FPGA作為新一代集成電路的出現，引起了數字電路設計的巨大變革。隨著FPGA工藝的不斷更新與改善，越來越多的用戶與設計公司開始使用FPGA進行系統開發，因此，PFAG的市場需求也越來越高，從而使得FPGA的集成電路板的工藝發展也越來越先進，在如此良性循環下，不久的將來，FPGA可以主領集成電路設計領域。正是由于FPGA有著如此巨大的發展前景與市場吸引力，因此，本文采用FPGA作為電路設計的首選。 @@ 隨著FPGA的開發技術日趨簡單化、軟件化，從面向硬件語言的VHDL、VerilogHDL設計語言，到現在面向對象的System Verilog、SystemC設計語言，硬件設計語言開始向高級語言發展。作為一個軟件設計人員，會很容易接受面向對象的語言?，F在軟件的設計中，算法處理的瓶頸就是速度的問題，如果采用專用的硬件電路，可以解決這個問題，本文在第一章第二節詳細介紹了軟硬結合的開發優勢。另外，在第一章中還介紹了知識產權核心（IP Core）的發展與前景，特別是IP Core中軟核的設計與開發，許多FGPA的開發公司開始爭奪軟核的開發市場。 @@ 數字電路設計中最長遇到的就是通信的問題，而每一種通信方式都有自己的協議規范。在CPU的設計中，由于需要高速的處理速度，因此其內部都是用并行總線進行通信，但是由于集成電路資源的問題，不可能所有的外部設備都要用并行總線進行通信，因此其外部通信就需要進行串行傳輸。又因為需要連接的外部設備的不同，因此就需要使用不同的串行通信接口。本文主要介紹了小型CPU中常用的三種通信協議，那就是SPI、I2C、UART。除了分別論述了各自的通信原理外，本文還特別介紹了一個小型CPU的內部構造，以及這三個通信協議在CPU中所處的位置。 @@ 在硬件的設計開發中，由于集成電路本身的特殊性，其開發流程也相對的復雜。本文由于篇幅的問題，只對總的開發流程作了簡要的介紹，并且將其中最復雜但是又很重要的靜態時序分析進行了詳細的論述。在通信協議的開發中，需要注意接口的設計、時序的分析、驗證環境的搭建等，因此，本文以SPI數據通信協議的設計作為一個開發范例，從協議功能的研究到最后的驗證測試，將FPGA 的開發流程與關鍵技術等以實例的方式進行了詳細的論述。在SPI通信協議的開發中，不僅對協議進行了詳細的功能分析，而且對架構中的每個模塊的設計都進行了詳細的論述。@@關鍵詞：FPGA；SPI；I2C；UART；靜態時序分析；驗證環境
上傳時間： 2013-04-24
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高速數據采集系統在信號檢測、雷達、圖像處理、網絡通信等領域有廣泛應用，不同的應用要求使用不同的總線和不同的設計，但是，無論基于何種應用，其設計的關鍵在接口的實現上。 @@ 隨著cPCI總線技術的發展，cPCI總線逐漸代替了PCI總線、VME總線，成為測控領域中最受人們青睞的總線形式。 @@ 為滿足高速采集過程中數據傳輸速度的要求和采集卡與PC機連接的機械強度的要求，本論文提出設計基于cPCI總線接口的數據采集系統。設計中利用單片FPGA芯片實現PCI協議，代替傳統的FIFO芯片和串并轉換芯片，并完成對模擬電路的控制功能；并提出將應用程序中的一部分數據讀寫操作放入動態鏈接庫中，減少因應用程序反復調用驅動程序而造成的資源浪費和時間的延遲。 @@ 通過分析PCI總線協議，理解高頻數字電路設計方法和高速數據采集原理，本文開發了基于cPCI接口的高速數據采集系統。經過綜合測試和現場應用驗證表明，采集系統已達到了要求的性能指標。 @@關鍵詞：FPGA；數據采集系統；cPCI； PC
上傳時間： 2013-07-08
