：Offset Quadrature Phase Shift Keying)調制技術是一種恒包絡調制技術，具有頻譜利用率高、頻譜特性好等特點，廣泛應用于衛星通信和移動通信領域。 論文以某型偵收設備中OQPSK解調器的全數字化為研究背景，設計并實現了基于FPGA的全數字OQPSK調制解調器，其中調制器主要用于仿真未知信號，作為測試信號源。論文研究了全數字OQPSK調制解調的基本算法，包括成形濾波器、NCO模型、載波恢復、定時恢復等；完成了整個調制解調算法的MATLAB仿真。在此基礎上，采用VHDL硬件描述語言在Xilinx公司ISE7.1開發環境下設計并實現了各個算法模塊，并在硬件平臺上加以實現。通過實際現場測試，實現了對所偵收信號的正確解調。論文還實現了解調器的百兆以太網接口，使得系統可以方便地將解調數據發送給計算機進行后續處理。
上傳時間： 2013-06-30
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隨著信息技術和計算機技術的飛速發展，數字信號處理已經逐漸發展成一門關鍵的技術科學。圖像處理作為一種重要的現代技術，己經在通信、航空航天、遙感遙測、生物醫學、軍事、信息安全等領域得到廣泛的應用。圖像處理特別是高分辨率圖像實時處理的實現技術對相關領域的發展具有深遠意義。另外，現場可編程門陣列FPGA和高效率硬件描述語言Verilog HDL的結合，大大變革了電子系統的設計方法，加速了系統的設計進程，為圖像壓縮系統的實現提供了硬件支持和軟件保障。 本文主要包括以下幾個方面的內容： (1)結合某工程的具體需求，設計了一種基于FPGA的圖像壓縮系統，核心硬件選用XILINX公司的Virtex-Ⅱ Pro系列FPGA芯片，存儲器件選用MICRON公司的MT48LC4M16A2SDRAM，圖像壓縮的核心算法選用近無損壓縮算法JPEG-LS。 (2)用Verilog硬件描述語言實現了JPEG-LS標準中的基本算法，為課題組成員進行算法改進提供了有力支持。 (3)用Verilog硬件描述語言設計并實現了SDRAM控制器模塊，使核心壓縮模塊能夠方便靈活地訪問片外存儲器。 (4)構建了圖像壓縮系統的測試平臺，對實現的SDRAM控制器模塊和JPEG-LS基本算法模塊進行了軟件仿真測試和硬件測試，驗證了其功能的正確性。
上傳時間： 2013-04-24
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