在機器人學的研究領域中，如何有效地提高機器人控制系統的控制性能始終是研究學者十分關注的一個重要內容。在分析了工業機器人的發展歷程和機器人控制系統的研究現狀后，本論文的主要目標是針對四關節實驗室機器人特有的機械結構和數學模型，建立一個新型全數字的基于DSP和FPGA的機器人位置伺服控制系統的軟、硬件平臺，實現對四關節實驗室機器人的精確控制。 本論文從實際情況出發，首先分析了所研究的四關節實驗室機器人的本體結構，并對其抽象簡化得到了它的運動學數學模型。在明確了實現機器人精確位置伺服控制的控制原理后，我們對機器人控制系統的諸多可行性方案進行了充分論證，并最終決定采用了三級CPU控制的控制體系結構：第一級CPU為上位計算機，它實現對機器人的系統管理、協調控制以及完成機器人實時軌跡規劃等控制算法的運算；第二級CPU為高性能的DSP處理器，它輔之以具有高速并行處理能力的FPGA芯片，實現了對機器人多個關節的高速并行驅動；第三級CPU為交流伺服驅動處理器，它實現了機器人關節伺服電機的精確三閉環誤差驅動控制，以及電機的故障診斷和自動保護等功能。此外，我們采用比普通UART速度快得多的USB來實現上位計算機．與下位控制器之間的數據通信，這樣既保證了兩者之間連接方便，又有效的提高了控制系統的通信速度和可靠性。 機器人系統的軟件設計包括兩個部分：一是采用VC++實現的上位監控軟件系統，它主要負責機器人實時軌跡規劃等控制算法的運算，同時完成用戶與機器人系統之間的信息交互；二是采用C語言實現的下位DSP控制程序，它主要負責接收上位監控系統或者下位控制箱發送的控制信號，實現對機器人的實時驅動，同時還能夠實時的向上位監控系統或者下位控制箱反饋機器人的當前狀態信息。 研究開發出來的四關節實驗室機器人控制器具有控制實時性好、定位精度高、運行穩定可靠的特點，它允許用戶通過上位控制計算機實現對機器人的各種設定作業的控制，也可以讓用戶通過機器人控制箱現場對機器人進行回零、示教等各項操作。
上傳時間： 2013-04-24
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本文以符號多項式理論為基礎，從理論上論證了任意長度比特組合的CRC校驗碼的并行算法，提出了并行CRC計算的數學模型，并且以8位二進制序列(即一個字節)為例，介紹了利用此數學模型計算校驗碼的方法，最后給出了與此算法相對應的VHDL模型。經過對實驗數據的對比分析，表明文中所提并行CRC算法的關鍵路徑延遲和硬件面積都得到了優化，以Top-Down設計方法給出了一種HDLC協議控制器的設計方案，用VHDL語言進行了行為級描述，采用Xilinx公司的FPGA產品進行實現。
上傳時間： 2013-06-09
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直接數字合成(DDS)技術采用全數字的合成方法，所產生的信號具有頻率分辨率高、頻率切換速度快、頻率切換時相位連續、輸出相位噪聲低和可以產生任意波形等諸多優點。本文研究的是一種基于DDS/FPGA的多波形信號源系統，其中，DDS技術是其核心技術。DDS可以精確地控制合成信號的三個參量：幅度、相位以及頻率，因此利用DDS技術可以合成任意波形。但因其數字化合成的固有特點，使其輸出信號中存在大量雜散信號。雜散信號的主要來源是：相位截斷帶來的雜散信號；幅度量化帶來的雜散信號；DAC的非線性特性帶來的雜散信號。這些雜散信號嚴重影響了合成信號的頻譜純度。因此抑制這些雜散信號是提高合成信號譜質的關鍵。 本文在研究各種抑制DDS雜散技術的基礎上，提出了中和加擾技術，這可以在很大程度上減小雜散對DDS輸出信號譜質的影響。 EP1S808956C6是一款高性能的FPGA芯片，其超強的數據處理能力十分適合應用于DDS多波形信號源的開發。在QuartusⅡ平臺下運用Verilog HDL語言和原理圖設計可以很方便地應用各種抑制雜散信號的方法來提高輸出信號的譜質。 結合高速DDS技術和FPGA兩者的優點，本文設計了一種基于DDS/FPGA的多波形信號源，它能完成正弦波、余弦波、三角波、鋸齒波、方波、AM、SSB、FM、2ASK、2FSK、π/4-QDPSK等多種信號。使得所設計的信號源可以適應多種不同的工作環境，給工作帶了方便。
上傳時間： 2013-07-27