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數字D類音頻放大器，也叫數字脈沖調制放大器，具有效率高，低電壓，低失真的特點，在低成本，高性能的消費類產品特別是便攜式設備中得到越來越廣泛的應用。數字D類放大器包括數字脈沖寬度調制（PWM）和輸出級（含低通濾波器）兩個部分，數字PWM又包括兩個部分，采樣處理和脈沖產生。傳統的采樣處理算法運算復雜，硬件實現成本高，面積大，從而導致功耗也大，不適合當今向低功耗發展的趨勢。 本文在傳統算法的基礎上提出了一種新的算法，該算法不包括乘法或者除法這些計算復雜和非常消耗硬件資源的單元，只含加法和減法運算。在推導出該算法的傅立葉表達式后，在MATLAB的simulink中建立系統模型進行仿真以驗證算法的可行性，在輸入信號頻率為1kHZ，采樣頻率為48kHZ，電源電壓為10V，輸出負載為4Ω的條件下，得到的總諧波失真為0．12％，符合D類放大器的性能要求。本文還在基于Xilinx公司的Spartan-3系列FPGA的基礎上實現了該算法的電路結構，綜合結果表明，實現基于本文算法的數字D類音頻系統所需要的硬件資源大大減少，從而減少了功耗。 關鍵詞：D類放大器；脈沖寬度調制；采樣算法；數字音頻放大器；FPGA
上傳時間： 2013-07-19
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本文以研究嵌入式微處理器為主，自主地設計了能夠運行MCS-51系列單片機指令的MCU系統。系統采用了VHDL 語言與原理框圖的綜合設計方法，并且在Altera公司的FPGA上通過驗證。論文深入地研究了微處理器的指令系統和數據地址通路，采用VHDL 語言完成了取指單元，指令譯碼器單元，存儲器單元和邏輯運算單元的電路模塊的設計與實現；研究了控制單元的實現方法和基于全局狀態機的設計理論，采用硬件描述語言完成了對各個控制線的相關設計與實現。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現方式，基于此種方式形成的譯碼電路還能夠實現更為復雜的CISC指令。 本系統采用分模塊的設計方式，把具有相同功能的邏輯電路集中到一個框圖里，使得系統的可移植性大大地提高。系統還采用層次框圖的設計方式，把明顯地具有主從關系的電路放在不同的層次里，這也使得系統模塊功能的可擴展性大大地增強。內部邏輯共分為數據存儲器模塊；程序存儲器模塊；時序控制模塊；特殊功能寄存器模塊和Core核心模塊這五個部分，文中對各個模塊的設計作了詳細的介紹。本文在最后對已實現的部分典型指令進行了邏輯仿真測試，測試結果表明，本文所設計的MCU系統能夠如預期地執行相應的指令。在指令執行的過程中，相應寄存器和總線上的值也均符合設計要求，實現了設計目標。
上傳時間： 2013-05-20
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隨著經濟的發展，城市交通的壓力越來越大，很多城市都開始建設地鐵項目，發展地下軌道交通事業。在地鐵列車上，駕駛員需要方便、快捷地控制各種語音功能，保障列車可靠、安全的運行，從而為乘客提供優質的服務。駕駛員語音控制器就是為了滿足這一需求而提出來的。 在描述列車乘客信息系統的發展、介紹了公共廣播系統的功能的之后，本文分析了駕駛員語音控制器的設計需求，設計了一種具有人機交互功能的駕駛員語音控制器。它帶有LCD顯示屏和輸入鍵盤；能夠在內部存儲路線、站點和緊急信息等用戶數據。通過窗口菜單以圖形化的方式向駕駛員顯示列車運行信息。通過通信端口，按照雙方約定的通訊格式，將運行模式，路線站點，緊急信息等內容發送給列車顯示與廣播控制單元，完成語音及顯示控制。根據需求分析，提出了一種基于ARM的控制器設計平臺。設計了該控制器的硬件和軟件的整體方案，采用模塊化設計的思想給出了系統各主要模塊的具體設計與實現方法，并給出了相關電路的實現原理圖。最后介紹了本控制器的測試方法與過程，并給出了具體應用。該駕駛員語音控制器實現了人工廣播、司機對講、緊急對講和系統設置等功能。具有操作方便、便于維護、可配置、成本低等優點，滿足了駕駛員以及列車語音與顯示控制的實際需求。關鍵詞：ARM；RS485；乘客信息系統；圖形用戶界面；嵌入式系統
