PID算法自從問世以來，一直受到廣泛的關注。隨著現代控制理論及智能控制技術的發展，PID算法也得到了長足的發展。結合傳統的PID控制算法，針對特定的控制領域，出現了一些新的控制算法，模糊PID控制算法就是在此基礎上漸漸形成并凸顯其控制特色。 同時隨著微電子技術的發展，現場可編程邏輯器件FPGA的發展及其EDA技術的日漸成熟，為集成控制芯片開拓了廣闊的發展空間。FPGA的發展為基于硬件的算法模塊的實現提供了可能性，同時節省了外圍的電路，使算法模塊的集成度大大提高。 本文針對當前國內外在算法研究方面的熱點問題，對模糊PID算法進行了深入的分析和研究。通過對汽輪機調節系統的結構分析，對其進行了數學建模。采用某汽輪機的實際設計運行參數，利用Matlab仿真軟件，對該汽輪機的數學模型進行了甩負荷動態特性仿真。仿真結果表明，模糊PID可以更好地解決汽輪發電機組在甩負荷過程中由于機組轉子飛升量太大而導致危急保安裝置動作，使得汽輪發電機組意外停機的問題，能夠保證汽輪發電機組在意外甩負荷時機組正常的機械運轉。根據模糊控制理論的特點及EDA技術和FPGA可編程邏輯器件的發展現狀，提出了在FPGA上實現模糊PID算法的具體實現方案。在綜合分析算法特性的基礎上，選擇Altera公司生產的CycloneⅡ系列中的EP2C35F672C6作為目標芯片，利用分層模塊化設計思想，在Altera公司提供的QuartusⅡ開發環境中，利用原理圖設計輸入和VHDL設計輸入相結合的方式實現了模糊PID控制算法，同時分別對實現的各個功能模塊和整個算法模塊進行了功能時序仿真。根據仿真結果分析，該設計實現了的模糊PID控制功能。 該控制算法模塊的FPGA實現很好的避免了因CPU或者其它問題導致算法程序跑飛、程序死循環、復位不可靠等問題，提高了控制的可靠性。同時加強了模塊的通用性，減少了系統硬件開發周期，節省了外圍設備的電路，降低了設計開發成本。
上傳時間： 2013-07-21
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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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在現代電子系統中，數字化已經成為發展的必然趨勢，接收機數字化是電子系統數字化中的一項重要內容，對數字化接收機的研究具有重要的意義。隨著數字化理論和微電子技術的迅速發展，高速的中頻數字化接收機的實現已經成為可能。本文研究了一種基于FPGA的軟件無線電數字接收平臺的設計，并著重研究了其中數字中頻處理單元的設計和實現。FPGA器件具有設計靈活、開發周期短和開發成本低等優點，所以廣泛應用于各種通信系統中。相比于傳統的DSP串行結構，FPGA能夠進行流水線性設計，對數據進行并行處理，所以FPGA在進行數據量大，要求實時處理的系統設計時有很大的優勢。 本文首先首先分析了軟件無線電當前的發展趨勢及技術現狀，針對存在的處理速度跟不上的DSP瓶頸問題，提出了中頻軟件無線電的FPGA實現方案。本文以FPGA實現為重點，在深入分析軟件無線電相關理論的基礎上，著重研究和完成了中頻軟件無線電數字接收平臺兩大模塊的FPGA實現：數字下變頻相關模塊和數字調制解調模塊。其中，在深入研究數字下變頻實現結構的基礎上，首先對數字下變頻模塊的數控振蕩器(NCO)采用了直接頻率合成技術(DDS)實現，其頻率分辨率高，靈活，易于實現；高效抽取濾波器組由積分梳狀濾波器(CIC)，半帶濾波器(HB)，FIR濾波器組成。對積分梳狀濾波器(CIC)本文采用了Hogenaur“剪除”理論對內部寄存器的位寬進行改進，極大地節約了資源，提高了運行速率。對FIR濾波器和半帶濾波器采用了(DA)分布式算法，它的運行速度只與數據的寬度有關，只有加減法運算和二進制除法，既縮減了系統資源又大大節省了運算時間，實現了高效的實時處理。對數字調制解調模塊，重點研究和完成了2ASK和2FSK的調制解調的FPGA實現，模塊有很好的通用性，能方便地移植到其它的系統中。在文章的最后還對整個系統進行了Matlab仿真，驗證了系統設計思想的正確性。在系統各個關鍵模塊的設計過程中，都是先依據一定的設計指標進行verilog編程，然后再在Quartus軟件中編譯，時序仿真測試，并與Matlab仿真結果進行對比，驗證設計的正確性。
