移動(dòng)通信是目前通信技術(shù)中發(fā)展最快的領(lǐng)域之一，CDMA技術(shù)憑借其良好的抗噪性、保密性和低功率等優(yōu)勢(shì)成為第三代移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)。目前大規(guī)模可編程邏輯器件FPGA為CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了新的技術(shù)手段。 本文在深入分析CDMA通信系統(tǒng)的原理和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了CDMA基站基帶系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，論述了CDMA基站基帶系統(tǒng)前向鏈路和反向鏈路中各個(gè)信號(hào)處理模塊的工作原理，對(duì)CRC編碼模塊、卷積編碼模塊、塊交織器、PN碼生成器、Walsh碼發(fā)生器、基帶成形濾波器、QPSK調(diào)制器、PN碼捕獲與跟蹤模塊、Viterbi譯碼器等CDMA基站基帶系統(tǒng)的各個(gè)模塊進(jìn)行了基于FPGA的建模和設(shè)計(jì)，取得了一些有價(jià)值的階段性成果。這些對(duì)CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)進(jìn)行深入探索、研究和設(shè)計(jì)，具有一定的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價(jià)值。
標(biāo)簽： FPGA CDMA 基站 基帶系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)是作為專(zhuān)用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的,它結(jié)合了微電子技術(shù)、電路技術(shù)和EDA(Electronics Design Automation)技術(shù)。隨著它的廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展,使設(shè)計(jì)電路的規(guī)模和集成度不斷提高,同時(shí)也帶來(lái)了電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)思想的不斷推陳出新。 隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字信號(hào)處理的理論和技術(shù)廣泛的應(yīng)用于通訊、語(yǔ)音處理、計(jì)算機(jī)和多媒體等領(lǐng)域。離散傅立葉變換(DFT)作為數(shù)字信號(hào)處理中的基本運(yùn)算,發(fā)揮著重要作用。而快速傅里葉變換(FFT)算法的提出,使離散傅里葉變換的運(yùn)算量減小了幾個(gè)數(shù)量級(jí),使得數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)變得更加容易。FFT已經(jīng)成為現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理的核心技術(shù)之一,因此對(duì)FFT算法及其實(shí)現(xiàn)方法的研究具有很強(qiáng)的理論和現(xiàn)實(shí)意義。 本文主要研究如何利用FPGA實(shí)現(xiàn)FFT算法,研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的FFT信號(hào)處理器。該設(shè)計(jì)采用高效基-16算法實(shí)現(xiàn)了一種4096點(diǎn)FFT復(fù)數(shù)浮點(diǎn)運(yùn)算處理器,其蝶形處理單元的基-16運(yùn)算核采用兩級(jí)改進(jìn)的基-4算法級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn),僅用8個(gè)實(shí)數(shù)乘法器就可實(shí)現(xiàn)基-16蝶形單元所需的8次復(fù)數(shù)乘法運(yùn)算,在保持處理速度的優(yōu)勢(shì)下,比傳統(tǒng)的基-16算法節(jié)省了75％的乘法器邏輯資源。 在重點(diǎn)研究處理器蝶形單元設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,本文完成了整個(gè)FFT處理器電路的FPGA設(shè)計(jì)。首先基于對(duì)處理器功能和特點(diǎn)的分析,研究了FFT算法的選取和優(yōu)化,并完成了處理器體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；在此基礎(chǔ)上,以提高處理器處理速度和減小硬件資源消耗為重點(diǎn)研究了具體的實(shí)現(xiàn)方案,完成了1.2萬(wàn)行RTL代碼編程,并在XILINX公司提供的ISE 9.1i集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)了處理器各個(gè)模塊的RTL設(shè)計(jì)：隨后,以XILINX Spartan-3系列FPGA芯片xc3S1000為硬件平臺(tái),完成了整個(gè)FFT處理器的電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。 經(jīng)過(guò)仿真驗(yàn)證,本文所設(shè)計(jì)的FFT處理器芯片運(yùn)行速度達(dá)到了100MHz,占用的FPGA門(mén)數(shù)為552806,電路的信噪比可以達(dá)到50dB以上,達(dá)到了高速高性能的設(shè)計(jì)要求。
