不間斷電源(UPS)是一種能提供優質電源并保證電源供應連續的電力電子裝置。它的應用范圍廣泛，在很多領域，UPS已經成了標準配置。采用數字信號處理器(DSP)實現UPS的數字化控制是當前許多UPS設計者關注的問題。DSP在UPS中的應用主要集中在兩個方面：一是將各種先進的控制方法用于逆變實時數字控制；二是利用DSP實現更準確更迅速的鎖相環控制。 本文分析了當前逆變控制的各種方案，針對逆變的擾動及諧波周期出現的特點，采用了重復控制來提高逆變輸出的穩態特性。因為重復控制具有一個周期延遲控制的特點，本文也采用了PID控制來改善逆變控制的動態性能。本文分析了目前重復控制的常用方案，在建立UPS逆變濾波電路數學模型的基礎上設計了新的重復控制和PID控制結合的方案。對重復控制與PID復合控制方案在MATLAB中作了仿真。仿真試驗證明了控制方案的有效性。 在硬件方面，設計了在線式UPS系統中DSP的接口電路，其中包括DSP供電電路，蓄電池電壓過低檢測電路，市電及輸出電壓過零檢測等電路。對DSP的資源進行了分配，充分利用了DSP的外設多和速度快的特點。 在軟件方面，設計了各部分的程序，其中包括主程序，軟件鎖相及正弦參考信號生成程序，輸出有效值控制程序以及各種相關的中斷及保護程序。 本文結合實際，搭建了實驗線路，給出了實驗線路的原理及各部分的實驗電路。該實驗電路可對逆變控制過程和鎖相環節進行控制實驗。 本文將PID控制與重復控制相結合，對逆變器輸出進行控制，驗證了重復控制與PID復合控制的有效性。本文還對UPS的DSP數字化控制作了研究，這些都對UPS技術的進步有積極的作用。
上傳時間： 2013-05-17
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隨著我國工業和國民經濟的快速發展，電網負荷急劇增加，特別是沖擊性、非線性負荷所占比重不斷加大，使得供電電壓發生波動和閃變，嚴重影響著電網的電能質量。根據國際電工委員會(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語言手動編寫系統的煩瑣過程，從而能夠將更多精力集中于系統算法的優化上。該方法充分利用Matlab/Simulink系統建模的優勢，同時也能夠發揮FPGA并行執行速度快、測量精度高的優點。 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，分析比較了現有測量方法和裝置的特點和優劣。然后依據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字化實現方法，即采用數字濾波的方式在Simulink/DSP Builder工具下設計電壓波動與閃變測量系統的數字模型。同時在ModelSim SE6.1d軟件下進行了系統功能仿真，并且在Altera公司的FPGA設計軟件QuartusⅡ6.0下進行了系統時序仿真。 仿真結果表明，基于Simulink/DSP Builder窗口化的數字信號處理的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實意義。
上傳時間： 2013-07-10
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電力電子裝置的控制技術隨著電力電子技術的發展而愈來愈復雜。開關電源是現代電力電子設備中不可或缺的組成部分，其質量的優劣以及體積的大小直接影響電子設備整體性能。高頻化、小型化、數字化是開關電源的發展方向。 在應用數字技術進行控制系統設計時，數字控制器的性能決定了控制系統的整體性能。數字化電力電子設備中的控制部分多以MCU/DSP為核心，以軟件實現離散域的運算及控制。在很多高頻應用的場合，目前常用的控制器(高性能單片機或DSP)的速度往往不能完全滿足要求。FPGA具有設計靈活、集成度高、速度快、設計周期短等優點，與單片機和DSP相比，FPGA具有更高的處理速度。同時FPGA應用在數字化電力電子設備中，還可以大大簡化控制系統結構，并可實現多種高速算法，具有較高的性價比。 依據FPGA的這些突出優點，本文將FPGA應用于直流開關電源控制器設計中，以實現開關電源數字化和高頻化的要求。主要研究工作如下： 介紹了基于FPGA的DC/DC數字控制器中A/D采樣控制、數字PI算法的實現；重點描述了采用混合PWM方法實現高分辨率、高精度數字PWM的設計方案，并對各模塊進行了仿真測試；用FPGA開發板進行了一部分系統的仿真和實際結果的檢測，驗證了文中的分析結論，證實了可編程邏輯器件在直流開關電源控制器設計中的應用優勢。