上傳時間： 2013-05-18
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MP3音樂是目前最為流行的音樂格式，因其音質、復雜度與壓縮比的完美折中，占據著廣闊的市場，不僅在互聯網上廣為流傳，而且在便攜式設備領域深受人們喜愛。本文以MPEG-1的MP3音頻解碼器為研究對象，在實時性、面積等約束條件下，研究MP3解碼電路的設計方法，實現FPGA原型芯片，研究MP3原型芯片的驗證方法。 論文的主要貢獻如下： (1)使用算法融合方法合并MP3解碼過程的相關步驟，以減少緩沖區存儲單元的容量和訪存次數。如把重排序步驟融合到反量化模塊，可以減少一半的讀寫RAM操作；把IMDCT模塊內部的三個算法步驟融合在一起進行設計，可以省去存儲中間計算結果的緩存區單元。 (2)反量化、立體聲處理等模塊中，采用流水線設計技術，設置寄存器把較長的組合邏輯路徑隔開，提高了電路的性能和可靠性；使用連續訪問公共緩存技術，合理規劃各計算子模塊的工作時序，將數據計算的時間隱藏在訪存過程中；充分利用頻率線的零值區特性，有效地減少數據計算量，加快了數據處理的速度。 (3)設計了MP3硬件解碼器的FPGA原型芯片。采用Verilog HDL硬件描述語言設計RTL級電路，完成功能仿真，以Altera公司Stratix II系列的EP2S180 FPGA開發板為平臺，實現MP3解碼器的FPGA原型芯片。MP3硬件解碼器在Stratix II EP2S180器件內的資源利用率約為5％，其中組合邏輯查找表ALUT為7189個，寄存器共有4024個，系統頻率可達69.6MHz，充分滿足了MP3解碼過程的實時性要求。實驗結果表明，MP3音頻解碼FPGA原型芯片可正常播放聲音，解碼音質良好。
上傳時間： 2013-07-01
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隨著圖像聲納技術的發展，對于大數據量圖像數據的壓縮成為必須要解決的一個課題。本文結合水聲圖像特點，應用VerilogHDL 語言在Quartus Ⅱ軟件環境下設計實現了JPEG基本模式編解碼器。 JPEG是國際標準化組織(ISO)和CCITT 聯合制定的靜態圖像的壓縮標準，是目前最常使用的圖像存儲格式。 論文首先介紹了JPEG編碼的基本原理，然后根據編碼的流程從總體結構上對JPEG編碼器進行了模塊劃分。對于2D—DCT變換采用了行列分離的快速算法；針對水聲圖像特點采用了DC系數直接編碼。以一幅真實的水聲圖像作為JPEG編碼器的測試輸入，對編碼器輸出的碼流經過軟件編程后正確顯示出了JPEG圖片，并分析了壓縮圖像效果和質量。 JPEG解碼器采用了和JPEG編碼器對稱的模塊劃分，2D—IDCT變換同樣采用了行列分離的快速算法；根據JPEG標準中哈夫曼編碼的特點，哈夫曼解碼采用了濃縮哈夫曼表法，降低了存儲資源，提高了解碼速度。對經本文設計的JPEG解碼器解碼后的圖片和原圖片進行了比較分析，結果表明本設計滿足要求。
上傳時間： 2013-05-25
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對弓網故障的檢測是當今列車檢測的一項重要任務。原始故障視頻圖像具有極大的數據量，使實時存儲和傳輸故障視頻圖像極其困難。由于視頻的數據量相當大，需要采用先進的視頻編解碼協議進行處理，進而實現檢測現場的實時監控。 @@ H．264/AVC(Advanced Video Coding)作為MPEG-4的第10部分，因其具有超高的壓縮效率、極好的網絡親和性，而被廣泛研究與應用。H．264/AVC采用了先進的算法，主要有整數變換、1/4像素精度插值、多模式幀間預測、抗塊效應濾波器和熵編碼等。 @@ 本文使用硬件描述語言Verilog，以紅色颶風 II開發板作為硬件平臺，在開發工具QUARTUSII 6．0和MODELSIM_SE 6．1B環境中完成軟核的設計與仿真驗證。