標(biāo)簽： FPGA FFT 信號(hào)處理器
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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伴隨著多媒體顯示和傳輸技術(shù)的發(fā)展,人們獲得了越來(lái)越高的視聽(tīng)享受。從傳統(tǒng)的模擬電視,到標(biāo)清、高清、全高清。與顯示技術(shù)發(fā)展結(jié)伴而行的是顯示接口技術(shù)的發(fā)展,從模擬的AV端子,S-Video和VGA接口,到數(shù)字顯示的DVI接口,技術(shù)上經(jīng)歷了一個(gè)從模擬到數(shù)字,從并行到串行,從低速到高速的發(fā)展過(guò)程。 HDMI是最新的高清晰度多媒體接口,它的規(guī)范由Silicon Image等七家公司提出,具有帶寬大,尺寸小,傳輸距離長(zhǎng)和支持正版保護(hù)等功能,符合當(dāng)今技術(shù)的發(fā)展潮流,一經(jīng)推出,就獲得了巨大的成功。成為平板顯示器、高清電視等設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)接口之一,并獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 從上世紀(jì)80年代XILINX發(fā)明第一款FPGA芯片以來(lái),FPGA就以其體系結(jié)構(gòu)和邏輯單元靈活,運(yùn)算速度快,編程方便等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用與IC設(shè)計(jì)、系統(tǒng)控制、視頻處理、通信系統(tǒng)、航空航天等諸多方面。 本文利用ALTERA的一款高端FPGA芯片EP2S180F1508C3為核心,配合Silicon Image的專(zhuān)用HDMI接收芯片搭建了一個(gè)HDMI的接收顯示平臺(tái)。針對(duì)HDMI帶寬寬,數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn),使用了新型的DDR2 SDRAM作為視頻信號(hào)的輸入和輸出緩沖。在硬件板級(jí)設(shè)計(jì)上,針對(duì)HDMI和DDR2的相關(guān)高速電路,采用了一系列的高速電路設(shè)計(jì)方法,有效的避免了信號(hào)的反射,串?dāng)_等不良現(xiàn)象。同時(shí)在對(duì)HDMI規(guī)范和DDR2 SDRAM時(shí)序規(guī)范的深入研究的基礎(chǔ)上,在ALTERA的開(kāi)發(fā)平臺(tái)QUARTUSII上編寫(xiě)了系統(tǒng)的頂層模塊和相關(guān)各功能子模塊,并仿真通過(guò)。 論文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1、論文研究了最新的HDMI接口規(guī)范和新型存儲(chǔ)器件DDR2的時(shí)序規(guī)范。 2、論文搭建的整個(gè)系統(tǒng)相當(dāng)龐大,涉及到相關(guān)的規(guī)范、多種芯片的資料、各種工具軟件的使用、原理圖的繪制和PCB板的布局布線,直至后期的編程仿真,花費(fèi)了作者大量的時(shí)間和精力。 3、論文首次使用FPGA來(lái)處理HDMI信號(hào)且直接驅(qū)動(dòng)顯示器件,區(qū)別于-般的ASIC方案。 4、論文對(duì)高速電路特別是的DDR2布局布線,采用了一系列的專(zhuān)門(mén)措施,具有一定的借鑒價(jià)值。
標(biāo)簽： FPGA HDMI 顯示系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-06-22
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介紹了一種通用溫度監(jiān)測(cè)儀。闡述了以MSP430F149 為核心的溫度檢測(cè)儀的硬件模塊和軟件設(shè)計(jì)。該溫度檢測(cè)儀具有低成本、低功耗、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，根據(jù)不同需要可應(yīng)用于多種溫度檢測(cè)系統(tǒng)中。
上傳時(shí)間： 2013-07-29
