隨著信息技術的發展，數字信號的采集與處理在科學研究、工業生產、航空航天、醫療衛生等部門得到越來越廣泛的應用，這些應用中對數字信號的傳輸速度提出了比較高的要求。傳統的基于ISA總線的信號傳輸效率低，嚴重制約著系統性能的提高。 PCI總線以其高性能、低成本、開放性、軟件兼容性等眾多優點成為當今最流行的計算機局部總線。但是，由于PCI總線硬件接口復雜、不易于接入、協議規范比較繁瑣等缺點，常常需要專用的接口芯片作為橋接，為了解決這一系列問題，本文提出了一種基于FPGA的PCI總線接口橋接邏輯的實現方案，支持PCI突發訪問方式，突發長度為8至128個雙字長度，核心FPGA芯片采用ALTERA公司的CYCLONE FPGA系列的EP1C6Q240C8，容量為6000個邏輯宏單元，速度為-8，編譯后系統速度可以達到80MHz，取得了良好的效果。 基于FPGA的PCI總線接口橋接邏輯的核心是PCI接口模塊。在硬件方面，特別討論了PCI接口模塊、地址轉換模塊、數據緩沖模塊、外部接口模塊和SRAM DMA控制模塊等五個功能模塊的設計方案和硬件電路實現方法，著重分析了PCI接口模塊的數據傳輸方式，采用模塊化的方法設計了內部控制邏輯，并進行了相關的時序仿真和邏輯驗證，硬件需要軟件的配合才能實現其功能，因此設備驅動程序的設計是一個重要部分，論文研究了Windows XP體系結構下的WDM驅動模式的組成、開發設備驅動程序的工具以及開發系統實際硬件的設備驅動程序時的一些關鍵技術。 本文最后利用基于FPGA的PCI總線接口橋接邏輯中的關鍵技術，對PCI數據采集卡進行了整體方案的設計。該系統采用Altera公司的cyclone Ⅱ系列FPGA實現。
上傳時間： 2013-07-24
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數據采集系統是信號與信息處理系統中不可缺少的重要組成部分，同時也是軟件無線電系統中的核心模塊，在現代雷達系統以及無線基站系統中的應用越來越廣泛。為了能夠滿足目前對軟件無線電接收機自適應性及靈活性的要求，并充分體現在高性能FPGA平臺上設計SOC系統的思路，本文提出了由高速高精度A/D轉換芯片、高性能FPGA、PCI總線接口、DB25并行接口組成的高速數據采集系統設計方案及實現方法。其中FPGA作為本系統的控制核心和傳輸橋梁，發揮了極其重要的作用。通過FPGA不僅完成了系統中全部數字電路部分的設計，并且使系統具有了較高的可適應性、可擴展性和可調試性。 在時序數字邏輯設計上，充分利用FPGA中豐富的時序資源，如鎖相環PLL、觸發器，緩沖器FIFO、計數器等，能夠方便的完成對系統輸入輸出時鐘的精確控制以及根據系統需要對各處時序延時進行修正。 在存儲器設計上，采用FPGA片內存儲器。可根據系統需要隨時進行設置，并且能夠方便的完成數據格式的合并、拆分以及數據傳輸率的調整。 在傳輸接口設計上，采用并行接口和PCI總線接口的兩種數據傳輸模式。通過FPGA中的宏功能模塊和IP資源實現了對這兩種接口的邏輯控制，可使系統方便的在兩種傳輸模式下進行切換。 在系統工作過程控制上，通過VB程序編寫了應用于PC端的上層控制軟件。并通過并行接口實現了PC和FPGA之間的交互，從而能夠方便的在PC機上完成對系統工作過程的控制和工作模式的選擇。 在系統調試方面，充分利用QuartuslI軟件中自帶的嵌入式邏輯分析儀SignalTaplI，實時準確的驗證了在系統整個傳輸過程中數據的正確性和時序性，并極大的降低了用常規儀器觀測FPGA中眾多待測引腳的難度。 本文第四章針對FPGA中各功能模塊的邏輯設計進行了詳細分析，并對每個模塊都給出了精確的仿真結果。同時，文中還在其它章節詳細介紹了系統的硬件電路設計、并行接口設計、PCI接口設計、PC端控制軟件設計以及用于調試過程中的SignalTapⅡ嵌入式邏輯分析儀的使用方法，并且也對系統的仿真結果和測試結果給出了分析及討論。最后還附上了系統的PCB版圖、FPGA邏輯設計圖、實物圖及注釋詳細的相關源程序清單。
上傳時間： 2013-07-09
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隨著集成電路技術的飛速發展，芯片的規模越來越大，集成度越來越高，工作頻率越來越快，但是芯片的設計能力卻面臨巨大的挑戰。而IP核的重用則是解決當今芯片設計所面臨問題的最有效的解決方法。 MDIO接口模塊為以太網接口芯片中MAC層對PHY器件的控制管理接口。隨著以太網技術的快速發展以及MAC應用越來越廣泛，MDIO接口模塊的應用也越來越多，因此將MDIO接口模塊設計成可重用的IP核對于以各種太網接口集成芯片的設計具有很重要的作用。 本文詳細描述了MDIO接口模塊IP核的設計，介紹了該IP核的系統結構以及各個子模塊的詳細設計方法，對此IP核進行了仿真驗證，最后進行了FPGA測試，功能和性能達到了要求，最終通過了IP審核流程并且已成功應用于企業的以太網接口芯片中。
