基于微處理器的數(shù)字PID控制器改變了傳統(tǒng)模擬PID控制器參數(shù)整定不靈活的問題。但是常規(guī)微處理器容易在環(huán)境惡劣的情況下出現(xiàn)程序跑飛的問題，如果實(shí)現(xiàn)PID軟算法的微處理器因?yàn)閺?qiáng)干擾或其他原因而出現(xiàn)故障，會(huì)引起輸出值的大幅度變化或停止響應(yīng)。而FPGA的應(yīng)用可以從本質(zhì)上解決這個(gè)問題。因此，利用FPGA開發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能控制器算法的芯片化，使之能夠廣泛的用于各種場(chǎng)合，具有很大的應(yīng)用意義。 首先分析FPGA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，總結(jié)FPGA設(shè)計(jì)技術(shù)及開發(fā)流程，指出實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低設(shè)計(jì)難度，是擴(kuò)展設(shè)計(jì)功能、提高芯片性能和產(chǎn)品性價(jià)比的關(guān)鍵。控制系統(tǒng)由四個(gè)模塊組成，主要包括核心控制器模塊、輸入輸出模塊以及人機(jī)接口。其中控制器部分為系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。在分析FPGA設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)類型和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出一種基于FPGA改進(jìn)型并行結(jié)構(gòu)的PID溫度控制器設(shè)計(jì)方法。在PID算法與FPGA的運(yùn)算器邏輯映像過程中，采用將補(bǔ)碼的加法器代替減法器設(shè)計(jì)，增加整數(shù)運(yùn)算結(jié)果的位擴(kuò)展處理，進(jìn)行不同數(shù)據(jù)類型的整數(shù)歸一化等不同角度的處理方法融合為一體，可以有效地減少邏輯運(yùn)算部件。應(yīng)用Ouartus Ⅱ圖形輸入與Verilog HDL語言相結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了PID控制器，用Modelsim仿真驗(yàn)證了設(shè)計(jì)結(jié)果的正確性，用Synplify Pro進(jìn)行電路綜合，在Quaitus Ⅱ軟件中實(shí)現(xiàn)布局布線，最后生成FPGA的編程文件。根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，論文設(shè)計(jì)完成了12位模數(shù)AD轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)顯示器、按鍵等相關(guān)外圍接口電路。 將一階、純滯后、大慣性電阻爐溫作為控制對(duì)象，以EP1C3T144 FPGA為核心，構(gòu)建PID控制系統(tǒng)。在采用Pt100溫度傳感器、分辨率為2℃、最大溫度控制范圍0～400℃的條件下，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，達(dá)到無超調(diào)的穩(wěn)定控制要求，為降低FPGA實(shí)現(xiàn)PID控制器的設(shè)計(jì)難度提供了有效的方法。
上傳時(shí)間： 2013-06-13
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本文以研究嵌入式微處理器為主，自主地設(shè)計(jì)了能夠運(yùn)行MCS-51系列單片機(jī)指令的MCU系統(tǒng)。系統(tǒng)采用了VHDL 語言與原理框圖的綜合設(shè)計(jì)方法，并且在Altera公司的FPGA上通過驗(yàn)證。論文深入地研究了微處理器的指令系統(tǒng)和數(shù)據(jù)地址通路，采用VHDL 語言完成了取指單元，指令譯碼器單元，存儲(chǔ)器單元和邏輯運(yùn)算單元的電路模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；研究了控制單元的實(shí)現(xiàn)方法和基于全局狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)理論，采用硬件描述語言完成了對(duì)各個(gè)控制線的相關(guān)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。