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隨著圖像處理技術(shù)和投影技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)高沉浸感的虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景提出了更高的要求，這種虛擬顯示的場(chǎng)景往往由多通道的投影儀器同時(shí)在屏幕上投影出多幅高清晰的圖像，再把這些單獨(dú)的圖像拼接在一起組成一幅大場(chǎng)景的圖像。而為了給人以逼真的效果，投影的屏幕往往被設(shè)計(jì)為柱面屏幕，甚至是球面屏幕。當(dāng)圖像投影在柱面屏幕的時(shí)候就會(huì)發(fā)生幾何形狀的變化，而避免這種幾何變形的就是圖像拼接過(guò)程中的幾何校正和邊緣融合技術(shù)。 一個(gè)大場(chǎng)景可視化系統(tǒng)由投影機(jī)、投影屏幕、圖像融合機(jī)等主要模塊組成。在虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用系統(tǒng)中，要實(shí)現(xiàn)高臨感的多屏幕無(wú)縫拼接以及曲面組合顯示，顯示系統(tǒng)還需要運(yùn)用幾何數(shù)字變形及邊緣融合等圖像處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)諸如在平面、柱面、球面等投影顯示面上顯示圖像。而關(guān)鍵設(shè)備在于圖像融合機(jī)，它實(shí)時(shí)采集圖形服務(wù)器，或者PC的圖像信號(hào)，通過(guò)圖像處理模塊對(duì)圖像信息進(jìn)行幾何校正和邊緣融合，在處理完成后再送到顯示設(shè)備。 本課題提出了一種基于FPGA技術(shù)的圖像處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的AiD采集、圖像數(shù)據(jù)在SRAM以及SDRAM中的存取、圖像在FPGA內(nèi)部的DSP運(yùn)算以及圖像數(shù)據(jù)的D/A輸出。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心部分在于系統(tǒng)的控制以及數(shù)字信號(hào)的處理。本課題采用XilinxVirtex4系列FPGA作為主處理芯片，并利用VerilogHDL硬件描述語(yǔ)言在FPGA內(nèi)部設(shè)計(jì)了A/D模塊、D/A模塊、SRAM、SDRAM以及ARM處理器的控制器邏輯。 本課題在FPGA圖像處理系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了一個(gè)ARM處理器模塊，用于上電時(shí)對(duì)系統(tǒng)在圖像變化處理時(shí)所需參數(shù)進(jìn)行傳遞，并能實(shí)時(shí)從上位機(jī)更新參數(shù)。該設(shè)計(jì)在提高了系統(tǒng)性能的同時(shí)也便于系統(tǒng)擴(kuò)展。 本文首先介紹了圖像處理過(guò)程中的幾何變化和圖像融合的算法，接著提出了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案及模塊劃分，然后圍繞FPGA的設(shè)計(jì)介紹了SDRAM控制器的設(shè)計(jì)方法，最后介紹了ARM處理器的接口及外圍電路的設(shè)計(jì)。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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數(shù)字語(yǔ)音通信是當(dāng)前信息產(chǎn)業(yè)中發(fā)展最快、普及面最廣的業(yè)務(wù)。語(yǔ)音信號(hào)壓縮編碼是數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)處理的一個(gè)方面，它和通信領(lǐng)域聯(lián)系最為密切。在現(xiàn)有的語(yǔ)音編碼中，美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)混合激勵(lì)線性預(yù)測(cè)（MELP—Mixed Excited Linear Prediction）算法在2．4kb/s的碼率下取得了較好的語(yǔ)音質(zhì)量，具有廣闊的應(yīng)用前景。 FPGA作為一種快速、高效的硬件平臺(tái)在數(shù)字信號(hào)處理和通信領(lǐng)域具有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。現(xiàn)代大容量、高速度的FPGA一般都內(nèi)嵌有可配置的高速RAM、PLL、LVDS、LVTTL以及硬件乘法累加器等DSP模塊。用FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理可以很好地解決并行性和速度問(wèn)題，而且其靈活的可配置特性，使得FPGA構(gòu)成的DSP系統(tǒng)非常易于修改、測(cè)試及硬件升級(jí)。 