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低密度校驗碼（LDPC，Low Density Parity Check Code）是一種性能接近香農極限的信道編碼，已被廣泛地采用到各種無線通信領域標準中，包括我國的數字電視地面傳輸標準、歐洲第二代衛星數字視頻廣播標準（DVB-S2，Digital Video Broadcasting-Satellite 2）、IEEE 802.11n、IEEE 802.16e等。它是3G乃至將來4G通信系統中的核心技術之一。 當今LDPC碼構造的主流方向有兩個，分別是結合準循環（QC，Quasi Cyclic）移位結構的單次擴展構造和類似重復累積（RA，Repeat Accumulate）碼構造。相應地，主要的LDPC碼編碼算法有基于生成矩陣的算法和基于迭代譯碼的算法。基于生成矩陣的編碼算法吞吐量高，但是需要較多的寄存器和ROM資源；基于迭代譯碼的編碼算法實現簡單，但是吞吐量不高，且不容易構造高性能的好碼。 本文在研究了上述幾種碼構造和編碼算法之后，結合編譯碼器綜合實現的復雜度考慮，提出了一種切實可行的基于二次擴展（Dex，Duplex Expansion）的QC-LDPC碼構造方法，以實現高吞吐量的LDPC碼收發端；并且充分利用該類碼校驗矩陣準循環移位結構的特點，結合RU算法，提出了一種新編碼器的設計方案。 基于二次擴展的QC-LDPC碼構造方法，是通過對母矩陣先后進行亂序擴展（Pex，Permutation Expansion）和循環移位擴展（CSEx，Cyclic Shift Expansion）實現的。在此基礎上，為了實現可變碼長、可變碼率，一般編譯碼器需同時支持多個亂序擴展和循環移位擴展的擴展因子。本文所述二次擴展構造方法的特點在于，固定循環移位擴展的擴展因子大小不變，支持多個亂序擴展的擴展因子，使得譯碼器結構得以精簡；構造得到的碼字具有近似規則碼的結構，便于硬件實現；（偽）隨機生成的循環移位系數能夠提高碼字的誤碼性能，是對硬件實現和誤碼性能的一種折中。 新編碼器在很大程度上考慮了資源的復用，使得實現復雜度近似與碼長成正比。考慮到吞吐量的要求，新編碼器結構完全拋棄了RU算法中串行的前向替換（FS，Forward Substitution）模塊，同時簡化了流水線結構，由原先RU算法的6級降低為4級；為了縮短編碼延時，設計時安排每一級流水線計算所需的時鐘數大致相同。 這種碼字構造和編碼聯合設計方案具有以下優勢：相比RU算法，新方案對可變碼長、可變碼率的支持更靈活，吞吐量也更大；相比基于生成矩陣的編碼算法，新方案節省了50％以上的寄存器和ROM資源，單位資源下的吞吐量更大；相比類似重復累積碼結構的基于迭代譯碼的編碼算法，新方案使高性能LDPC碼的構造更為方便。以上結果都在Xilinx Virtex II pro 70 FPGA上得到驗證。 通過在實驗板上實測表明，上述基于二次擴展的QC-LDPC碼構造和相應的編碼方案能夠實現高吞吐量LDPC碼收發端，在實際應用中具有很高的價值。 目前，LDPC碼正向著非規則、自適應、信源信道及調制聯合編碼方向發展。跨層聯合編碼的構造方法，及其對應的編碼算法，也必將成為信道編碼理論未來的研究重點。
上傳時間： 2013-07-26
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頻率合成技術廣泛應用于通信、航空航天、儀器儀表等領域。目前，常用的頻率合成技術有直接式頻率合成、鎖相頻率合成和直接數字頻率合成(DDS)。DDS系統可以很方便地獲得頻率分辨率很精細且相位連續的信號，也可以通過改變相位字改變信號的相位，因此也廣泛用于數字通信領域。 本論文是利用FPGA完成一個DDS系統。DDS是把一系列數字量形式的信號通過D/A轉換形成模擬量形式的信號的合成技術。主要是利用高速存儲器作查尋表，然后通過高速D/A轉換器產生已經用數字形式存入的正弦波(或其他任意波形)。一個典型的DDS系統應包括：相位累加器，可在時鐘的控制下完成相位的累加(一般由ROM實現)；DA轉換電路，將數字形式的幅度碼轉換成模擬信號。 本文根據設計指標，進行了DDS系統分析和設計，包括DDS系統框圖的設計，相位控制字和頻率控字的設計，以及軟件和硬件設計，重點在于利用FPGA改進設計，包括控制系統(頻率控制器和初始相位控制器)，尋址系統(相位累加器和數據存儲器)，以及轉換系統(D/A轉換器和濾波器)的設計。介紹了利用現場可編程邏輯門陣列(FPGA)實現數控振蕩器(DNO，即DDS)的原理、電路結構，重點介紹了DDS技術在FPGA中的實現方法，給出了采用ALTERA公司的FIEX1OK系列FPGA芯片EPF10K20TC144-4芯片進行直接數字頻率合成的VHDL源程序。