上傳時間： 2013-07-23
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隨著科學技術的快速發展和數據采集系統的廣泛應用，人們對數據采集系統的速度、精度、易操作性以及實時性的要求也在不斷地提高。通用串行總線USB作為一種新型的微機總線接口規范，以其使用方便、易于擴展、速度快等優點而被廣泛地應用于數據采集系統中。現場可編程門陣列最大的特點是結構靈活，開發周期較短，適合于實時信號處理，已被廣泛應用于通信、數據采集、圖像處理等諸多領域。 @@ 本文充分利用USB和FPGA的上述優點，設計了一種基于USB2.0技術和FPGA技術相結合的高速數據采集系統。 @@ 首先，對數據采集基本理論及系統相關技術進行了簡單地介紹。 @@ 其次，對以ADC轉換器(TLC5510)、FPGA芯片(EP1C6Q240C8)為控制器和USB接口芯片(CY7C68013A-56，簡稱FX2)為主的數據采集系統進行了硬件設計和分析，并在此設計的基礎上給出相應的原理圖、PCB。硬件設計主要包括FPGA與ADC和FX2之間的接口電路設計以及硬件邏輯設計。 @@ 再次，根據系統需求，對系統軟件部分進行了設計，分三部分：一是為滿足FX2在USB上的最大傳輸速率而編寫的固件程序；二是在PC機中的WindowsXP系統下利用GPD編寫USB設備驅動程序；三是充分了解FX2的主要功能特點，并編寫出應用程序。 @@ 最后，對系統的軟硬件進行了調試，給出了調試結果和分析，對出現的問題給出了解決方案。結果表明，系統符合設計要求。 @@關鍵詞：USB2.0；FPGA；SOPC；數據采集；固件；
上傳時間： 2013-06-21
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本課題是在課題組已實現的高速串行通信平臺的基礎上，進一步引伸，設計開源的PCI軟核通信模塊替代Xilinx公司提供的LogiCORE PCI核，力求在從模式下，做到占用資源更少，傳輸速度更快，也為以后實現更完整的功能提供平臺。 本文以此為背景，基于FPGA平臺，搭建以開源的PCI軟核為核心的串行通信接口平臺，使其成為PCI總線與用戶邏輯之間的橋梁，使用戶邏輯避開與復雜的PCI總線協議。本課題采用Spartan-II FPGA芯片XC2S200-6FG456C系統開發板作為串行通信接口的硬件實驗平臺，實現了支持配置讀/寫交易、單數據段讀/寫、突發模式讀/寫、命令/地址譯碼功能和數據傳送錯誤檢測與處理功能的PCI軟核。 本文主要闡述了以PCI軟核為核心的串行通信平臺的實現，首先介紹了PCI軟核的編程語言、軟件工具和硬件實驗平臺Spartan-II FPGA芯片XC2S200-6FG456C系統開發板。然后，介紹了PCI總線命令、PCI軟核所支持的功能、PCI軟核兩側信號的定義、PCI軟核配置模塊以及探討了PCI軟核的狀態機接收、發送數據等過程，分析了PCI軟核的數據收發功能仿真，主要包括配置讀/寫交易、單數據段模式讀/寫和突發模式讀/寫的仿真圖形，并闡述了管腳約束的操作流程。最后介紹PCI軟核模塊的WDM驅動，內容包括驅動程序簡介、驅動程序的開發、中斷處理、驅動程序與應用程序之間的通信以及應用程序操作。最后，對PCI軟核的各種性能進行了比較分析。整個模塊設計緊湊，完成在實驗平臺上的數據發送。 設計選用硬件描述語言VerilogHDL，在開發工具Xilinx ISE7.1中完成整個系統的設計、綜合、布局布線，利用Modelsim進行功能及時序仿真，使用DriverWorks為PCI軟核編寫WinXP下的驅動程序，用VC++6.0編寫相應的測試應用程序。之后，將FPGA設計下載到Spanan-II FPGA芯片XC2S200-6FG456C系統開發板中運行。 文章最后指出工作中的不足之處和需要進一步完善的地方。
