AVR-51多功能實驗開發(fā)板電原理圖。詳細圖解，作板子更簡單
上傳時間： 2013-04-24
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電壓空間矢量脈沖寬度調制技術是一種性能優(yōu)越、易于數(shù)字化實現(xiàn)的脈沖寬度調制方案。在常規(guī)SVPWM算法中，判定等效電壓空間矢量所處扇區(qū)位置時需要進行坐標旋轉和反正切三角函數(shù)的運算，計算特定電壓空間矢量作用時間時需要進行正弦、余弦三角函數(shù)的運算以及過飽和情況下的歸一化處理過程，同時，在整個SVPWM算法中還包含了無理數(shù)的運算，這些復雜計算不可避免地會產生大量計算誤差，對高精度實時控制產生不可忽視的影響，而且這些復雜運算的計算量大，對系統(tǒng)的處理速度要求高，程序設計復雜，系統(tǒng)運行時間長，占用系統(tǒng)資源多。因此，從工程實際應用的角度出發(fā)，需要對常規(guī)SVPWM算法進行優(yōu)化設計。 本文提出的優(yōu)化SVPWM算法，只需進行普通的四則運算，計算非常簡單，克服了上述常規(guī)SVPWM算法中的缺點，同時，采用交叉分配零電壓空間矢量，并將零電壓空間矢量的切換點置于各扇區(qū)中點的方法，達到降低三相橋式逆變電路中開關器件開關損耗的目的。SVPWM算法要求高速的數(shù)據(jù)處理能力，傳統(tǒng)的MCU、DSP都難以滿足其要求，而具有高速數(shù)據(jù)處理能力的FPGA/CPLD則可以很好的實現(xiàn)SVPWM的控制功能，在實時性、靈活性等方面有著MCU、DSP無法比擬的優(yōu)越性。本文利用MATLAB/Simulink軟件對優(yōu)化的SVPWM系統(tǒng)原型進行建模和仿真，當仿真效果達到SVPWM系統(tǒng)控制要求后，在XilinxISE環(huán)境下采用硬件描述語言設計輸入方法與原理圖設計輸入方法相結合的混合設計輸入方法進行FPGA/CPLD的電路設計與輸入，建立相同功能的SVPWM系統(tǒng)模型，然后利用ISESimulator（VHDL/Verilog）仿真器進行功能仿真和性能分析，驗證了本文提出的SVPWM優(yōu)化設計方案的可行性和有效性。
上傳時間： 2013-07-30
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隨著計算機網(wǎng)絡與嵌入式控制技術的迅速發(fā)展，作為傳統(tǒng)運輸行業(yè)的鐵路系統(tǒng)對此也有了新的要求，列車通信網(wǎng)絡應運而生。經過多年的發(fā)展，國際電工委員會(IEC)為了規(guī)范列車通信網(wǎng)絡，于1999年通過了IEC61375-1標準。該標準將列車通信網(wǎng)絡分為兩條總線：絞線式列車總線(WTB)和多功能車輛總線(MVB)。MVB是一個標準通信介質，為掛在其上的設備傳輸和交換數(shù)據(jù)。而多功能車輛總線控制器(MVBC)是MVB與MVB實際物理層之間的接口，其主要實現(xiàn)MVB數(shù)據(jù)鏈路層的功能。由于該項關鍵技術仍被國外公司壟斷，因此開發(fā)具有自主知識產權的MVBC迫在眉睫。 鑒于上述原因，本文深入研究了IEC61375-1標準。根據(jù)MVBC的技術特點，本文提出了使用FPGA來實現(xiàn)其具體功能的方案。掛在MVB總線上的設備分為五類，他們的功能各不相同。而支持4類設備的MVBC具有設備狀態(tài)、過程數(shù)據(jù)、消息數(shù)據(jù)通信和總線管理功能，并且兼容2類和3類設備。本文的目的就是用FPGA實現(xiàn)支持4類設備的MVBC。 本文采用自頂向下的設計方法。整個MVBC主要劃分為：編碼模塊、譯碼模塊、冗余控制模塊、報文分析單元、通信存儲控制器、主控制單元、地址邏輯模塊。在整個開發(fā)流程中，使用Xilinx的ISE集成開發(fā)環(huán)境。使用Verilog HDL硬件描述語言對上述各個模塊進行RTL級描述，并用Synplify Pro進行綜合。最后，在ModelSim中對各個模塊進行了布線后仿真和驗證。 在實驗室條件下，通過嚴格的仿真驗證后，其結果證明了本文設計的模塊達到了IEC61375-1標準的要求。因此，用FPGA實現(xiàn)MVBC這一方案具有可操作性。 關鍵詞：列車通信網(wǎng)；多功能車輛總線；多功能車輛總線控制器；現(xiàn)場可編程門陣列