本論文闡述了一種基于FPGA的混合激勵(lì)線性預(yù)測(cè)聲碼器的研究與設(shè)計(jì)。首先介紹了語(yǔ)音編碼研究的發(fā)展?fàn)顩r以及低速率語(yǔ)音編碼研究的意義，接著在對(duì)MELP算法進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，提出了利用DSP Builder在Matlab中建模的思路及實(shí)現(xiàn)過(guò)程，最后本文把重點(diǎn)放在MELP聲碼器的編解碼器設(shè)計(jì)上，利用DSP Builder、QuartusⅡ分別設(shè)計(jì)了其中的濾波器、分幀加窗處理、線性預(yù)測(cè)分析等關(guān)鍵模塊。 在Simulink環(huán)境下運(yùn)用SignalCompiler對(duì)編解碼系統(tǒng)進(jìn)行功能仿真，為了便于仿真，系統(tǒng)中沒(méi)有設(shè)計(jì)的模塊在Simulink中用數(shù)學(xué)模型代替，仿真結(jié)果表明，合成語(yǔ)音信號(hào)與原始信號(hào)很好的擬合，系統(tǒng)編解碼后語(yǔ)音質(zhì)量基本良好。
上傳時(shí)間： 2013-06-02
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近年來(lái)，在鋼鐵材質(zhì)質(zhì)量檢測(cè)的研究領(lǐng)域，電磁無(wú)損檢測(cè)方法以其非破壞性和簡(jiǎn)便快速的優(yōu)點(diǎn)取得了大量成果，然而對(duì)于鋼材及其制品的混料、硬度和裂紋質(zhì)量檢測(cè)還存在許多難題.如用傳統(tǒng)檢測(cè)平臺(tái)檢測(cè)鋼鐵件硬度的檢測(cè)精度和速度都不夠理想。 基于上述情況，論文將先進(jìn)的SOPC技術(shù)應(yīng)用到鋼鐵件的電磁無(wú)損檢測(cè)中。SOPC技術(shù)將處理器、存儲(chǔ)器、IO接口、各種外圍設(shè)備等系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要的部件集成到一個(gè)可編程邏輯器件上，構(gòu)建成一個(gè)可編程的片上系統(tǒng)。 論文詳細(xì)論述了基于FPGA的電磁無(wú)損檢測(cè)試驗(yàn)裝置的理論基礎(chǔ)，并在此基礎(chǔ)上給出了總體設(shè)計(jì)方案。全文著重?cái)⑹隽讼到y(tǒng)的模擬部分，系統(tǒng)配置以及軟件部分的整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程。利用QuartusⅡ自定義外設(shè)和Avalon總線多主并行處理的特點(diǎn)，采用Vefilog HDL，語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)激勵(lì)信號(hào)發(fā)生器和高速數(shù)據(jù)采集器，使得信號(hào)激勵(lì)和信號(hào)采集在同一片芯片中實(shí)現(xiàn)，從而提高了信號(hào)及信號(hào)處理的精確度。由于電磁檢測(cè)對(duì)多種參數(shù)的敏感反應(yīng)，必須抑制由此引入的多種因素的干擾，利用FIR數(shù)字濾波和相關(guān)方法從眾多的干擾信號(hào)中提取出有效信號(hào)的幅度和相位，同時(shí)利用NiosⅡC2H功能對(duì)濾波模塊進(jìn)行硬件加速處理，大大提高了信號(hào)處理的速度。利用最小二乘法建立回歸方程模型進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。最后運(yùn)用此電磁無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)軸承鋼的硬度進(jìn)行了定性測(cè)試，取得了較好的檢測(cè)結(jié)果。 試驗(yàn)結(jié)果表明，將SOPC技術(shù)應(yīng)用到電磁無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)中，系統(tǒng)的檢測(cè)速度和檢測(cè)精度都有所提高，并使得整個(gè)系統(tǒng)在規(guī)模、可靠性、性能指標(biāo)、開(kāi)發(fā)成本、產(chǎn)品維護(hù)及硬件升級(jí)等多方面實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化。
標(biāo)簽： 電磁 無(wú)損檢測(cè)
上傳時(shí)間： 2013-06-04