上傳時間： 2013-04-24
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通信與信息技術行業飛速發展，已成為我國支柱產業之一。隨著該行業的迅速發展，社會對具備實際動手能力人才的需求也不斷增加，高校通信教學改革勢在必行。在最初的通信原理實驗設備中每個實驗獨立占用一塊硬件資源，隨著EDA技術的發展，實驗設備廠商將CPLD/FPGA技術作為獨立的一項實驗內容，加入到通信原理實驗設備中。FPGA技術具備集成度高、速度快和現場可編程的優勢，適合高集成度和高速的時序運算。本文總結現有通信原理實驗設備的優缺點，采用FPGA技術設計出集驗證性和設計性于一體，具備較高的綜合性和系統性的通信原理實驗系統。 本系統提供了一個開放性的硬件、軟件平臺，從培養學生實際動手能力出發，利用FPGA在通用的硬件上實現所有實驗內容。學生在本系統上除了能完成已固化的實驗內容，還可以實現電子設計開發和驗證。這對培養學生的實踐能力大有裨益。 本文結合數字通信系統基本模型，把基于FPGA的通信原理實驗系統劃分為信號源模塊、發送端模塊、信道仿真模塊、接收端模塊和同步模塊幾部分。其中，模擬信號源采用DDS技術，能夠生成非常高的頻率精度，可作為任意波形發生器。發送端和接收端模塊結合到一起組成多體制調制解調器，形成多頻段、多波形的軟件無線電系統。載波同步采用全數字COSTAS環提取技術，具備良好的載波跟蹤特性，利用對載波相位不敏感 的Gardner算法跟蹤位同步信號。 本文首先介紹了通信原理實驗系統的研究現狀和意義；然后根據通信系統模型從《通信原理》各個章節中提煉出各模塊的實驗內容，分別列出各實驗的數字化實現模型；繼而根據各模塊資源需求選取合適FPGA芯片，并給出硬件設計方案；最后，給出各模塊在FPGA上具體實現過程、系統測試結果及分析。測試和實際運行結果表明設計方法正確，且功能和技術指標滿足設計要求。 關鍵詞：通信原理，實驗系統，FPGA，DDS，多體制調制解調，全數字COSTAS環，位同步
上傳時間： 2013-07-07
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作為性能優異的糾錯編碼，Turbo碼自誕生以來就一直受到理論界以及工程應用界的關注。TD—SCDMA是我國擁有自主知識產權的3G通信標準，該標準把Turbo碼是作為前向糾錯體制，但Turbo碼的譯碼算法比較復雜并且需要多次迭代，這造成Turbo碼譯碼延時大，譯碼速度慢，因此限制了Turbo碼的實際應用。因此有必要研究如何將現有的Turbo碼譯碼算法進行簡化，加速，使其轉化成為適合在硬件上實現的算法，將實驗室的理論研究成果轉化成為硬件產品。 論文主要的研究內容有以下兩點： 其一，提出信道自適應迭代譯碼方案。在事先設定最大迭代次數的情況下，自適應Turbo碼譯碼算法能夠根據信道的變化自動調整迭代次數。 仿真結果表明：該自適應迭代譯碼方案能夠根據信道的變化自動調整迭代次數，在保證譯碼性能基本上沒有損失的情況下，有效減少譯碼時間，明顯提高譯碼速度。 其二，根據得到的信道自適應迭代譯碼方案，借助Xilinx公司Spartan3 FPGA硬件平臺，使用Verilog硬件描述語言，將用C/C++語言寫成的信道自適應迭代譯碼算法轉化成為硬件設計實現，得到硬件電路，并對得到的譯碼器硬件電路進行測試。 測試結果表明：隨著信道的變化，硬件電路的譯碼速度也隨之自動變化，信噪比越高譯碼速度越快，并且硬件譯碼器性能（誤比特率）與實驗仿真基本一致。
上傳時間： 2013-05-31