上傳時間： 2013-04-24
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當前，片上系統(SOC)已成為系統實現的主流技術。流片風險與費用增加、上市時間壓力加大、產品功能愈加復雜等因素使得SOC產業逐漸劃分為IP提供者、SOC設計服務者和芯片集成者三個層次。SOC設計已走向基于IP集成的平臺設計階段，經過嚴格驗證質量可靠的IP核成為SOC產業中的重要一環。 GPIB控制器芯片是組建自動測試系統的核心，在測試領域應用廣泛。本人通過查閱大量的技術資料，分析了集成電路在國內外發展的最新動態，提出了基于FPGA的自主知識產權的GPIB控制器IP核的設計和實現。 本文首先討論了基于FPGA的GPIB控制器的背景意義，接著對FPGA開發所具備的基本知識作了簡要介紹。文中對GPIB總線進行了簡單的描述，根據芯片設計的主要思想，重點在于論述怎樣用FPGA來實現IEEE-488.2協議，并詳細闡述了GPIB控制器的十種接口功能及其狀態機的IP核實現。同時，對數據通路也進行了較為細致的說明。在設計的時候采用基于模塊化設計思想，用VerilogHDL語言完成各模塊功能描述，通過Synplifv軟件的綜合，用Modelsim對設計進行了前、后仿真。最后利用生成的模塊符號采取類似畫電路圖的方法完成整個系統芯片的lP軟核設計，并用EDA工具下載到了FPGA上。 為了更好地驗證設計思想，借助EDA工具對GPIB控制器的工作狀態進行了軟件仿真，給出仿真結果，仿真波形驗證了GPIB控制器的工作符合預想。最后，本文對基于FPGA的GPIB控制器的IP核設計過程進行了總結，展望了當前GPIB控制器設計的發展趨勢，指出了開展進一步研究需要做的工作。
上傳時間： 2013-04-24
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對弓網故障的檢測在列車提速的今天顯得尤其重要，原始故障圖像數據量的巨大使實時存儲和傳輸故障圖像極其困難。JPEG作為一種低復雜度、高壓縮比的圖像壓縮標準在多媒體、網絡傳輸等領域得到廣泛的應用。和相同圖像質量的其它常用文件格式(如GIF，TIFF，PCX)相比，JPEG是目前靜態圖像中壓縮比最高的。 FPGA以其設計靈活、高速的卓越特性，逐漸成為許多應用中首先器件，尤其是與Verilog和VHDL等語言的結合，大大變革了電子系統的設計方法，加速了系統的設計進程。 本文旨在研究并實現一種實時采集并對特定幀進行壓縮傳輸的方法。通過采用可編程邏輯器件FPGA來實現整個采集、顯示、壓縮和傳輸，使系統具有可定制、高速度等優點。 本文首先介紹了開發硬件可編程邏輯門陣列FPGA及其開發語言Veridlog，并介紹了FPGA的設計方法及開發流程；接著介紹了PAL制視頻采集的相關知識及設計，其中主要包括基于I2C總線的模擬視頻解碼控制、視頻的數字化ITU-R BT.601標準介紹及視頻同步信號的獲取、基于SDRAM的視頻幀存儲、VGA顯示控制設計；隨后介紹了JPEG標準，并根據故障檢測的特點，設計了針對灰度圖像壓縮的JPEG編碼器，設計中先分別對組成JPEG編碼器的二維DCT變換模塊、量化模塊、Z字掃描模塊、變換直流系數的差分脈沖編碼模塊、交流系數的游程編碼模塊、哈夫曼編碼模塊及打包模塊進行了仿真測試，然后再對整個JPEG編碼器進行了測試；最后設計了單幀視頻的SRAM緩存，并將緩存的源圖像采用本文設計的JPEG編碼器進行壓縮，再設計一個僅包含發送功能的UART 將壓縮后的碼流傳輸到PC機，在PC機上通過將接收的碼流以ASCⅡ碼的形式還原為采集圖片。 本文實現了整個采集壓縮系統，同時也進一步驗證了本文設計的灰度圖像JPEG編碼器的正確性。相信本文無論是對弓網故障的圖像檢測，還是對于JPEG編碼器的芯片設計都有一定的參考價值。
上傳時間： 2013-04-24