上傳時間： 2013-06-20
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如今電力電子電路的控制旨在實現高頻開關的計算機控制，并向著更高頻率、更低損耗和全數字化的方向發展。現場可編程門陣列器件(Field Programmable Gate Arrays)是近年來嶄露頭角的一類新型集成電路，它具有簡潔、經濟、高速度、低功耗等優勢，又具有全集成化、適用性強，便于開發和維護(升級)等顯著優點。與單片機和DSP相比，FPGA的頻率更高、速度更快，這些特點順應了電力電子電路的日趨高頻化和復雜化發展的需要。因此，在越來越多的領域中FPGA得到了日益廣泛的發展和應用。 本文提出了一種采用現場可編程門陣列(FPGA)器件實現數字化變頻調速控制系統的設計方案。該系統能產生三相六路正弦脈寬調制（SPWM）波形；調制頻率范圍為0～4KHZ，分7級控制；16位的速度控制分辨率；載波頻率分8級控制，最高可達24KHZ；系統接口兼容Intel系列和Motorola系列單片機；該系統控制簡單、精確，易修改，可現場編程；同時具有脈沖延時小、最小脈沖刪除、過壓和過流保護功能等特點，可應用于PWM變頻調速系統的全數字化控制。文中對方案的實現進行了詳細的論述，主要包括系統設計的理論分析，系統結構設計及在FPGA硬件上的實現，最終驗證了該控制系統的可行性和有效性。 數字化設計是本系統的特點，系統最終生成的三相SPWM脈沖是基于三相正弦調制波和三角載波比較得到的。設計時，充分結合FPGA器件的結構特點，利用一種改進結構的數字控制振蕩器（NCO）來產生正弦波樣本，在一定程度上解決了傳統NCO產生正弦波的精度和頻率相互制約的問題；把分時復用數字通信原理結合到系統的設計中，設計出分時運算電路，使得系統在同步時鐘下，生成三相正弦調制波而不影響系統的速度，同三角載波邏輯比較后，最終得到三相SPWM脈沖序列。
上傳時間： 2013-07-05
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在團簇與激光相互作用的研究中和在團簇與加速器離子束的碰撞研究中，需要對加速器束流或者激光束進行脈沖化與時序同步，同時用于測量作用產物的探測系統如飛行時間譜儀(TOF)等要求各加速電場的控制具有一定的時序匹配。在整個實驗中，需要用到符合要求的多路脈沖時序信號控制器，而且要求各脈沖序列的周期、占空比、重復頻率等方便可調。為此，本論文基于FPGA設計完成了一款多路脈沖時序控制電路。 本文基于Altera公司的Cyclone系列FPGA芯片EPlC3T100C8，設計出了一款可以同時輸出8路脈沖序列、各脈沖序列之間具有可調高精度延遲、可調脈沖寬度及占空比等。論文討論了FPGA芯片結構及開發流程，著重討論了較高頻率脈沖電路的可編程實現方法，以及如何利用VHDL語言實現硬件電路軟件化設計的技巧與方法，給出了整個系統設計的原理與實現。討論了高精密電源的PWM技術原理及實現，并由此設計了FPGA所需電源系統。給出了配置電路設計、數據通信及接口電路的實現。開發了上層控制軟件來控制各路脈沖時序及屬性。 該電路工作頻率200MHz，輸出脈沖最小寬度可達到10ns，最大寬度可達到us甚至ms量級。可以同時提供l路同步脈沖和7路脈沖，并且7路脈沖相對于同步脈沖的延遲時間可調，調節步長為5ns。
上傳時間： 2013-06-15
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本文的主要研究內容是利用FPGA平臺實現以太網絡接口。 首先，對論文的大致內容和組織結構做了簡要介紹，并且比較分析了目前比較流行的網絡接口實現的三種方法，并以此為基礎提出了本文中重點介紹的基于FPGA 的網絡接口實現方法。 其次，介紹采用以FPGA 做為主控芯片控制8019AS 網絡控制芯片來實現從網絡上接收數據幀的功能。FPGA 需要在上電時完成對于8019AS的初始化設置。在接收和發送數據報文時，對相應的寄存器進行控制和操作以完成網絡數據幀的接收。對FPGA 與8019AS 之間的接口實現進行了詳細的描述。 最后，介紹了在FPGA 內部對于接收到的網絡數據幀進行TCP/IP協議分析的具體過程和實現方法。分別詳細介紹了接收模塊、發送模塊以及其中子模塊具體功能和實現方法。說明了模塊之間相互觸發的具體關系。現有的網絡接口一般是采用MCU 或者ARM 等專用控制芯片來實現的，而此次課題以FPGA 作為主控芯片來實現網絡接口以及部分TCP/IP 協議分析是一個創意。而且由于FPGA 多管腳可以靈活配置，也使得系統的可擴展性有了很大的提高。