論文通過原理示意圖和示例代碼的演示，著重介紹了指令譯碼器的實(shí)現(xiàn)方式，基于此種方式形成的譯碼電路還能夠?qū)崿F(xiàn)更為復(fù)雜的CISC指令。 本系統(tǒng)采用分模塊的設(shè)計(jì)方式，把具有相同功能的邏輯電路集中到一個(gè)框圖里，使得系統(tǒng)的可移植性大大地提高。系統(tǒng)還采用層次框圖的設(shè)計(jì)方式，把明顯地具有主從關(guān)系的電路放在不同的層次里，這也使得系統(tǒng)模塊功能的可擴(kuò)展性大大地增強(qiáng)。內(nèi)部邏輯共分為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器模塊；程序存儲(chǔ)器模塊；時(shí)序控制模塊；特殊功能寄存器模塊和Core核心模塊這五個(gè)部分，文中對(duì)各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)作了詳細(xì)的介紹。本文在最后對(duì)已實(shí)現(xiàn)的部分典型指令進(jìn)行了邏輯仿真測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)的MCU系統(tǒng)能夠如預(yù)期地執(zhí)行相應(yīng)的指令。在指令執(zhí)行的過程中，相應(yīng)寄存器和總線上的值也均符合設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)。
上傳時(shí)間： 2013-05-20
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軟件無線電(SDR，Software Defined Radio)由于具備傳統(tǒng)無線電技術(shù)無可比擬的優(yōu)越性，已成為業(yè)界公認(rèn)的現(xiàn)代無線電通信技術(shù)的發(fā)展方向。理想的軟件無線電系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)體系結(jié)構(gòu)的開放性和可編程性，減少靈活性著的硬件電路，把數(shù)字化處理(ADC和DAC)盡可能靠近天線，通過軟件的更新改變硬件的配置、結(jié)構(gòu)和功能。目前，直接對(duì)射頻(RF)進(jìn)行采樣的技術(shù)尚未實(shí)現(xiàn)普及的產(chǎn)品化，而用數(shù)字變頻器在中頻進(jìn)行數(shù)字化是普遍采用的方法，其主要思想是，數(shù)字混頻器用離散化的單頻本振信號(hào)與輸入采樣信號(hào)在乘法器中相乘，再經(jīng)插值或抽取濾波，其結(jié)果是，輸入信號(hào)頻譜搬移到所需頻帶，數(shù)據(jù)速率也相應(yīng)改變，以供后續(xù)模塊做進(jìn)一步處理。數(shù)字變頻器在發(fā)射設(shè)備和接收設(shè)備中分別稱為數(shù)字上變頻器(DUC，Digital Upper Converter)和數(shù)字下變頻器(DDC，Digital Down Converter)，它們是軟件無線電通信設(shè)備的關(guān)鍵部什。大規(guī)模可編程邏輯器件的應(yīng)用為現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來極大的靈活性。基于FPGA的數(shù)字變頻器設(shè)計(jì)是深受廣大設(shè)計(jì)人員歡迎的設(shè)計(jì)手段。本文的重點(diǎn)研究是數(shù)字下變頻器(DDC)，然而將它與數(shù)字上變頻器(DUC)完全割裂后進(jìn)行研究顯然是不妥的，因此，本文對(duì)數(shù)字上變頻器也作適當(dāng)介紹。 第一章簡(jiǎn)要闡述了軟件無線電及數(shù)字下變頻的基本概念，介紹了研究背景及所完成的主要研究工作。 第二章介紹了數(shù)控振蕩器(NCO)，介紹了兩種實(shí)現(xiàn)方法，即基于查找表和基于CORDIC算法的實(shí)現(xiàn)。對(duì)CORDIc算法作了重點(diǎn)介紹，給出了傳統(tǒng)算法和改進(jìn)算法，并對(duì)基于傳統(tǒng)CORDIC算法的NCO的FPGA實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了EDA仿真。 第三章介紹了變速率采樣技術(shù)，重點(diǎn)介紹了軟件無線電中廣泛采用的級(jí)聯(lián)積分梳狀濾波器 (cascaded integratot comb， CIC)和ISOP(Interpolated Second Order Polynomial)補(bǔ)償法，對(duì)前者進(jìn)行了基于Matlab的理論仿真和FPGA實(shí)現(xiàn)的EDA仿真，后者只進(jìn)行了基于Matlab的理論仿真。 