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矩陣運算是描述許多工程問題中不可缺少的數學關系，矩陣運算具有執行效率好、速度快、集成度高等優點，并且隨著動態可配置技術的發展，靈活性也有了很大的提高。因此，尋找矩陣運算的高速實現方法是具有很大的現實意義，能夠為高速運算應用提供技術支持。 為了提高研究成果的實用性與商用性，本文主要針對某種體積小、運算速度和性能要求很高的特殊場合設計并實現基于FPGA的矩陣運算功能。通過系統地研究FPGA功能結構、設計原理、DSP接口、IEEE-754標準，深入學習浮點數及矩陣的基礎運算以及硬件編程語言等內容，根據矩陣運算的特點和原理，討論了硬件設計方面重點對具體核心器件結構、特點以及有關FPGA的設計流程和控制器Verilog HDL硬件編程語言代碼方面內容，確定了基于FPGA浮點運算及矩陣運算單元的Verilog HDL設計方法，在Quartus II平臺上對其仿真、記錄運算結果，并對采集到的數據結果進行了深入分析與總結。 本設計通過幾種矩陣算法利用FPGA和MATLAB分別進行了實現測試，驗證了設計結果的正確性，證明了本設計中矩陣運算速率的實用性與高效性，提高了系統資源利用率和系統可靠性，為今后在工程、軍事、通訊等生產生活各個領域應用打下良好基礎。
上傳時間： 2013-07-07
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現代的計算機追求的是更快的速度、更高的數據完整性和靈活性。無論從物理性能，還是從電氣性能來看，現今的并行總線都已出現了某些局限，無法提供更高的數據傳輸率。而SATA以其傳輸速率快、支持熱插拔、可靠的數據傳輸等特點，得到各行業越來越多的支持。 目前市場上的SATA IP CORE都是面向IC設計的，不利于在FPGA上集成，因此，本文在Xilinx公司的Virtex5系列FPGA上實現SATAⅡ協議，對SATA技術的推廣、國內邏輯IP核的發展都有一定的意義。 本文將SATAⅡ協議的FPGA實現劃分成物理層、鏈路層、傳輸層和應用層四個模塊。提出了物理層串行收/發器設計以及物理鏈路初始化方案。分析了鏈路層模塊結構，給出了作為SATAⅡ鏈路層核心的狀態機的設計。為滿足SATAⅡ協議3．0Gbps的速率，采用擴大數據處理位寬的方法，設計完成了鏈路層的16b/20b編碼模塊，同時為提高數據傳輸可靠性和信號的穩定性，分別實現了鏈路層CRC校驗模塊和并行擾碼模塊。在描述協議傳輸層的模塊結構的基礎上，給出了作為傳輸層核心的狀態機的設計，并以DMA DATA OUT命令的操作為例介紹了FIS在傳輸層中的處理過程。完成了命令層協議狀態機的設計，并實現了SATAⅡ新增功能NCQ技術，從而使得數據傳輸更加有效。最后為使本設計應用更加廣泛，設計了基于AHB總線的用戶接口。 本設計采用Verilog HDL語言對需要實現的電路進行描述，并使用Modelsim軟件仿真。仿真結果表明，本文設計的邏輯電路可靠穩定，與SATAⅡ協議定義功能一致。
上傳時間： 2013-06-16
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激光打標是指利用高能量密度的激光束在物件表面作永久性標刻。激光打標以其“打標速度快、性能穩定、打標質量好”等優勢，獲得了日益廣泛的應用。傳統的激光打標系統一般是基于ISA總線或PCI總線的，運動控制卡必須插在計算機的PCI插槽內，且不支持熱捅拔，影響了控制卡的穩定性；以單片機為主控制器的激光打標控制卡雖然成本低、運行可靠，但由于其運算速度慢、存儲容量有限，限制了它的應用范圍。 運動控制卡是激光打標系統的核心組成部分。本文設計了一種新型的基于USB總線，以FPGA為主控單元的振鏡掃描式激光打標控制卡，它利用了USB總線高速、穩定、易用和FPGA資源豐富、處理能力強、易擴展等優點，將PC機強大的信息處理能力與運動控制卡的運動控制能力相結合，具有信息處理能力強、開放程度高、使用方便的特點。 本文首先介紹了激光打標的原理，激光打標技術的發展現狀以及激光打標系統的組成結構。在對USB總線技術作了簡要介紹后，詳細討論了激光打標控制卡的硬件電路設計，包括USB接口電路，FPGA主控單元電路，D/A單元電路，存儲器電路，I/O接口電路等。接著對USB接口單元的固件程序和FPGA中USB接口功能模塊、D/A寫控制功能模塊和SRAM讀寫控制功能模塊的程序做了詳細設計，通過軟硬件調試，控制卡實現了USB通信，輸出兩路模擬信號，SRAM數據讀寫，數字量輸入輸出等功能。
上傳時間： 2013-04-24
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