上傳時間： 2013-07-18
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高性能ADC產品的出現(xiàn)，給混合信號測試領域帶來前所未有的挑戰(zhàn)。并行ADC測試方案實現(xiàn)了多個ADC測試過程的并行化和實時化，減少了單個ADC的平均測試時間，從而降低ADC測試成本。 本文實現(xiàn)了基于FPGA的ADC并行測試方法。在閱讀相關文獻的基礎上，總結了常用ADC參數(shù)測試方法和測試流程。使用FPGA實現(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)條件下進行并行測試。 通過在FPGA內部實現(xiàn)ADC測試時域算法和頻域算法相結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內部實現(xiàn)的采樣時鐘控制模塊。并行測試系統(tǒng)將WM8731.L片內的兩個獨立ADC的串行輸出數(shù)據(jù)分流成左右兩通道，并對其進行串并轉換。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的實驗條件下，對WM8731L片內2個被測.ADC并行地進行參數(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)。實驗結果表明，通過在FPGA內配置2個獨立的參數(shù)計算模塊，可并行地實現(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片內實時評估算法的實現(xiàn)節(jié)省了測試樣本傳輸至自動測試機PC端的時間。而且只需將HDL代碼多次復制，就可實現(xiàn)多個被測ADC在同一時刻并行地被評估，配置靈活?；贔PGA的ADC并行測試方法易于實現(xiàn)，具有可行性，但由于噪聲的影響，測試精度有待進一步提高。該方法可用于自動測試機的混合信號選項卡或測試子系統(tǒng)。 關鍵詞：ADC測試；并行；參數(shù)評估；FPGA；FFT
上傳時間： 2013-07-11
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近幾年來，OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技術引起了人們的廣泛注意，根據(jù)這項新技術，很多相關協(xié)議被提出來。其中WiMax(Wireless MetropolitanArea Networks)代表空中接口滿足IEEE 802.16標準的寬帶無線通信系統(tǒng)，IEEE標準在2004年定義了空中接口的物理層(PHY)，即802.16d協(xié)議。該協(xié)議規(guī)定數(shù)據(jù)傳輸采用突發(fā)模式，調制方式采用OFDM技術，傳輸速率較高且實現(xiàn)方便、成本低廉，已經成為首先推廣應用的商業(yè)化標準。 本文主要對IEEE802.16d OFDM系統(tǒng)物理層進行研究，并在XILINX公司的Virtexpro II芯片上實現(xiàn)了基帶算法。 首先討論了OFDM基本原理及其關鍵技術。根據(jù)IEEE802.16d OFDM系統(tǒng)的物理層發(fā)送端流程搭建了基帶仿真鏈路，利用MATLAB/SIMULINK仿真了OFDM系統(tǒng)在有無循環(huán)前綴(CP)、多徑數(shù)目不同等情況下的性能變化。由于同步算法和信道估計算法計算量都很大，為了找到適合采用FPGA實現(xiàn)的算法，分析了同步誤差和不同信道估計算法對接收信號的影響，并結合計算量的大小提出了一種新的聯(lián)合同步算法，以及得出了LS信道估計算法最適合802.16d系統(tǒng)的結論。 