第四章介紹了分布式算法和軟件無線電中廣泛采用的半帶(half-band，HB)濾波器，對(duì)基于分布式算法的半帶濾波器的FPGA實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了EDA仿真，最后簡(jiǎn)要介紹了FIR的多相結(jié)構(gòu)。 第五章對(duì)數(shù)字下變頻器系統(tǒng)進(jìn)行了噪聲綜合分析，給出了一個(gè)噪聲模型。 第六章介紹了數(shù)字下變頻器在短波電臺(tái)中頻數(shù)字化應(yīng)用中的一個(gè)實(shí)例，給出了測(cè)試結(jié)果，重點(diǎn)介紹了下變頻器的：FPGA實(shí)現(xiàn)，其對(duì)應(yīng)的VHDL程序收錄在本文最后的附錄中，希望對(duì)從事該領(lǐng)域設(shè)計(jì)的技術(shù)人員具有一定參考價(jià)值。
標(biāo)簽： FPGA 軟件無線電 數(shù)字下變頻
上傳時(shí)間： 2013-06-30
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碼元定時(shí)恢復(fù)(位同步)技術(shù)是數(shù)字通信中的關(guān)鍵技術(shù)。位同步信號(hào)本身的抖動(dòng)、錯(cuò)位會(huì)直接降低通信設(shè)備的抗干擾性能，使誤碼率上升，甚至?xí)箓鬏斣獾酵耆茐摹Ｓ绕鋵?duì)于突發(fā)傳輸系統(tǒng)，快速、精確的定時(shí)同步算法是近年來研究的一個(gè)焦點(diǎn)。本文就是以Inmarsat GES/AES數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)為背景，研究了突發(fā)通信傳輸模式下的全數(shù)字接收機(jī)中位同步方法，并予以實(shí)現(xiàn)。 本文系統(tǒng)地論述了位同步原理，在此基礎(chǔ)上著重研究了位同步的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、碼元定時(shí)恢復(fù)算法以及衡量系統(tǒng)性能的各項(xiàng)指標(biāo)，為后續(xù)工作奠定了基礎(chǔ)。 首先根據(jù)衛(wèi)星系統(tǒng)突發(fā)信道傳輸?shù)奶攸c(diǎn)分析了傳統(tǒng)位同步方法在突發(fā)系統(tǒng)中的不足，接下來對(duì)Inmarsat系統(tǒng)的短突發(fā)R信道和長突發(fā)T信道的調(diào)制方式和幀結(jié)構(gòu)做了細(xì)致的分析，并在Agilent ADS中進(jìn)行了仿真。 在此基礎(chǔ)上提出了一種充分利用報(bào)頭前導(dǎo)比特信息的，由滑動(dòng)平均、閾值判斷和累加求極值組成的快速報(bào)頭時(shí)鐘捕獲方法，此方法可快速精準(zhǔn)地完成短突發(fā)形式下的位同步，并在FPGA上予以實(shí)現(xiàn)，效果良好。 在長突發(fā)形式下的報(bào)頭時(shí)鐘捕獲后還需要對(duì)后續(xù)數(shù)據(jù)進(jìn)行位同步跟蹤，在跟蹤過程中本論文首先用DSP Builder實(shí)現(xiàn)了插值環(huán)路的位同步算法，進(jìn)行了Matlab仿真和FPGA實(shí)現(xiàn)。并在插值環(huán)路的基礎(chǔ)上做出改進(jìn)，提出了一種新的高效的基于移位算法的位同步方案并予以FPGA實(shí)現(xiàn)。最后將移位算法與插值算法進(jìn)行了性能比較，證明該算法更適合于本項(xiàng)目中Inmarsat的長突發(fā)信道位同步跟蹤。 論文對(duì)兩個(gè)突發(fā)信道的位同步系統(tǒng)進(jìn)行了理論研究、算法設(shè)計(jì)以及硬件實(shí)現(xiàn)的全過程，滿足系統(tǒng)要求。
標(biāo)簽： FPGA 海事衛(wèi)星 信號(hào)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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H.264作為新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，相比上一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)MPEG2，在相同畫質(zhì)下，平均節(jié)約64﹪的碼流。該標(biāo)準(zhǔn)僅設(shè)定了碼流的語法結(jié)構(gòu)和解碼器結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)靈活性極大，其規(guī)定了三個(gè)檔次，每個(gè)檔次支持一組特定的編碼功能，并支持一類特定的應(yīng)用，因此。