以Altera公司的CycloneII FPGA(Field Programmable Gate Array)EP2C35F484C8作為核心芯片，實現視頻圖像采集、存儲、顯示以及實現H．264/AVC部分算法的基本系統。 @@ FPGA以其設計靈活、高速、具有豐富的布線資源等特性，逐漸成為許多系統設計的首選，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。 @@ 本文首先分析了FPGA的特點、設計流程、verilog語言等，然后對靜態圖像及視頻圖像的編解碼進行詳細的分析，比如H．264/AVC中的變換、量化、熵編碼等：并以JM10．2為平臺，運用H．264/AVC算法對視頻序列進行大量的實驗，對不同分辨率、量化步長、視頻序列進行編解碼以及對結果進行分析。接著以紅色颶風II開發板為平臺，進行視頻圖像的采集存儲、顯示分析，其中詳細分析了SAA7113的配置、CCD信號的A/D轉換、I2C總線、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；最后運用verilog語言實現H．264/AVC部分算法，并進行功能仿真，得到預計的效果。 @@ 本文實現了整個視頻信號的采集存儲、顯示流程，詳細研究了H．264/AVC算法，并運用硬件語言實現了部分算法，對視頻編解碼芯片的設計具有一定的參考價值。 @@關鍵詞：FPGA；H．264/AVC；視頻；verilog；編解碼
上傳時間： 2013-04-24
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隨著社會的發展，人們對電力需求特別是電能質量的要求越來越高。但由于非線性負荷大量使用，卻帶來了嚴重的電力諧波污染，給電力系統安全、穩定、高效運行帶來嚴重影響，給供用電設備造成危害。如何最大限度的減少諧波造成的危害，是目前電力系統領域極為關注的問題。諧波檢測是諧波研究中重要分支，是解決其它相關諧波問題的基礎。因此，對諧波的檢測和研究，具有重要的理論意義和實用價值。 目前使用的電力系統諧波檢測裝置，大多基于微處理器設計。微處理器是作為整個系統的核心，它的性能高低直接決定了產品性能的好壞。而這種微處理器為主體構成的應用系統，存在效率低、資源利用率低、程序指針易受干擾等缺點。由于微電子技術的發展，特別是專用集成電路ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)設計技術的發展，使得設計電力系統諧波檢測專用的集成電路成為可能，同時為諧波檢測裝置的硬件設計提供了一個新的發展途徑。本文目標就是設計電力系統諧波檢測專用集成電路，從而可以實現對電力系統諧波的高精度檢測。采用專用集成電路進行諧波檢測裝置的硬件設計，具有體積小，速度快，可靠性高等優點，由于應用范圍廣，需求量大，電力系統諧波檢測專用集成電路具有很好的應用前景。 本文首先介紹了國內外現行諧波檢測標準，調研了電力系統諧波檢測的發展趨勢；隨后根據裝置的功能需求，特別是依據其中諧波檢測國標參數的測量算法，為系統選定了基于FPGA的SOPC設計方案。 本文分析了電力系統諧波檢測專用集成電路的功能模型，對專用集成電路進行了模塊劃分。定義了各模塊的功能，并研究了模塊間的連接方式，給出了諧波檢測專用集成電路的并行結構。設計了基于FPGA的諧波檢測專用集成電路設計和驗證的硬件平臺。配合專用集成電路的電子設計自動化(EDA)工具構建了智能監控單元專用集成電路的開發環境。 在進行FPGA具體設計時，根據待實現功能的不同特點，分為用戶邏輯區域和Nios處理器模塊兩個部分。用戶邏輯區域控制A/D轉換器進行模擬信號的采樣，并對采樣得到的數字量進行諧波分析等運算。然后將結果存入片內的雙口RAM中，等待Nios處理器的訪問。Nios處理器對數據處理模塊的結果進一步處理，得到其各自對應的最終值，并將結果通過串行通信接口發送給上位機。 最后，對設計實體進行了整體的編譯、綜合與優化工作，并通過邏輯分析儀對設計進行了驗證。在實驗室條件下，對監測指標的運算結果進行了實驗測量，實驗結果表明該監測裝置滿足了電力系統諧波檢測的總體要求。
上傳時間： 2013-04-24