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隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，電力系統(tǒng)的非線性負(fù)荷日益增多，嚴(yán)重地污染了電網(wǎng)的環(huán)境，威脅著電網(wǎng)中的各種電氣設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，不論從保證電力系統(tǒng)和供電系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行或是從保證設(shè)備和人身的安全來(lái)看，對(duì)諧波污染造成的危害影響加以經(jīng)常監(jiān)測(cè)和限制都是極為迫切的。諧波測(cè)量是諧波治理的重要前提條件，也是分析解決諧波治理問(wèn)題的基本問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外已有各種諧波檢測(cè)的研究，形成了多種諧波檢測(cè)方法，基于快速傅立葉變化的FFT是當(dāng)前諧波檢測(cè)中應(yīng)用最為廣泛的一種諧波檢測(cè)方法。特別是經(jīng)過(guò)技術(shù)補(bǔ)償后的FFT算法，在諧波檢測(cè)中具有更好的性能。但該方法在實(shí)現(xiàn)上主要是采用通用DSP器件(比如TI公司產(chǎn)品)，其實(shí)時(shí)性不強(qiáng)，影響了檢測(cè)性能。隨著微電子技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，基于FPGA的數(shù)字信號(hào)處理具有高速、開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)便、易于形成ASIC等優(yōu)勢(shì)而得到了廣泛的應(yīng)用。論文在分析諧波測(cè)量方法的基礎(chǔ)上，提出了基于FPGA實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)諧波測(cè)量系統(tǒng)。以嵌入式處理器NiosⅡ?yàn)楹诵模瑢?shí)現(xiàn)了電網(wǎng)諧波分析的周期圖功率譜分析方法。在整個(gè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，主要完成了基-28點(diǎn)、16點(diǎn)、32的FFT模塊、完成了求模運(yùn)算模塊以及輸出顯示模塊。通過(guò)比較仿真得到的方波、正弦信號(hào)的譜結(jié)構(gòu)與實(shí)際系統(tǒng)輸出的譜結(jié)構(gòu)，驗(yàn)證了該實(shí)現(xiàn)方法的正確性。
上傳時(shí)間： 2013-06-30
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根據(jù)交通部公布的數(shù)據(jù)，交通事故呈逐年上升趨勢(shì)，交通事故不僅給公民的財(cái)產(chǎn)造成了損失，而且給公民的人身安全也會(huì)造成威脅。因此如何更好地避免交通事故成為一個(gè)焦點(diǎn)課題，汽車(chē)安全系統(tǒng)更是成為汽車(chē)生產(chǎn)商和研究機(jī)構(gòu)的研究熱點(diǎn)。 當(dāng)前汽車(chē)安全系統(tǒng)有兩大種類(lèi)：一是被動(dòng)式安全系統(tǒng)。例如：安全帶，安全氣囊等。二是主動(dòng)式安全系統(tǒng)。主動(dòng)安全系統(tǒng)又分為主動(dòng)被動(dòng)式和主動(dòng)自動(dòng)式。前者有ABS等。后者有汽車(chē)自動(dòng)防撞系統(tǒng)和倒車(chē)?yán)走_(dá)等。 本文采用激光測(cè)距系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)一種汽車(chē)在高速公路上行駛的主動(dòng)式防撞系統(tǒng)，本文的重點(diǎn)是開(kāi)發(fā)測(cè)距預(yù)警系統(tǒng)，采用專(zhuān)門(mén)的激光測(cè)距芯片和接收芯片，并采用FPGA(Filed Programmable Gate Array)作為主控芯片，對(duì)前車(chē)進(jìn)行有效的監(jiān)控，根據(jù)檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)提出建議和報(bào)警，提醒駕駛員減速或者采取制動(dòng)措施，從而達(dá)到預(yù)防追尾碰撞的目的。本文工作主要有以下幾個(gè)方面： 1) 在比較分析激光、雷達(dá)和毫米波等測(cè)距方法的基礎(chǔ)上，根據(jù)市場(chǎng)需求及潛在用戶(hù)分析，確定采用激光脈沖測(cè)距方式。針對(duì)激光脈沖測(cè)距存在的技術(shù)難題，提出以FPGA作為系統(tǒng)核心控制模塊的測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。 2) 根據(jù)對(duì)車(chē)載動(dòng)態(tài)測(cè)距系統(tǒng)測(cè)量精度、測(cè)量頻率和測(cè)量范圍的基本要求，結(jié)合脈沖激光測(cè)距的特點(diǎn)，提出采用多頭脈沖激光測(cè)距和多周期脈沖測(cè)量的技術(shù)方案。該方案可有效提高系統(tǒng)測(cè)距精度和測(cè)量范圍，降低系統(tǒng)成本。 