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本 論文 對 功率因數的定義、有源功率因數校正(APFC)技術做了分析，在比較三 種工作模式的基礎上選擇了臨界導電模式作為本文的研究對象。論文詳細分析了臨界導 電模式功率因數校正Bost開關變換器的工作原理，穩態特性，得出了開關頻率與輸入 電壓、輸入功率的關系，對器件的應力和輸出電壓紋波進行了詳細的分析，為電路的設 計提供了依據。
上傳時間： 2013-06-13
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為了滿足外圍設備之間、外圍設備與主機之間高速數據傳輸，Intel公司于1991年提出PCI(Peripheral Component Interconnect)總線的概念，即周邊器件互連。因為PCI總線具有極高的數據傳輸率，所以在數字圖形、圖像和語音處理以及高速數據采集和處理等方面得到了廣泛的應用。 本論文首先對PCI總線協議做了比較深刻的分析，從設計要求和PCI總線規范入手，采用TOP-DOWN設計方法完成了PCI總線接口從設備控制器FPGA設計的功能定義：包括功能規范、性能要求、系統環境、接口定義和功能描述。其次從簡化設計、方便布局的角度考慮，完成了系統的模塊劃分。并結合設計利用SDRAM控制器來驗證PCI接口電路的性能。 然后通過PCI總線接口控制器的仿真、綜合及硬件驗證的描述介紹了用于FPGA功能驗證的硬件電路系統的設計，驗證系統方案的選擇，并描述了PCI總線接口控制器的布局布線結果以及硬件驗證的電路設計和調試方法。通過編寫測試激勵程序完成了功能仿真，以及布局布線后的時序仿真，并設計了PCB實驗板進行測試，證明所實現的PCI接口控制器完成了要求的功能。 最后，介紹了利用驅動程序開發工具DDK軟件進行軟件設計與開發的過程。完成系統設計及模塊劃分后，使用硬件描述語言(VHDL)描述系統，并驗證設計的正確性。
上傳時間： 2013-07-15
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PWM(脈沖寬度調制)是一種利用數字信號來控制模擬電路的控制技術，廣泛應用于電源、電機、伺服系統、通信系統、電子控制器、功率控制等電力電子設備。PWM技術在逆變電路中的應用最為廣泛，也是變頻技術的核心，同時在機床，液壓位置控制系統等機械裝置中也發揮著重要的作用。PWM技術已經成為控制領域的一個熱點，因此研究PWM發生器對于基礎理論的發展和技術的改進都有十分重要的意義。 論文研究的主要內容是用任意波形作為調制信號通過特定的方法來產生所需要的PWM波形，任意波形的合成和PWM波形的生成是兩個主要任務。任意波形的合成是課題設計的一個難點，也是影響系統性能的關鍵因素之一。論文中波形合成采用直接數字頻率合成(DDS)技術來實現。DDS技術以相位為地址，通過查找離散幅度數據進行波形合成，具有輸出波形相位變化連續、分辨率高、頻率轉換速率快的優點，而且通過設置控制字可靈活方便地改變輸出頻率，是目前波形合成的主流方法。 實現PWM發生器的設計方法有多種。在綜合比較了單片機、DSP、ARM等常用開發工具特點的基礎上，本文提出了一種以可編程邏輯器件(PLD)為主體，單片機輔助配合的設計方法。隨著計算機技術和微電了技術的迅速發展，可編程邏輯器件的集成度和容量越來越大，基于PLD的設計方法正逐步成為一種主流于段，是近些年來電子系統設計的一個熱點。整個系統分為模擬波形產生、單片機控制電路、FPGA內部功能模塊三大部分。FPGA部分的設計是以Altera公司的Quartus Ⅱ軟件為開發平臺，采用VHDL語言為主要輸入手段來完成內部各功能模塊的設計輸入、編譯、仿真等調試工作，目標載體選用性價比比較高的Altera公司的CycloneⅡ系列的器件；單片機控制電路主要負責控制字的設置和顯示，波形數據的接受與發送；用MATLAB軟件完成仟意波形的繪制和模擬任務。 論文共分五章，詳細介紹了課題的背景、PWM發生器的發展和應用以及選題的目的和意義等，論述了系統設計方案的可行性，對外圍電路和FPAG內部功能模塊的設計方法進行了具體說明，并對仿真結果、系統的性能、存在的問題和改進方法等進行了分析和闡述。整個設計滿足PWM發生器的任務和功能要求，設計方法可行。
上傳時間： 2013-06-03
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