上傳時間： 2013-06-09
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當前，在系統級互連設計中高速串行I/O技術迅速取代傳統的并行I/O技術正成為業界趨勢。人們已經意識到串行I/O“潮流”是不可避免的，因為在高于1Gbps的速度下，并行I/O方案已經達到了物理極限，不能再提供可靠和經濟的信號同步方法。基于串行I/O的設計帶來許多傳統并行方法所無法提供的優點，包括：更少的器件引腳、更低的電路板空間要求、減少印刷電路板（PCB）層數、PCB布局布線更容易、接頭更小、EMI更少，而且抵抗噪聲的能力也更好。高速串行I/O技術正被越來越廣泛地應用于各種系統設計中，包括PC、消費電子、海量存儲、服務器、通信網絡、工業計算和控制、測試設備等。迄今業界已經發展出了多種串行系統接口標準，如PCI Express、串行RapidIO、InfiniBand、千兆以太網、10G以太網XAUI、串行ATA等等。 Aurora協議是為私有上層協議或標準上層協議提供透明接口的串行互連協議，它允許任何數據分組通過Aurora協議封裝并在芯片間、電路板間甚至機箱間傳輸。Aurora鏈路層協議在物理層采用千兆位串行技術，每物理通道的傳輸波特率可從622Mbps擴展到3.125Gbps。Aurora還可將1至16個物理通道綁定在一起形成一個虛擬鏈路。16個通道綁定而成的虛擬鏈路可提供50Gbps的傳輸波特率和最大40Gbps的全雙工數據傳輸速率。Aurora可優化支持范圍廣泛的應用，如太位級路由器和交換機、遠程接入交換機、HDTV廣播系統、分布式服務器和存儲子系統等需要極高數據傳輸速率的應用。 傳統的標準背板如VME總線和CompactPCI總線都是采用并行總線方式。然而對帶寬需求的不斷增加使新興的高速串行總線背板正在逐漸取代傳統的并行總線背板。現在，高速串行背板速率普遍從622Mbps到3.125Gbps，甚至超過10Gbps。AdvancedTCA（先進電信計算架構）正是在這種背景下作為新一代的標準背板平臺被提出并得到快速的發展。它由PCI工業計算機制造商協會（PICMG）開發，其主要目的是定義一種開放的通信和計算架構，使它們能被方便而迅速地集成，滿足高性能系統業務的要求。ATCA作為標準串行總線結構，支持高速互聯、不同背板拓撲、高信號密度、標準機械與電氣特性、足夠步線長度等特性，滿足當前和未來高系統帶寬的要求。 采用FPGA設計高速串行接口將為設計帶來巨大的靈活性和可擴展能力。Xilinx Virtex-IIPro系列FPGA芯片內置了最多24個RocketIO收發器，提供從622Mbps到3.125Gbps的數據速率并支持所有新興的高速串行I/O接口標準。結合其強大的邏輯處理能力、豐富的IP核心支持和內置PowerPC處理器，為企業從并行連接向串行連接的過渡提供了一個理想的連接平臺。 本文論述了采用Xilinx Virtex-IIPro FPGA設計傳輸速率為2.5Gbps的高速串行背板接口，該背板接口完全符合PICMG3.0規范。本文對串行高速通道技術的發展背景、現狀及應用進行了簡要的介紹和分析，詳細分析了所涉及到的主要技術包括線路編解碼、控制字符、逗點檢測、擾碼、時鐘校正、通道綁定、預加重等。同時對AdvancedTCA規范以及Aurora鏈路層協議進行了分析， 并在此基礎上給出了FPGA的設計方法。最后介紹了基于Virtex-IIPro FPGA的ATCA接口板和MultiBERT設計工具，可在標準ATCA機框內完成單通道速率為2.5Gbps的全網格互聯。
上傳時間： 2013-05-29