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溫濕度是影響糧食儲藏的重要參數，兩者之間是相互關聯的，溫濕度控制不好必然引起糧食發熱和霉變，且極易產生連鎖反應，從而造成難以挽回的損失。溫濕度的控制直接影響到糧食存儲系統的性能。岡此，糧食溫濕度測控技術在農業上的應用是十分重要的。本文研究基于FPGA的糧倉溫濕度監制系統。 設計了基于FPGA的糧倉溫濕度監控系統，該系統主要由溫濕度傳感器、控制電路、單片機和上位機構成。單片機主要完成溫度數據的采集和上位機的通訊；控制電路基于FPGA進行設計，主要負責采集濕度信息，計算溫濕度偏差及其變化率，通過調用模糊控制算法對溫濕度進行模糊控制，單片機通過RS485總線和上位機進行串口通信，使上位機能夠實時記錄，顯示溫濕度變化值和控制過程曲線。該系統實現了糧倉內溫濕度的實時監測，使管理人員可以實時掌控糧倉內的溫濕度情況。 采用FPGA設計控制電路簡化了系統的組成和外圍數字電路，易于系統擴展和升級，內部集成了信號處理、控制、檢測電路，減少了系統的體積，縮短了開發周期，大大增強了系統的可靠性；配合功率驅動、電源等外圍電路，完成信號采集、處理和控制等功能，節省了開發成本，使糧倉溫濕度控制系統更加集成化。這也恰恰更加符合當今電子產品高精度，集成化的要求。 系統采用直接輸出數字量的DS1820溫度傳感器和濕度傳感器HS1101并將HS1101與555定時器組成振蕩電路，其輸出為頻率脈沖信號，與濕度值成線性關系，該頻率脈沖信號可直接送入FPGA進行計數，這樣溫濕度傳感器輸出的信號都沒有經過放大、A/D轉換，進一步減少了測量誤差。控制電路采用了VHDL硬件描述語言進行編寫。本裝置已作出實樣，通過了調試，已達到預期效果。
上傳時間： 2013-06-16
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衛星導航定位系統可以為公路、鐵路、空中和海上的交通運輸工具提供導航定位服務。它能夠軍民兩用，戰略作用與商業利益并舉。只要持有便攜式接收機，則無論身處陸地、海上還是空中，都能收到衛星發出的特定信號。接收機選取至少四顆衛星發出的信號進行分析，就能確定接收機持有者的位置。 GPS導航定位接收機的理論基礎即是擴頻通信理論，擴頻通信技術與常規的通信技術相比，具有低截獲率，強抗噪聲，抗干擾性，具有信息隱蔽和多址通信等特點，目前己從軍事領域向民用領域迅速發展，成為進入信息時代的高新技術通信傳輸方式之一。擴頻通信技術中，最常見的是直接序列擴頻通信(DSSS)系統，本文所研究的就是這一類系統。 目前在衛星信號的捕獲上一般使用兩種方法：順序捕獲方法(時域法，基于大規模并行相關器)和并行捕獲方法(頻域法，基于FFT)。本文在第二章分別分析了現有順序捕獲和并行捕獲技術的原理，并給出了它們的優缺點。 本文第三章對長碼的直接捕獲進行了深入的研究，基于對國內外相關文獻中長碼直捕方法的分析與對比，并且結合在實際過程中硬件資源需求的考慮，應用了基于分段補零循環相關和FFT搜索頻偏的直捕方法。此方法大大減少了計算量，加快了信號捕獲的速度。本方法利用FFT實現接收信號與本地長碼的并行相關，同時完成頻偏的搜索，將傳統的二維搜索轉換為并行的一維搜索，從而能快速實現長碼捕獲。 GPS信號十分微弱，靈敏度低，在戰場環境下，GPS接收機會面臨各種人為的干擾。如何從復雜的干擾信號中實現對GPS信號的捕獲，即抗干擾技術的研究，是GPS也是本文研究一個的方面。第四章即研究了GPS接收機干擾抑制算法，在強干擾環境下，需要借助信號處理技術在不增加信號帶寬的條件下提高系統的抗干擾能力，以保證后續捕獲跟蹤模塊有充足的處理增益。 本文在第五章給出了GPS接收機長碼捕獲以及干擾抑制的FPGA實現方案，并對各主要子模塊進行了詳細地分析。基本型接收機中長碼捕獲采用頻域方法，選用Altera StratixⅡ EP2S180芯片實現；抗干擾型接收機中選用Xilinx xc4vlx100芯片。實現了各模塊的單獨測試和整個系統的聯調，通過聯調驗證，本文提出的長碼直接捕獲方法正確、可行。 本文提出的長碼直捕方法可以在不需要C/A碼輔助捕獲下完成對長碼的直接捕獲，可以應用于GPS接收機，監測站接收機的同步等，對我國自主研發導航定位接收機也有重大的現實及經濟意義。