上傳時間： 2013-07-30
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現場總線具有高性能和高可靠性，特點現已形成國際標準，現場控制總線系統比傳統的集散控制系統的能力好，準確度高，誤碼率低。關鍵詞: 現場總線 ；現場控制系統；集散控制系統The Diffe
上傳時間： 2013-04-24
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本文從硬件和軟件兩方面介紹了MCS-51 單片機溫度控制系統的設計思路，對硬件原理圖和程序框圖作了簡捷的描述。關鍵詞：MCS-51 單片機；溫度；軟硬件；硬件原理圖；程序框圖；設
上傳時間： 2013-04-24
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電液控制作為液壓控制的一個新分支，因為其本身的特點正得到越來越廣泛的應用。電液控制系統的發展對電液控制技術提出了更高的要求，這必將促進電液控制技術的發展。本文在教研室多年電液控制經驗的基礎上，提出開發通用型電液系統數字控制器。 通過對電液控制技術的研究，了解電液系統的一般構成，結合多個具體實例，本文提出數字式電液控制器概念，以ARM微處理器為硬件核心，采用多種智能控制算法解決電液系統閉環控制問題。 數字控制器以PHILIPS公司的32位ARM7微處理器LPC2292為硬件核心，配有高速AD、DA轉換器。硬件設計注重通用性，具有多種輸入、輸出通道，可以采集和輸出多種、多個模擬量信號和數字量信。具有多種通信接口，可以實現近距離監控或者遠距離操控。人機交互通道豐富，具有報警、狀態指示、參數顯示等功能。采用光電隔離、獨立電源、屏蔽外殼等措施保證控制器具有良好的穩定性、可靠性。軟件設計采用UC/OS-II嵌入式操作系統，內部集成多種智能控制算法，保證電液系統閉環控制取得良好的效果。開發模擬試驗系統，可以模擬電液系統現場的各種信號和閉環回路，實現實驗室調試。采用Visual Basic開發上位機軟件，配合控制器完成參數修改、保存，繪制實時監控曲線，控制硬件等功能。 控制器解決了電液系統多樣性難題，客服模擬控制的缺點。研發出模糊自整定PID算法，它成功解決了閉環控制過程中設定信號不斷變化的難題。經過多次現場調試，目前控制器已經成功應用于國內多家企業的輪胎耐久性試驗機和密煉機兩種電液系統，在這兩種系統中成功取代進口國外模擬控制器，并且控制效果好于國外模擬控制器。關鍵詞：電液系統；ARM7；UC/OS-II；模糊自整定
上傳時間： 2013-05-31
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隨著21世紀的到來,計算機技術,信息處理技術,半導體技術和網絡技術不斷發展,人類社會進入了信息化時代。與此同時,無線視頻傳感器網絡也得到了突飛猛進的發展,成為當今國際上備受關注的熱點研究領域。無線視頻傳感器網絡有著很多的優點和十分廣泛的應用前景。在軍事,工業,城市管理和監控系統等重要領域都有潛在的使用價值。 無線視頻傳感器網絡有著顯著的特征,例如：網絡節點能源有限；網絡帶寬有限；對處理速度要求較高等。由此可見,傳統的視頻編碼標準無法應用于無線視頻傳感器網絡。MPEG-4,H.263,H.264等視頻編碼標準,全是基于運動估計補償實現的,計算量十分巨大,在能量,存儲空間和處理能力均有限的節點難以實現這類高復雜度的編碼算法。 