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雙足機器人是一個多自由度、多變量、非線性的復雜動力學系統。其控制平臺的研究往往涉及嵌入式技術、傳感器技術、步態規劃、路徑導航、人工智能、自動化控制等多種理論與技術，體現了信息科學和人工智能技術的最新成果，應用領域廣大，具有重要的研究價值。其中，雙足機器人導航控制系統是雙足機器人控制平臺研究中的重點和難點，將在自動駕駛、未知區域的探索、危險環境作業、核電站的維護等領域中發揮極大的作用。 本文以雙足機器人導航控制系統的設計為研究背景，結合嵌入式系統開發的關鍵技術，主要論述了兩個核心內容：一是雙足機器人導航決策系統的設計。該系統是基于一種新式的ARM&DSP主從控制模式下的設計。該設計借助內外傳感器系統的反饋，通過對多傳感器信息的融合與處理，在導航決策算法的作用下，實現雙足機器人在未知環境下平滑的自主導航。二是為增強雙足機器人導航的人機交互性和控制系統對突發事件的處理能力，在基于MiniGUI的系統平臺上設計了雙足機器人的導航控制系統界面。論文的主要內容包括： 首先，設計了雙足機器人的本體模型，并對雙足機器人的步態規劃做了理論研究，為步態控制獲得理論上的支持。 然后，就雙足機器人導航控制平臺的搭建做了詳細的介紹，并著重對主從控制器間通訊的CAN接口做了詳細的設計。 接著，從兩個層面設計了導航決策系統，一是根據內部傳感器得到的關節信息，比對決策層中的步態規劃算法，對關節的運動進行實時的補償和調整，實現各關節動作的協調，得到標準的步態，保證每一步的穩定和準確。二是對外部傳感器獲得的外界環境信息進行處理，構建出供決策層使用的外部環境模型，之后在基于模糊神經網絡的導航算法的指引下，實現雙足機器人對外界環境做出合理、平滑的響應。 最后，介紹了導航控制界面的設計與實現。重點介紹了MiniGUI開發平臺的搭建、基于MiniGUI的界面程序的設計以及程序在開發板上的移植，實現了控制界面在雙足機器人導航上的應用。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著現代工業的發展，人機接口在工業生產以及社會生活中發揮著越來越重要的作用，同時，人機接口的各項技術問題也日益凸現出來，越來越受到世界各國的關注。 本課題就基于便攜式儀表人機接口的設計開展研究。設計的關鍵步驟包括：人機接口的軟硬件設計、實驗系統的搭建以及在一條天然氣管道上進行管道檢測實驗，驗證人機接口的實用性。 論文中介紹了人機接口技術的發展過程與現狀、人機接口系統的軟硬件詳細設計。人機接口硬件包括：ARM處理器控制核心、通信接口電路、LCD顯示接口電路、USB接口儲存電路；軟件包括人機接口的底層軟件與應用軟件。在實驗過程中，首先獲取一段有裂紋的天然氣管道，接著使用自行設計的采樣模塊檢測磁場信號，通過串口將數據發送到人機接口平臺，人機接口平臺使用嵌入式Linux作為操作系統，使用Qt程序在LCD上顯示實時曲線。而后人機接口將數據存儲在閃盤中，同時使用一系列算法程序對數據進行處理，最后利用檢測到的漏磁場法向分量HP（Y）的具有顯著特征的最大梯度值的位置來判斷裂紋的位置，再與實際的裂紋位置對比，得出可行性結論。經過大量的實驗，該系統可以很好的實現檢測目的，驗證了人機接口的實用性。
上傳時間： 2013-06-28
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顯示技術被定義為新世紀世界朝陽產業之一。幾十年來，LED顯示技術成為一項使用最廣泛和最普及的技術，由于其極高的性價比、高亮度、主動發光等特性，使得LED構成的大屏幕已經被廣泛的應用于車站、碼頭、廣場等各種場合以及各企事業單位，成為各單位、部門很好的信息發布與交流工具。傳統的顯示技術以簡單的8位或者16位單片微控制器為核心，其運算速度、內存容量、存儲空間和通訊方式等方面存在著很大的局限性，很難實現高難度圖文動態特技顯示和高灰度級顯示，并且無法滿足信息容量大和處理速度很高的場所。 本文在分析LED顯示控制原理、灰度級實現以及彩色顯示實現原理的基礎上，制定了ARM+FPGA的LED點陣顯示控制方案，采用三星公司S3C2410芯片上的LCD顯示接口，設計了顯示數據重組、非線性占空比γ反校正等邏輯，結合FPGA技術實現了高性能的LED點陣顯示控制；同時研究了嵌入式Linux操作系統，在實驗基礎上詳細論述基于Linux操作系統的幀緩存設備模塊加載模式下的控制技術，并開發基于ARM平臺的LED顯示屏播放以及管理應用程序。 本文的創新之處在于提出并系統研究了改善LED顯示效果的數據重組技術以及非線性占空比下的γ反校正技術，并通過軟硬件調試系統達到預期顯示效果。
上傳時間： 2013-04-24
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