3) 基于上述方案，完成了基于FPGA的多頭脈沖激光測(cè)距系統(tǒng)的各功能模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)、功能仿真、綜合優(yōu)化及板級(jí)測(cè)試實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明，各主要功能模塊基本達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)要求，為測(cè)距系統(tǒng)的后期開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。 4) 完成了激光測(cè)距傳感器外圍光電轉(zhuǎn)換電路、電源轉(zhuǎn)換電路及通訊接口的設(shè)計(jì)、制作、安裝及實(shí)驗(yàn)室調(diào)試。 5) 最后對(duì)論文研究工作進(jìn)行了總結(jié)，提出了系統(tǒng)的不足之處和進(jìn)一步研究工作的方向。
標(biāo)簽： FPGA 激光測(cè)距系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-05-27
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在傳統(tǒng)的電力電子電路中，DC/DC變換器通常采用模擬電路實(shí)現(xiàn)電壓或電流的控制。數(shù)字控制與模擬控制相比，有著顯著的優(yōu)點(diǎn)，數(shù)字控制可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制策略，同時(shí)大大提高系統(tǒng)的可靠性和靈活性，并易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化。但目前數(shù)字控制基本上限于電力傳動(dòng)領(lǐng)域，DC/DC變換器由于其開(kāi)關(guān)頻率較高，一般其外圍功能由DSP或微處理器完成，而控制的核心，如PWM發(fā)生等大多采用專(zhuān)用控制芯片實(shí)現(xiàn)。FPGA由于其快速性、靈活性及保密性等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在數(shù)字控制領(lǐng)域受到越來(lái)越多的關(guān)注。基于FPGA的DC/DC變換器是電力電子領(lǐng)域重要的研究方向之一。本文研究了同步Buck變換器的建模、設(shè)計(jì)及仿真，采用Xinlix的VIRTEX-Ⅱ PRO FPGA開(kāi)發(fā)板實(shí)現(xiàn)了Buck變換器的全數(shù)字控制。 論文首先從Buck變換器的理論分析入手，根據(jù)它的物理特性，研究了該變換器的狀態(tài)空間平均模型和小信號(hào)分析。為了獲得高性能的開(kāi)關(guān)電源，提出并分析了混雜模型設(shè)計(jì)方案，然后進(jìn)行了控制器設(shè)計(jì)。并采用MATLAB/SIMULINK建立了同步Buck電路的仿真模型，并進(jìn)行仿真研究。浮點(diǎn)仿真的運(yùn)算精度與溢出問(wèn)題，影響了仿真的精度。為了克服這些不足，作者采用了定點(diǎn)仿真方法，得到了滿意的仿真結(jié)果。論文還著重論述了開(kāi)關(guān)電源的數(shù)字控制器部分，數(shù)字控制器一般由三個(gè)主要功能模塊組成：模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字脈寬調(diào)制器(Digital PulseWidth Modulation：DPWM)和數(shù)字補(bǔ)償器。文中重點(diǎn)研究了DPWM和數(shù)字補(bǔ)償器，闡述了目前高頻數(shù)字控制變換器中存在的主要問(wèn)題，特別是高頻狀態(tài)下DPWM分辨率較低，影響控制精度，甚至引起極限環(huán)(Limit Cycling)現(xiàn)象，對(duì)DPWM分辨率的提高與系統(tǒng)硬件工作頻率之間的矛盾、DPWM分辨率與A/D分辨率之間的關(guān)系等問(wèn)題作了全面深入的分析。論文提出了一種新的提高DPWM分辨率的方法，該方法在不提高系統(tǒng)硬件頻率的前提下，采用軟件使DPWM的分辨率大大提高。作者還設(shè)計(jì)了兩種數(shù)字補(bǔ)償器，并進(jìn)行了分析比較，選擇了合適的補(bǔ)償算法，達(dá)到了改善系統(tǒng)性能的目的。 設(shè)計(jì)完成后，作者使用ISE 9.1i軟件進(jìn)行了FPGA實(shí)現(xiàn)的前、后仿真，驗(yàn)證了所提出理論及控制算法的正確性。作者完成了Buck電路的硬件制作及基于FPGA的軟件設(shè)計(jì)，采用32MHz的硬件晶振實(shí)現(xiàn)了11-bit的DPWM分辨率，開(kāi)關(guān)頻率達(dá)到1MHz，得到了滿意的系統(tǒng)性能，論文最后給出了仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
標(biāo)簽： FPGA DCDC 高頻 數(shù)字
上傳時(shí)間： 2013-07-23
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