本文針對無線視頻傳感器網絡對視頻編碼算法的具體需求,提出一種基于運動檢測的低復雜度視頻編碼算法。該算法只對當前編碼幀中的運動對象進行編碼,并且以面向對象的結構輸出碼流。實驗結果表明,與H.264全I幀編碼相比,本文提出的算法編碼速度提高了約3倍,編碼性能提高了約2dB。與H.264基本檔次相比,雖然編碼性能略有下降,但是編碼速度平均提高了8倍左右。因此,本文提出的算法可以在編碼效率和編碼速度之間獲得很好的折衷,在一定程度上可以滿足無線視頻傳感器網絡的需求。 本文選用ALDVK_270作為硬件實驗平臺。在分析算法結構的同時,結合嵌入式系統的特點,從算法,內存,高級語言和匯編語言等幾個方面提出優化方案,最終在ARM嵌入式平臺下實現了面向無線視頻傳感器網絡的低復雜度視頻編碼算法。測試結果表明,與優化前相比,優化后的編碼速度有了很大的提高,對于CIF格式的監控視頻序列能夠滿足實時處理的要求。
上傳時間： 2013-07-26
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現代噴氣織機以其高速、高性能等優勢，占據了無梭織機的大部分市場，并成為最有發展前景的一種織機。送經、卷取機構是織機控制系統的重要組成部分，其對經紗張力的控制精度已成為評定織機質量的重要技術指標。因此，提高和改善噴氣織機的電子送經和卷取控制系統的性能非常必要，而且，開發具有高速、高精度的獨立電子送經和卷取控制模塊具有廣闊的應用前景。 本課題研究開發了一款獨立的電子送經和卷取控制模塊，通過人機界面或CAN通訊對該控制系統所需參數進行設置，使其可以根據參數設置應用于不同型號的噴氣織機。通過對系統的控制分析，本課題主要從硬件電路設計、軟件控制及張力控制算法三個方面進行研究。 首先，通過對噴氣織機的性能要求及控制器結構與性能的綜合考慮，系統采用以高速ARM7TDMI為內核的低功耗微處理器LPC2294作為系統控制器，該控制器不僅速度快、性能穩定，而且其豐富的外圍模塊大大簡化了硬件電路的設計。硬件電路設計采用模塊化設計方法，主要功能模塊包括嵌入式最小系統模塊、主軸編碼器采集模塊、張力采集模塊、電機控制模塊、通訊模塊、人機界面模塊、輸入輸出信號模塊等。根據系統需要，對各個模塊的控制器件進行選取，并設計出各個模塊的接口電路。最后，為了提高系統的穩定性和可靠性，在硬件電路設計中采取了隔離、去耦等硬件抗干擾措施。 在軟件設計方面，系統采用嵌入式實時操作系統μC/OS-II，便于系統升級和維護。在系統硬件平臺的基礎上，根據設計要求對操作系統內核進行剪裁和移植，并對系統時鐘節拍進行修改。結合硬件電路及系統控制要求，對系統啟動代碼進行修改；并根據系統對各個功能模塊控制的時效性要求，對系統任務進行合理規劃。為了說明系統采用該RTOS的可行性，對實時性要求最高的張力采集任務進行了實時性分析。對CAN通訊協議進行制定和編程實現，并對I2C、CAN和LCD驅動程序進行開發，另外，對每個任務的功能及控制流程和任務間及任務與中斷間的信息通訊進行了說明。系統在軟件方面也采用了一定的抗干擾技術，對硬件抗干擾進行補充。 最后，針對經紗張力的非線性和滯后性等復雜特性，對張力調節采用模糊參數自整定PID控制算法，設計出張力模糊參數自整定PID控制器。并在Matlab及Simulink工具下，對PID控制器下的張力算法及模糊參數自整定PID控制器下的張力算法進行仿真研究。而且對張力模糊PID控制算法在LPC2294中的實現進行了說明。關鍵詞：ARM； μC/OS-II；噴氣織機；送經卷?。荒：齈ID
上傳時間： 2013-06-11
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