H.264的編碼器的設(shè)計(jì)可以根據(jù)需求的不同而不同。 H.264雖然具有優(yōu)異的壓縮性能，但是其復(fù)雜度卻比一般編碼器高的多。本文對(duì)H.264進(jìn)行了編碼復(fù)雜度分析，并統(tǒng)計(jì)了整個(gè)軟件編碼中計(jì)算量的分布。H.264中采用了率失真優(yōu)化算法，提高了幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼的效率。在該算法下進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測(cè)時(shí)，為了得到一個(gè)宏塊的預(yù)測(cè)模式，需要進(jìn)行592次率失真代價(jià)計(jì)算。因此為了降低幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇的計(jì)算復(fù)雜度，本文改進(jìn)了幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇算法。實(shí)踐證明，在PSNR值的損失可以忽略不計(jì)的情況下，該算法相比原算法，幀內(nèi)編碼時(shí)間平均節(jié)約60﹪以上，對(duì)編碼的實(shí)時(shí)性有較大幫助。 為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)編碼，考慮到FPGA的高效運(yùn)算速度和使用靈活性，本文還研究了H.264編碼器基本檔次的FPGA實(shí)現(xiàn)。首先研究了H.264編碼器硬件實(shí)現(xiàn)架構(gòu)，并對(duì)影響編碼速度，且具有硬件實(shí)現(xiàn)優(yōu)越性的幾個(gè)重要部分進(jìn)行了算法研究和FPGA.實(shí)現(xiàn)。本文主要研究了H.264編碼器中整數(shù)DCT變換、量化、Zig-Zag掃描、CAVLC編碼以及反量化、逆整數(shù)DCT變換等部分。分別對(duì)這些模塊進(jìn)行了綜合和時(shí)序仿真，并將驗(yàn)證后通過的系統(tǒng)模塊下載到Xilinx virtex-Ⅱ Pro的FPGA中，進(jìn)行了在線測(cè)試，驗(yàn)證了該系統(tǒng)對(duì)輸入的殘差數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)壓縮編碼的功能。 本文對(duì)H.264編碼器幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇算法的改進(jìn)，算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，對(duì)軟件編碼的實(shí)時(shí)性有很大幫助。本文對(duì)在單片F(xiàn)PGA上實(shí)現(xiàn)H.264編碼器做出了探索性嘗試，這對(duì)H.264編碼器芯片的設(shè)計(jì)有著積極的借鑒性。
標(biāo)簽： FPGA 264 幀內(nèi)預(yù)測(cè)
上傳時(shí)間： 2013-06-13
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在當(dāng)今的廣播系統(tǒng)中，絕大部分的視頻信號(hào)是隔行采樣的。采用這種掃描格式，能夠大幅度地減少視頻的帶寬，但也會(huì)引起彩色爬行、畫面閃爍、邊緣模糊及鋸齒等現(xiàn)象。這種缺陷經(jīng)人尺寸屏幕放大后就更加明顯。為改善畫面的視覺效果，去隔行技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。同時(shí)，視頻信號(hào)本身的低幀頻也會(huì)導(dǎo)致行抖動(dòng)、線爬行以及大面積閃爍等視覺效果上的缺陷。增加掃描頻率會(huì)把這些視覺缺陷搬移到人眼不敏感的高頻區(qū)域上去從而產(chǎn)生較好的主觀圖象質(zhì)量。而為了適應(yīng)不同顯示終端以及對(duì)圖像大小變化的要求就必須對(duì)原始信號(hào)分辨率即每幀行數(shù)和每行像素?cái)?shù)進(jìn)行變換。因此去隔行、幀頻轉(zhuǎn)換、分辨率變換成為視頻格式轉(zhuǎn)換的基本內(nèi)容。 FPGA 的出現(xiàn)是VLSI技術(shù)和EDA技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。FPGA器件集成度高、體積小，具有通過用戶編程實(shí)現(xiàn)專門應(yīng)用的功能。它允許電路設(shè)計(jì)者利用基于計(jì)算機(jī)的開發(fā)平臺(tái)，經(jīng)過設(shè)計(jì)輸入、仿真、測(cè)試和校驗(yàn)，直到達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。