其次，完成了基帶發(fā)射機和接收機的FPGA硬件電路實現(xiàn)。為了使系統(tǒng)的時鐘頻率更高，采用了流水線的結構。設計中采用編寫Verilog程序和使用IP核相結合的辦法，實現(xiàn)了新的聯(lián)合同步算法，并且通過簡化結構，避免了信道估計算法中的繁瑣除法。利用ISE9. 2i和Modelsim6.Oc軟件平臺對程序進行設計、綜合和仿真，并將仿真結果和MATLAB軟件計算結果相對比。結果表明，采用16位數(shù)據(jù)總線可達到理想的精度。 最后，采用串口通信的方式對基帶系統(tǒng)進行了驗證。通過串口通信從功能上表明該系統(tǒng)確實可行。 關鍵詞：IEEE802. 16d； OFDM； 同步；信道估計；基帶系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-31
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隨著通信技術的發(fā)展，視頻傳輸系統(tǒng)因具有方便、實時、準確等特點已成為現(xiàn)代工業(yè)管理、安全防范、城市交通中必不可少的重要部分。而光纖傳輸以大容量、保密性能好、抗干擾能力強、傳輸距離等優(yōu)點越來越受人們的關注。本論文以FPGA為核心芯片，結合數(shù)字化技術和時分復用技術，提出了一種無壓縮多路數(shù)字視頻光纖傳輸系統(tǒng)設計方案，并詳細分析方案的設計過程。 系統(tǒng)分A/D轉換、D/A轉換和FPGA數(shù)據(jù)處理三大模塊化進行設計，F(xiàn)PGA數(shù)據(jù)處理模塊實現(xiàn)了程序的配置下載、IO口的控制功能、各時鐘分頻、鎖相功能和多路數(shù)字信號的復接解復接仿真，同時完成了視頻信號的A/D轉換和數(shù)字視頻信號的D/A轉換功能，最終實現(xiàn)了八路視頻信號在一根光纖上實時傳輸?shù)墓δ堋＝邮找曨l圖像輪廓清晰、沒有不規(guī)則的閃爍、沒有波浪狀等條紋或橫條出現(xiàn)，基本滿足視頻監(jiān)控系統(tǒng)的圖像質量指標要求。各路視頻信號的輸入輸出電接口、阻抗和收發(fā)光接口均符合國家標準，系統(tǒng)具高集成度、靈活性等特點，能廣泛應用于各場合的視頻監(jiān)控系統(tǒng)和安全防范系統(tǒng)中。 關鍵詞：FPGA，光纖傳輸，視頻信號
標簽： FPGA 多路 光纖傳輸系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-05
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隨著我國工業(yè)和國民經濟的快速發(fā)展，電網(wǎng)負荷急劇增加，特別是沖擊性、非線性負荷所占比重不斷加大，使得供電電壓發(fā)生波動和閃變，嚴重影響著電網(wǎng)的電能質量。根據(jù)國際電工委員會(IEC)電磁兼容(EMC)標準IEC61000-3-7以及國標GB12326-2000，電壓波動和閃變己成為衡量電能質量的重要指標。 電壓波動和閃變作為衡量電能質量的重要指標，能更直接、迅速地反映出電網(wǎng)的供電質量。然而，目前國內還沒有很好的電壓波動與閃變測量的數(shù)字信號處理方法。為此，論文在深入研究電壓波動和閃變測量技術的基礎上，提出一種基于Simulink/DSP Builder的數(shù)字信號處理的FPGA設計方法，利用DSP Builder工具將Simulink的模型文件(．mdl)轉化成通用的硬件描述語言VHDL文件，避免了VHDL語言手動編寫系統(tǒng)的煩瑣過程，從而能夠將更多精力集中于系統(tǒng)算法的優(yōu)化上。該方法充分利用Matlab/Simulink系統(tǒng)建模的優(yōu)勢，同時也能夠發(fā)揮FPGA并行執(zhí)行速度快、測量精度高的優(yōu)點。 論文首先介紹了電壓波動和閃變的基木概念、特征量，闡述了電壓波動與閃變的測量原理，分析比較了現(xiàn)有測量方法和裝置的特點和優(yōu)劣。