上傳時間： 2013-06-18
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文章開篇提出了開發背景。認為現在所廣泛應用的開關電源都是基于傳統的分立元件組成的。它的特點是頻率范圍窄、電力小、功能少、器件多、成本較高、精度低，對不同的客戶要求來“量身定做”不同的產品，同時幾乎沒有通用性和可移植性。在電子技術飛速發展的今天，這種傳統的模擬開關電源已經很難跟上時代的發展步伐。 隨著DSP、ASIC等電子器件的小型化、高速化，開關電源的控制部分正在向數字化方向發展。由于數字化，使開關電源的控制部分的智能化、零件的共通化、電源的動作狀態的遠距離監測成為了可能，同時由于它的智能化、零件的共通化使得它能夠靈活地應對不同客戶的需求，這就降低了開發周期和成本。依靠現代數字化控制和數字信號處理新技術，數字化開關電源有著廣闊的發展空間。 在數字化領域的今天，最后一個沒有數字化的堡壘就是電源領域。近年來，數字電源的研究勢頭與日俱增，成果也越來越多。雖然目前中國制造的開關電源占了世界市場的80％以上，但都是傳統的比較低端的模擬電源。高端市場上幾乎沒有我們份額。 本論文研究的主要內容是在傳統開關電源模擬調節器的基礎上，提出了一種新的數字化調節器方案，即基于DSP和FPGA的數字化PID調節器。論文對系統方案和電路進行了較為具體的設計，并通過測試取得了預期結果。測試證明該方案能夠適合本行業時代發展的步伐，使系統電路更簡單，精度更高，通用性更強。同時該方案也可用于相關領域。 本文首先分析了國內外開關電源發展的現狀，以及研究數字化開關電源的意義。然后提出了數字化開關電源的總體設計框圖和實現方案，并與傳統的開關電源做了較為詳細的比較。本論文的設計方案是采用DSP技術和FPGA技術來做數字化PID調節，通過數字化PID算法產生PWM波來控制斬波器，控制主回路。從而取代傳統的模擬PID調節器，使電路更簡單，精度更高，通用性更強。傳統的模擬開關電源是將電流電壓反饋信號做PID調節后--分立元器件構成，采用專用脈寬調制芯片實現PWM控制。電流反饋信號來自主回路的電流取樣，電壓反饋信號來自主回路的電壓采樣。再將這兩個信號分別送至電流調節器和電壓調節器的反相輸入端，用來實現閉環控制。同時用來保證系統的穩定性及實現系統的過流過壓保護、電流和電壓值的顯示。電壓、電流的給定信號則由單片機或電位器提供。再次，文章對各個模塊從理論和實際的上都做了仔細的分析和設計，并給出了具體的電路圖，同時寫出了軟件流程圖以及設計中應該注意的地方。整個系統由DSP板和ADC板組成。DSP板完成PWM生成、PID運算、環境開關量檢測、環境開關量生成以及本地控制。ADC板主要完成前饋電壓信號采集、負載電壓信號采集、負載電流信號采集、以及對信號的一階數字低通濾波。由于整個系統是閉環控制系統，要求采樣速率相當高。本系統采用FPGA來控制ADC，這樣就避免了高速采樣占用系統資源的問題，減輕了DSP的負擔。DSP可以將讀到的ADC信號做PID調節，從而產生PWM波來控制逆變橋的開關速率，從而達到閉環控制的目的。 最后，對數字化開關電源和模擬開關電源做了對比測試，得出了預期結論。同時也提出了一些需要改進的地方，認為該方案在其他相關行業中可以廣泛地應用。模擬控制電路因為使用許多零件而需要很大空間，這些零件的參數值還會隨著使用時間、溫度和其它環境條件的改變而變動并對系統穩定性和響應能力造成負面影響。數字電源則剛好相反，同時數字控制還能讓硬件頻繁重復使用、加快上市時間以及減少開發成本與風險。在當前對產品要求體積小、智能化、共通化、精度高和穩定度好等前提條件下，數字化開關電源有著廣闊的發展空間。本系統來基本上達到了設計要求。能夠滿足較高精度的設計要求。但對于高精度數字化電源，系統還有值得改進的地方，比如改進主控器，提高參考電壓的精度，提高采樣器件的精度等，都可以提高系統的精度。 本系統涉及電子、通信和測控等技術領域，將數字PID算法與電力電子技術、通信技術等有機地結合了起來。本系統的設計方案不僅可以用在電源控制器上，只要是相關的領域都可以采用。
上傳時間： 2013-06-29
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