使用FPGA器件可以大大縮短系統(tǒng)的研制周期，減少資金投入。另外采用FPGA器件可以將原來的電路板級(jí)產(chǎn)品集成芯片級(jí)產(chǎn)品，從而降低了功耗，提高了可靠性，同時(shí)還可以很方便的對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行在線修改。 該文在介紹了視頻格式轉(zhuǎn)換中的主要算法后，重點(diǎn)對(duì)去隔行、幀頻轉(zhuǎn)換、分辨率變換的FPGA綜合實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的深入研究，分別給出了最簡(jiǎn)解決方案、基于非線性算法的解決方案和基于運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)慕鉀Q方案。最簡(jiǎn)解決方案利用線性算法將去隔行，幀頻轉(zhuǎn)換，分辨率變換三項(xiàng)處理同時(shí)實(shí)現(xiàn)，達(dá)到FPGA內(nèi)部資源和外部RAM耗用量都為最小的要求，是后續(xù)復(fù)雜方案的基礎(chǔ)。其中去隔行采用場(chǎng)合并方式，幀頻轉(zhuǎn)換采用幀重復(fù)方式，分辨率變換采用均勻插值方式。基于非線性算法的解決方案中加入了對(duì)靜止區(qū)域的判斷，靜止區(qū)域的輸出像素值直接選用相應(yīng)位置的已存輸入數(shù)據(jù)，非靜止區(qū)域的輸出像素值通過對(duì)已存輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性運(yùn)算得出。基于運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)慕鉀Q方案在對(duì)靜止區(qū)域進(jìn)行判斷和處理的基礎(chǔ)上，對(duì)欲生成的變頻后的場(chǎng)間插值幀進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)矢量得出非靜止區(qū)域的輸出像素值。其中為求得輸入場(chǎng)間相應(yīng)時(shí)間位置上的插值幀輸出數(shù)據(jù)，該方案采用了自定義的前后向塊匹配運(yùn)動(dòng)估計(jì)方式，通過對(duì)三步搜索算法的高效實(shí)現(xiàn)，將SAD 值進(jìn)行比較得出運(yùn)動(dòng)矢量。
標(biāo)簽： FPGA 視頻格式轉(zhuǎn)換 算法研究
上傳時(shí)間： 2013-07-19
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在現(xiàn)代交流伺服系統(tǒng)中，矢量控制原理以及空間電壓矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）技術(shù)使得交流電機(jī)能夠獲得和直流電機(jī)相媲美的性能。永磁同步電機(jī)（PMSM）是一個(gè)復(fù)雜耦合的非線性系統(tǒng)。本文在Matlab/Simulink環(huán)境下，通過對(duì)PMSM本體、d/q坐標(biāo)系向a/b/c坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換等模塊的建立與組合，構(gòu)建了永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)仿真模型。仿真結(jié)果證明了該系統(tǒng)模型的有效性。
標(biāo)簽： MatlabSimulink PMSM 永磁同步電機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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在仿真環(huán)境下實(shí)現(xiàn)TMS320C6000系列DSP的程序自引導(dǎo)
上傳時(shí)間： 2013-08-03
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proteus中基于51單片機(jī)的數(shù)字電壓表的仿真
標(biāo)簽： proteus 51單片機(jī) 數(shù)字電壓表
上傳時(shí)間： 2013-07-11
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【仿真】proteus中LCD和4x4鍵盤聯(lián)合仿真，可以做板子的
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