然后依據(jù)電壓波動與閃變測量的IEC標準以及國家標準，在對電壓波動與閃變測量模擬仿真的基礎上研究其數(shù)字化實現(xiàn)方法，即采用數(shù)字濾波的方式在Simulink/DSP Builder工具下設計電壓波動與閃變測量系統(tǒng)的數(shù)字模型。同時在ModelSim SE6.1d軟件下進行了系統(tǒng)功能仿真，并且在Altera公司的FPGA設計軟件QuartusⅡ6.0下進行了系統(tǒng)時序仿真。 仿真結果表明，基于Simulink/DSP Builder窗口化的數(shù)字信號處理的FPGA設計方案，設計簡單、快捷高效，能夠滿足電壓波動和閃變測量最初的系統(tǒng)設計要求，為進一步從事電壓波動和閃變測量研究提供了一種全新的設計理念，具有一定的理論與現(xiàn)實意義。
上傳時間： 2013-07-10
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隨著列車自動化控制和現(xiàn)場總線技術的發(fā)展，基于分布式控制系統(tǒng)的列車通信網(wǎng)絡技術TCN（IEC-61375）在現(xiàn)代高速列車上得到廣泛應用。TCN協(xié)議將列車通信網(wǎng)絡分為絞線式列車總線WTB和多功能車輛總線MVB，其中WTB實現(xiàn)對開式列車中的互聯(lián)車輛間的數(shù)據(jù)傳輸和通信，MVB實現(xiàn)車載設備的協(xié)同工作和互相交換信息。 本文介紹了國內外列車通信網(wǎng)絡的發(fā)展情況和各自優(yōu)勢，分析了MVB一類設備底層協(xié)議。研究利用FPGA實現(xiàn)MVB控制芯片MVBC，用ARM作為微處理器實現(xiàn)MVB一類設備的嵌入式解決方案。其中，在FPGA芯片中主要采用自頂向下的設計方法，RLT硬件描述語言實現(xiàn)MVB控制芯片MVBC一類設備的主要功能，包括幀編碼器、幀解碼器和邏輯接口單元。ARM主要完成了軟件程序的編寫和實時操作系統(tǒng)的移植。在eCos實時操作系統(tǒng)上，完成了驅動和上層應用程序，包括端口初始化、端口配置、幀收發(fā)指令和報文分析。 為了驗證設計的正確性，在設計的硬件平臺基礎上，搭建了MVB通信網(wǎng)絡的最小系統(tǒng)，對網(wǎng)絡進行系統(tǒng)功能測試。測試結果表明：設計方案正確，達到了設計的預期要求。
上傳時間： 2013-08-03
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現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA，F(xiàn)ield Programmable Gate Array)是可編程邏輯器件的一種，它的出現(xiàn)是隨著微電子技術的發(fā)展，設計與制造集成電路的任務已不完全由半導體廠商來獨立承擔。系統(tǒng)設計師們更愿意自己設計專用集成電路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)．芯片，而且希望ASIC的設計周期盡可能短，最好是在實驗室里就能設計出合適的ASIC芯片，并且立即投入實際應用之中?，F(xiàn)在，F(xiàn)PGA已廣泛地運用于通信領域、消費類電子和車用電子。 本文中涉及的I/O端口模塊是FPGA中最主要的幾個大模塊之一，它的主要作用是提供封裝引腳到CLB之間的接口，將外部信號引入FPGA內部進行邏輯功能的實現(xiàn)并把結果輸出給外部電路，并且根據(jù)需要可以進行配置來支持多種不同的接口標準。FPGA允許使用者通過不同編程來配置實現(xiàn)各種邏輯功能，在IO端口中它可以通過選擇配置方式來兼容不同信號標準的I/O緩沖器電路?？傮w而言，可選的I/O資源的特性包括：IO標準的選擇、輸出驅動能力的編程控制、擺率選擇、輸入延遲和維持時間控制等。 本文是關于FPGA中多標準兼容可編程輸入輸出電路(Input/Output Block)的設計和實現(xiàn)，該課題是成都華微電子系統(tǒng)有限公司FPGA大項目中的一子項，目的為在更新的工藝水平上設計出能夠兼容單端標準的I/O電路模塊；同時針對以前設計的I/O模塊不支持雙端標準的缺點，要求新的電路模塊中擴展出雙端標準的部分。文中以低壓雙端差分標準(LVDS)為代表構建雙端標準收發(fā)轉換電路，與單端標準比較，LVDS具有很多優(yōu)點： (1)LVDS傳輸?shù)男盘枖[幅小，從而功耗低，一般差分線上電流不超過4mA，負載阻抗為100Ω。這一特征使它適合做并行數(shù)據(jù)傳輸。 (2)LVDS信號擺幅小，從而使得該結構可以在2.5V的低電壓下工作。 (3)LVDS輸入單端信號電壓可以從0V到2.4V變化，單端信號擺幅為400mV，這樣允許輸入共模電壓從0.2V到2.2V范圍內變化，也就是說LVDS允許收發(fā)兩端地電勢有±1V的落差。 本文采用0.18μm1.8V/3.3V混合工藝，輔助Xilinx公司FPGA開發(fā)軟件ISE，設計完成了可以用于Virtex系列各低端型號FPGA的IOB結構，它有靈活的可配置性和出色的適應能力，能支持大量的I/O標準，其中包括單端標準，也包括雙端標準如LVDS等。它具有適應性的優(yōu)點、可選的特性和考慮到被文件描述的硬件結構特征，這些特點可以改進和簡化系統(tǒng)級的設計，為最終的產品設計和生產打下基礎。設計中對包括20種IO標準在內的各電器參數(shù)按照用戶手冊描述進行仿真驗證，性能參數(shù)已達到預期標準。
上傳時間： 2013-05-15
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虛擬儀器技術是以傳感器、信號測量與處理、微型計算機等技術為基礎而形成的一門綜合應用技術。目前虛擬儀器大部分是基于PC機，利用PCI等總線技術傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)卡插拔不便，便攜性差。隨著嵌入式技術的飛速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)平臺已經應用到各個領域，而市場上的嵌入式虛擬儀器系統(tǒng)還相當少，各種研究工作才剛剛起步，各種高性能的虛擬儀器和處理系統(tǒng)在現(xiàn)代工業(yè)控制和科學研究中已成為必不可少的部分。因此在我國開發(fā)具有較高性能、接口靈活、功能多樣化、低成本的虛擬儀器裝置勢在必行。 針對目前虛擬儀器系統(tǒng)發(fā)展趨勢和特點，采用FPGA技術，進行一種支持多種平臺的高速虛擬儀器系統(tǒng)的設計與研究，并針對高速虛擬儀器系統(tǒng)中的一些技術難點提出解決方案。首先進行了系統(tǒng)的總體設計，確定了采用FPGA作為系統(tǒng)的控制核心，并選取了Labview作為PC平臺應用程序開發(fā)工具，利用USB2.0接口來進行數(shù)據(jù)傳輸；同時選取嵌入式處理器S3C2410以及WinCE作為嵌入式系統(tǒng)硬軟件平臺。隨后進行了各個具體模塊的設計，在硬件方面，分別設計了前端處理電路，ADC電路以及USB接口電路。在軟件方面，進行了FPGA控制程序的設計工作，實現(xiàn)了對各個模塊和接口電路的控制功能。在上層應用程序的設計方面，設計了Labview應用程序，實現(xiàn)了波形顯示和頻譜分析等儀器功能，人機界面良好。在嵌入式平臺上面，進行了WinCE下GPIO驅動程序設計，并在上層應用程序中調用驅動來進行數(shù)據(jù)的讀取。為了解決高速ADC與數(shù)據(jù)緩存器的速度不匹配的問題，提出利用多體交叉式存儲器結構的設計方案，并在FPGA內對控制程序進行了設計，對其時序進行了仿真。 最后對系統(tǒng)進行了聯(lián)合調試工作，利用上層軟件對輸入波形進行采集。根據(jù)調試結果看，該系統(tǒng)對輸入信號進行了較好的采樣和存儲，還原了波形，達到了預期效果。課題研究并且對設計出一種支持多平臺的新型虛擬儀器系統(tǒng)，具有性能好、使用靈活，節(jié)省成本等特點，具有較高的研究價值和現(xiàn)實意義。
上傳時間： 2013-04-24
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